CN107023753A - 一种基于功率超声波的原油防蜡降粘装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及原油防蜡降粘设备技术领域，尤其涉及一种基于功率超声波的原油防蜡降粘装置。该装置包括换能器短节，所述换能器短节包括油管短节、两设置在所述油管短节端部的轴向变幅杆式超声波换能器和至少一个超声聚能组，每个所述超声聚能组包括多个环绕所述油管短节周向分布的径向变幅杆式超声波换能器，所述换能器短节通过连接管与原油管道连通，使原油在防蜡降粘过程中流经所述换能器短节。利用超声波的空化作用、热效应、机械作用、裂解作用使原油的温度升高，分子运动加剧，对结蜡层反复冲击，使结蜡层疲劳而受到破坏，脱离管壁，同时也降低原油粘度及凝固点使大分子变为小分子，增加流动性，提高原油的输送效率，减少蜡晶的析出。
Description
技术领域
本发明涉及原油防蜡降粘设备技术领域，尤其涉及一种基于功率超声波的原油防蜡降粘装置。
背景技术
油井产出的原油中含有蜡。在地层的温度和压力下，蜡一般溶在原油中，由于采油过程中系统压力和温度的降低，轻质成分以气态的形式从原油中逸出，导致原油温度降低，蜡的溶解度随之降低。当温度降低到蜡凝点以下时，蜡晶就会不断析出，并交联成网状结构，附着在管壁上，形成蜡沉积。原油中的石蜡在地层、井管、流线以及地面原油贮存设备中的沉积，常常给原油开采和集输带来许多困难。油管结蜡问题所带来的最直接危害是降低了管道的有效输送半径，进而增加了油田集输管线的输油阻力，甚至于堵塞管道。而发生蜡堵的管线需要进行切除或更换处理，还会引起严重的油田事故。
为了解决这一问题，人们一直致力于油井防蜡技术的的研究，常用的防蜡方法有机械清防蜡、热洗清防蜡、化学清防蜡、表面能防蜡、微生物清防蜡。上述各种清防蜡技术在一定时期和特定的条件起到了一定的防蜡作用，但或多或少的存在着防蜡效果不理想、使用不便、对管道设备产生损害、影响正常的生产运输、作用时间不可控或造成环境污染等一个或多个问题，造成生产成本的巨大浪费。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种基于功率超声波的防蜡降粘装置，以解决现有原油防蜡降粘中防蜡降粘操作不便、效果差和污染环境的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于功率超声波的原油防蜡降粘装置，包括换能器短节，所述换能器短节包括换能器短节，所述换能器短节包括油管短节、设置在所述油管短节端部的轴向变幅杆式超声波换能器和至少一个超声聚能组，每个所述超声聚能组包括多个环绕所述油管短节周向分布的径向变幅杆式超声波换能器，其中所述轴向变幅杆式超声波换能器的发出的起声波沿着油管短节轴向传播，所述径向变幅杆式超声波换能器发出的超声波沿油管短节的径向传播，所述换能器短节通过连接管与原油管道连通，使原油在防蜡降粘过程中流经所述换能器短节。
优选地，每个所述超声聚能组的包括质数个环绕原油管道周向均匀分布的变幅杆式超声波换能器。
优选地，还包括设置在所述轴向变幅杆式超声波换能器周边的散热器。
优选地，所述轴向变幅杆式超声波换能器和径向超声波变幅杆式超声波换能器均包括第一盖板、第二盖板、锁紧螺栓、压电陶瓷部、超声波变幅杆和超声波工具头，所述压电陶瓷部设置在所述第一盖板和所述第二盖板之间，所述锁紧螺栓穿过所述第一盖板、压电陶瓷部后与所述第二盖板连接，所述超声波变幅杆的一端与所述第二盖板连接，另一端与所述超声波工具头连接，所述超声波工具头伸入所述油管短节内。
优选地，所述压电陶瓷部包括至少一个压电陶瓷环，每个所述压电陶瓷环的两端分别设有金属极板，且两端的所述金属极板分别作为该压电陶瓷环的正极和负极。
优选地，所述压电陶瓷部包括偶数个压电陶瓷环，相邻的压电陶瓷环的相邻端共用一个金属极板，作为两个相邻压电陶瓷环共用电极。
优选地，所述换能器短节与所述原油管道串联。
优选地，所述换能器短节通过两根所述连接管与所述原油管道并联，在所述原油管道上且位于两个连接管之间的位置和每个所述连接管上均设有闸阀。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的基于功率超声波的原油防蜡降粘装置，包括换能器短节，所述换能器短节包括油管短节、设置在所述油管短节端部的轴向变幅杆式超声波换能器和至少一个超声聚能组，每个所述超声聚能组包括多个环绕所述油管短节周向分布的径向变幅杆式超声波换能器，其中所述轴向变幅杆式超声波换能器的发出的起声波沿着油管短节轴向传播，所述径向变幅杆式超声波换能器发出的超声波，沿油管短节的径向传播，所述换能器短节通过连接管与原油管道连通，使原油在防蜡降粘过程中流经所述换能器短节。利用超声波的空化作用、热效应、机械作用、裂解作用使原油的温度升高，分子运动加剧，对结蜡层反复冲击，使结蜡层疲劳而受到破坏，脱离管壁，同时也降低原油粘度及凝固点，使大分子变为小分子，增加流动性，提高原油的输送效率，减少蜡晶的析出。
附图说明
图1是本发明实施例一原油防蜡降粘装置结构示意图；
图2是本发明实施例一换能短节的剖面示意图；
图3是本发明实施例一变幅杆式超声波换能器的结构剖面示意图；
图4是本发明实施例二原油防蜡降粘装置结构示意图；
图5是本发明实施例三原油防蜡降粘装置结构示意图；
图6是本发明实施例四原油防蜡降粘装置结构示意图。
图中：1：原油管道；2：换能器短节；21：油管短节；22：轴向变幅杆式超声波换能器；221：压电陶瓷部；2211：压电陶瓷环：2212：金属极板；222：第一盖板；223：第二盖板；224：锁紧螺栓；225：超声波变幅杆；226：超声波工具头；23：径向变幅杆式超声波换能器3：连接管；4：散热器；5：超声波电源；6：闸阀。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供的基于功率超声波的原油防蜡降粘装置安装在原油管道1上，该原油防蜡降粘装置包括换能器短节2，该换能器短节2包括油管短节21、设置在油管短节21端部的轴向变幅杆式超声波换能器22和至少一个超声聚能组，每个超声聚能组包括多个环绕油管短节21的周向分布的径向变幅杆式超声波换能器23，其中，轴向变幅杆式超声波换能器22产生的超声波沿油管短节21的轴向传播，径向变幅杆式超声波换能器23发出的超声波沿油管短节21的径向传播，换能器短节2通过连接管3与原油管道1连通，即换能器短节2与原油管道1串联，使原油在防蜡降粘过程中流经换能器短节2，利用超声波的空化作用、热效应、机械作用、裂解作用使原油的温度升高，分子运动加剧，对结蜡层反复冲击，使结蜡层疲劳而受到破坏，脱离管壁，同时也降低原油粘度及凝固点，使大分子变为小分子，增加流动性，提高原油的输送效率，减少蜡晶的析出。
在本实施例中，在油管短节21上沿轴向间隔设置质数个超声聚能组，具体地，可根据情况在在油管短节21上沿轴向间隔设置3个、5个、7个、11个或13个超声聚能组。
如图2所示，每个超声聚能组包括质数个环绕油管短节21的周向均匀分布的轴向变幅杆式超声波换能器23，使在油管短节21获得覆盖整个横截面的均匀驻波场。
进一步地，轴向变幅杆式超声波换能器22、径向变幅杆式超声波换能器23与超声波电源5之间还设有阻抗匹配器，即超声波电源5通过阻抗匹配器分别与轴向变幅杆式超声波换能器22、径向变幅杆式超声波换能器23之间进行谐振频率与阻抗的匹配，有效降低了超声波换能器的发热量，提高使用寿命。优选地，阻抗匹配器集成在超声波电源5内。
具体地，超声波电源5包括整流电路、逆变电路、驱动电路、信号控制电路、匹配网络、及相关保护电路，超声波电源5提供三相380V、50Hz工频交流电经整流电路整流后产生直流输出电压，输送至逆变电路，从而获得功率足够大的高频交流电压。信号控制电路产生一定频率的控制信号，经过驱动电路，推动逆变电路中的开关器件正常工作。所述逆变电路输出的高频交流电压通过匹配网络可以高效率、最大功率地输送至轴向变幅杆式超声波换能器22和径向变幅杆式超声波换能器23。
如图3所示，轴向变幅杆式超声波换能器22包括第一盖板222、第二盖板223、锁紧螺栓224、压电陶瓷部221、超声波变幅杆225和超声波工具头226，其中，压电陶瓷部221设置在第一盖板222和第二盖板223之间，锁紧螺栓224穿过第一盖板222和压电陶瓷部223后与第二盖板223连接，压紧压电陶瓷部221，超声波变幅杆225设置在第二盖板223和超声波工具头226之间，超声波工具头412伸入油管短节21内，直接作用于油管短节21内的原油。
具体地，压电陶瓷部221包括多个压电陶瓷环2211，相邻的压电陶瓷环2211的相邻端共用一个金属极板2212，作为压电陶瓷环2211的正级或负极。在最外侧的压电陶瓷环2211的外端(与其它压电陶瓷环2211不相邻的一端)单独设置一个金属极板2212作为该压电陶瓷环2211的正极或负极。
优选地，压电陶瓷环2211的数量为偶数个，如图2所示，压电陶瓷部221包括四个压电陶瓷环2211和五个金属极板2212，其中，最左侧(以图中所示方向)的压电陶瓷环2211的左端设置有一个金属极板2212，最右侧(以图中所示方向)的压电陶瓷环2211的右端设置有一个金属极板2212，其它三个金属极板2212分别为相邻的压电陶瓷环2211共用。举例来说，若最左侧的金属极板2212为正极，则剩下的三个金属极板2212由左到右依次为负极、正极和负极。
在另一个实施例中，压电陶瓷部221包括一个或多个压电陶瓷环2211，每个压电陶瓷环2211的两端分别设有金属极板2212，两金属极板2212分别作为压电陶瓷环2211的正极和负极，每个压电陶瓷环2211和设置在该压电陶瓷环2211两端的金属极板2212一起可以看作为一个压电陶瓷单元，多个压电陶瓷单元之间串联。
进一步地，为了降低轴向变幅杆式超声波换能器22的温度，优选地，如图1所示，在每个轴向变幅杆式超声波换能器22的外侧均设置一个散热器4，使轴向变幅杆式超声波换能器22在工作过程中产生的热量及时被带走，增加轴向变幅杆式超声波换能器22的使用寿命。
需要说明的是，径向变幅杆式超声波换能器23与轴向变幅杆式超声波换能器22的结构相同，仅安装位置和方向不同，因此径向变幅杆式超声波换能器23的结构部分不再赘述。
实施例二
如图4所示，本实施例二与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：油管短节21的两端分别设置一个轴向变幅杆式超声波换能器22，且两个轴向变幅杆式超声波换能器22相向设置，两者产生的超声波沿轴向向对方靠近的方向传播。
实施例三
如图5所示，本实施例三与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：原油防蜡降粘装置作为旁路安装在原油管道1上，即换能器短节2与原油管道1并联，具体地，换能器短节2通过两个连接管3与原油管道1连通，并且在原油管道1上且位于两个连接管3之间的位置和每个连接管上均设有闸阀6，如此设置能够减少原油防蜡降粘装置对原油管道1的影响，在不需要使用时，打开原油管道1上的闸阀6，并关闭两个连接管3上的闸阀6即可，即使原油防蜡降粘装置在维护时，也不会影响原油管道1的正常工作。优选地，闸阀6为板式闸阀。
实施例四
如图6所示，本实施例四与实施例三基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：油管短节21的两端分别设置一个轴向变幅杆式超声波换能器22，且两个轴向变幅杆式超声波换能器22相向设置，两者产生的超声波沿轴向向对方靠近的方向传播。
综上所述，本发明提供的基于功率超声波的原油防蜡降粘装置通过在原油管道上安装换能短节，该换能短节包括油管短节和设置在油管短节两端的两个变幅杆式超声波换能器，利用超声波的空化作用、热效应、机械作用使原油的温度升高，分子运动加剧，对结蜡层反复冲击，使结蜡层疲劳而受到破坏，脱离管壁，同时也降低原油粘度及凝固点，使大分子变为小分子，增加流动性，提高原油的输送效率，减少蜡晶的析出。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种基于功率超声波的原油防蜡降粘装置，其特征在于：包括换能器短节，所述换能器短节包括油管短节、两设置在所述油管短节端部的轴向变幅杆式超声波换能器和至少一个超声聚能组，每个所述超声聚能组包括多个环绕所述油管短节周向分布的径向变幅杆式超声波换能器，其中所述轴向变幅杆式超声波换能器的发出的起声波沿着油管短节轴向传播，所述径向变幅杆式超声波换能器发出的超声波沿油管短节的径向传播，所述换能器短节通过连接管与原油管道连通，使原油在防蜡降粘过程中流经所述换能器短节。
2.根据权利要求1所述的基于功率超声波的原油防蜡降粘装置，其特征在于：每个所述超声聚能组的包括质数个环绕原油管道周向均匀分布的变幅杆式超声波换能器。
3.根据权利要求1所述的基于功率超声波的原油防蜡降粘装置，其特征在于：还包括设置在所述轴向变幅杆式超声波换能器周边的散热器。
4.根据权利要求1所述的基于功率超声波的原油防蜡降粘装置，其特征在于：所述轴向变幅杆式超声波换能器和径向超声波变幅杆式超声波换能器均包括第一盖板、第二盖板、锁紧螺栓、压电陶瓷部、超声波变幅杆和超声波工具头，所述压电陶瓷部设置在所述第一盖板和所述第二盖板之间，所述锁紧螺栓穿过所述第一盖板、压电陶瓷部后与所述第二盖板连接，所述超声波变幅杆的一端与所述第二盖板连接，另一端与所述超声波工具头连接，所述超声波工具头伸入所述油管短节内。
5.根据权利要求4所述的基于功率超声波的原油防蜡降粘装置，其特征在于：所述压电陶瓷部包括至少一个压电陶瓷环，每个所述压电陶瓷环的两端分别设有金属极板，且两端的所述金属极板分别作为该压电陶瓷环的正极和负极。
6.根据权利要求4所述的基于功率超声波的原油防蜡降粘装置，其特征在于：所述压电陶瓷部包括偶数个压电陶瓷环，相邻的压电陶瓷环的相邻端共用一个金属极板，作为两个相邻压电陶瓷环共用电极。
7.根据权利要求1所述的基于功率超声波的原油防蜡降粘装置，其特征在于，所述换能器短节与所述原油管道串联。
8.根据权利要求1所述的基于功率超声波的原油防蜡降粘装置，其特征在于，所述换能器短节通过两根所述连接管与所述原油管道并联，在所述原油管道上且位于两个连接管之间的位置和每个所述连接管上均设有闸阀。
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