CN108150144B - 稠油掺稀混合工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稠油掺稀混合工具，包括外筒、喷射管、支撑块、第一接头和第二接头，第一接头和第二接头分别连接于外筒的两端，喷射管套设于所述外筒内，喷射管的两端封闭，并且在喷射管靠近第一接头的周壁上开设有稀油入孔，用于向喷射管内通入稀油，喷射管的靠近所述第二接头的一端的周壁上开设有射流孔稠油自第一接头进入外筒与内筒之间的环形空隙，并朝向第二接头的方向流动，稀油自稀油孔进入所述喷射筒，朝向射流孔的方向流动并自射流孔喷出，与流过的稠油进行第一次混合，混合后的油液进入第二接头内，进行第二次混合。该稠油掺稀混合工具能够使得稀稠油混合充分，减少稀油用量，从而降低能耗的效果。

Description

稠油掺稀混合工具

技术领域

本发明涉及采油设备技术领域，尤其涉及一种稠油掺稀混合工具。

背景技术

掺稀降黏是稠油开采工艺的重要技术，混合器是该工艺中提高掺混效果的主要工具。原油在地层条件下具有较好的流动性，但是进入井筒后随着垂直上升流动过程中井筒温度的降低，原油粘度增大，流动性变差，使油井无法投产和维持生产。掺稀降粘是稠油开采工艺中的主要形式之一，稀油从油套环空注入，到达掺稀点后与稠油混合并进入油管，达到稠油降粘举升目的，混合器是掺稀降粘工艺中提高掺混效果的主要工具。

混合器的结构分为静态式和动态式两类。静态混合器分为射流式和掺混式等结构，射流式主要形式为在筒壁上开设径向或与径向呈一定角度的射流孔，利用稀油流体自身的射流作用与稠油混合达到掺混的效果(可参考专利的专利号为CN201288542[P]和CN201410790174[P])。掺混式结构主要有在混合油上返筒体上形成不规则结构，有的是形成多个椭圆形节流阀串联结构，每个节流阀彼此偏转90度(可参考专利的专利号为US20050078553A1[P])；有的是设置多个相互平行的孔板，每个孔板上的孔沿轴向投影基本不重叠(US20170056846A1[P])；有的是设置有波浪形的壁元件，在其波峰和波谷处开有通孔(US4222672[P])。动态混合器一般是设置有中心转轴，在轴上安装有不连续的动力叶片(可参考专利的专利号为CN201110113356.2[P]和CN103306647A[P])或连续的螺旋叶片(可参考专利的专利号为CN200820103779.X[P]和CN200820108508.3[P])，利用流体冲击叶片旋转剪切混合油液并不断产生涡流，以达到掺混目的。

目前，混合器普遍存在的问题是掺混效果不理想，油液举升过程中常常出现段塞流现象；另外掺混压力降较大，造成抽油系统能耗增加，加大掺稀量又造成了大量稀油的浪费。

发明内容

有鉴如此，本发明提供一种能够使得稀稠油混合充分，减少稀油用量，从而降低能耗的效果的稠油掺稀混合工具，以解决现有技术中存在的问题。

根据本发明提供一种稠油掺稀混合工具，其包括外筒、喷射管、支撑块、第一接头和第二接头，所述第一接头和第二接头分别连接于所述外筒的两端，所述喷射管套设于所述外筒内，

所述喷射管的两端封闭，并且在所述喷射管靠近所述第一接头的周壁上开设有稀油入孔，用于向所述喷射管内通入稀油，所述喷射管的靠近所述第二接头的一端的周壁上开设有射流孔，

稠油自第一接头进入所述外筒与内筒之间的环形空隙，并朝向第二接头的方向流动，稀油自所述稀油孔进入所述喷射筒，朝向射流孔的方向流动并自所述射流孔喷出，与流过的稠油进行第一次混合，混合后的油液进入所述第二接头内，进行第二次混合。

优选地，还包括用于将所述喷射管支撑连接于所述外筒上的支撑座，所述支撑座固定于所述外筒的内周壁上，所述喷射管靠近所述第一接头的一端穿过所述支撑座，并经所述支撑座支撑于所述外筒内。

优选地，所述支撑座沿着第一方向的两侧的侧面为与所述外筒的内周壁相配的圆弧面，该第一方向上的两个侧面分别与所述外筒相对两侧的内周壁密封抵接，

所述支撑座沿着第二方向上的两侧的侧面为收容的弧面，该第二方向上的两侧的侧面与所述外筒的内周壁之间形成沿着所述外筒的轴向延伸的流道，

其中，第一方向与第二方向彼此垂直。

优选地，所述支撑座沿着所述外筒轴向方向上的两侧分别设有锥形部。

优选地，所述支撑座上沿着与所述第一方向和第二方向分别垂直的方向上开设有第一贯通孔，该贯通孔用于所述喷射管的穿过，

所述支撑座上沿着所述第一方向开设有第二贯通孔，所述第二贯通孔与所述第一贯通孔交叉并连通。

优选地，所述外筒上开设有相对设置的第一稀油入口和第二稀油入口，

所述稀油入孔包括相对设置的第一稀油入孔、第二稀油入孔，所述第一稀油入口经第二贯通孔与所述第一稀油入孔连通，所述第二稀油入口经第二贯通孔与所述第二稀油入孔连通。

优选地，所述射流孔沿着所述喷射管的轴线方向分别有多圈。

优选地，各个所述射流孔的轴线与所述喷射管的轴线之间成预设夹角，

所述预设夹角为45°≤β≤78°。

优选地，所述第二接头的内腔沿着轴线方向自一端到另一端依次包括渐收式喇叭段、圆柱段和渐扩式喇叭段，

其中，所述渐收式喇叭段靠近所述喷射管。

优选地，所述渐收式喇叭段为内锥面结构，其锥角为16≤α≤48°。

本发明提供的稠油掺稀混合工具具有如下有益效果:

1、喷射管的引流式结构增强了稀油射流效果。以喷射管射流孔23外射的方式，充分利用油液流体动能，实现稀稠油在环空间掺混。

2、混合腔设计成文丘里管式结构，利用截面锥度的变化实现管内油液流速和内压的变化；根据伯努利定理和连续性方程，管径的变化可引起两种油液不规则湍流的形成，实现二次掺混。

3、两种掺混方式相结合，对油液压降影响较小；该稠油掺稀混合工具对稠油系统能耗的增加量较少，有利于降低能耗，减少抽油设备的故障率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1示出了根据本发明实施例的稠油掺稀混合工具的剖视图。

图2示出了根据本发明实施例的稠油掺稀混合工具的掺稀混合的原理示意图。

图3至5分别从不同视角示出了根据本发明实施例的稠油掺稀混合工具的立体结构示意图。

图6示出了根据本发明实施例的稠油掺稀混合工具的喷射管的剖视图。

图7示出了根据本发明的稠油掺稀混合工具的喷射管的另一可替代实施方式的剖视图。

图8示出了根据本发明实施例的稠油掺稀混合工具的第二接头的剖视图。

图中：外筒1、第一稀油入口11、第二稀油入口12、喷射管2、第一稀油入孔21、第二稀油入孔22、射流孔23、堵头24、支撑座3、圆弧面31、收容的弧面32、锥形部33、第一贯通孔34、第二贯通孔35、第一接头4、第二接头5、渐收式喇叭段51、圆柱段52、渐扩式喇叭段53。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至图8所示，本发明提供一种稠油掺稀混合工具，其包括外筒1、喷射管2、支撑块、第一接头4和第二接头5，所述第一接头4和第二接头5分别连接于所述外筒1的两端，所述喷射管2套设于所述外筒1内。该实施例中，第一接头4和第二接头5分别经螺纹连接方式连接于外筒1上，喷射管2与外筒1同轴设置。所述喷射管2的两端封闭，并且在所述喷射管2靠近所述第一接头4的周壁上开设有稀油入孔，用于向所述喷射管2内通入稀油，所述喷射管2的靠近所述第二接头5的一端的周壁上开设有射流孔23。

稠油自第一接头4进入所述外筒1与内筒之间的环形空隙，并朝向第二接头5的方向流动，稀油自所述稀油孔进入所述喷射筒，朝向射流孔23的方向流动并自所述射流孔23喷出，与流过的稠油进行第一次混合，混合后的油液进入所述第二接头5内，进行第二次混合。

该稠油掺稀混合工具还包括用于将所述喷射管2支撑连接于所述外筒1上的支撑座3，所述支撑座3固定于所述外筒1的内周壁上。所述喷射管2靠近所述第一接头4的一端穿过所述支撑座3，并经所述支撑座3支撑于所述外筒1内。支撑座3具体可经螺钉固定于外筒1的内周壁上，例如将螺钉穿过外筒1，旋拧于支撑座3上，从而将支撑座3固定于外筒1周壁上。

所述支撑座3沿着第一方向的两侧的侧面为与所述外筒1的内周壁相配的圆弧面31，该第一方向上的两个侧面分别与所述外筒1相对两侧的内周壁密封抵接。所述支撑座3沿着第二方向上的两侧的侧面为收容的弧面32，该第二方向上的两侧的侧面与所述外筒1的内周壁之间形成沿着所述外筒1的轴向延伸的流道。其中，第一方向与第二方向彼此垂直。所述支撑座3沿着所述外筒1轴向方向上的两侧分别设有锥形部33。锥形部33的设置，可有效降低稠油进入外筒1和喷射管2之间的环形空腔时的流动阻力，减少其流动过程对压力降造成的影响。

所述支撑座3上沿着与所述第一方向和第二方向分别垂直的方向上开设有第一贯通孔34，该贯通孔用于所述喷射管2的穿过。第一贯通孔34的形状尺寸与喷射管2相配，第二贯通孔35为圆柱形。喷射管2靠近第一接头4的一端穿过该第一贯通孔34，喷射管2的外周壁与第一贯通孔34的内周壁之间密封抵接。所述支撑座3上沿着所述第一方向开设有第二贯通孔35，所述第二贯通孔35与所述第一贯通孔34交叉并连通。该实施例中，第二贯通孔35的截面为长条形，沿着第一贯通孔34的轴线方向的长度较大。

所述外筒1上开设有相对设置的第一稀油入口11和第二稀油入口12。喷射管2上的稀油入孔包括相对设置的第一稀油入孔21、第二稀油入孔22，所述第一稀油入口11经第二贯通孔35与所述第一稀油入孔21连通，所述第二稀油入口12经第二贯通孔35与所述第二稀油入孔22连通。该实施例中，第一稀油入口11、第二贯通孔35、第一稀油入孔21、第二稀油入孔22分别对准连通。

所述第二接头5的内腔沿着轴线方向自一端到另一端依次包括渐收式喇叭段51、圆柱段52和渐扩式喇叭段53。其中，所述渐收式喇叭段51靠近所述喷射管2。该实施例中，渐收式喇叭段51和渐扩式喇叭段53均为内锥面结构，其中，所述渐收式喇叭段51为内锥面结构，其锥角为16≤α≤48°。该第二接头5内腔的变径过渡，形成文丘里管段，作为稠油和稀油的混合腔，可通过改变流经该处油液的流速和节流效果，实现二次掺混。经分析优化，当内锥角设计为16°≦α≦48°范围时，其稠油掺稀不均匀度系数可维持在0.05范围内，具有较好的掺混效果。

喷射管2的两端分别设有堵头24，用于封堵喷射管2，使得喷射管2形成密闭结构。该实施例中，两个堵头24均为锥形结构，其中，靠近第一接头4的堵头24穿过并露出支撑座3，伸入第一接头4内，靠近第二接头5的堵头24伸入第二接头5的渐收式喇叭段51内。将喷射管2的两个堵头24设计成锥形结构以降低油液游动过程中的结构阻力，并且当锥顶角γ≤90°时所造成的流动阻力较低。另外，射流孔23直径和数量是影响稀油“射流效果”的重要指标，一方面当稠油粘度较高时，适当减少射流孔23数量和减小直径，可产生较好的射流效果，有利于掺混效率的提高；另一方面当稠油粘度较低时，适当增加射流孔23数量并增大直径，可利用压差控制掺稀比。

所述射流孔23沿着所述喷射管2的轴线方向分别有多圈。该实施例中，共设有五圈射流孔23，各圈射流孔23之间等间距规则设置，射流孔23的轴线与喷射管2的轴线垂直，射流孔23的直径为8mm。参考图7，作为进一步可替代地优选方案，各个所述射流孔23的轴线与所述喷射管2的轴线之间成预设夹角，所述预设夹角为45°≤β≤78°，并且射流孔23在喷射管2上以等间距螺旋状排布。射流孔23在喷射过程中会阻滞稠油的上返，造成能量损失。但通过优化射流孔23轴线与喷射管2轴线偏转夹角β，可以降低能量损失程度。同样经过分析认为当45°≤β≤78°范围时，这种程度将降低为一个较低水平，同时对稀油射流效果的影响较小。

利用该实施例中的稠油掺稀混合工具在进行油液掺混时，将第一接头4稠油管道，将第二接头5连接油液掺混外输管，第一稀油入口11和第二稀油入口12分别连接稀油管道。地层稠油经第一接头4内腔进入支撑座3与外筒1之间形成的流道内，然后进入喷射管2与外筒1之间的形成的流道内。与此同时，稀油分别经第一稀油入口11和第二稀油入口12进入支撑座3的第二贯通孔35，然后分别经第一稀油入孔21和第二稀油入孔22进入喷射管2内。进入喷射管2的稀油流动至射流孔23出，沿着各个方向的射流孔23喷射而出，与流经此处的稠油一同流入文氏管段的渐收式喇叭段51，进行第一次掺混过程。而后，进行第一次掺混的油液沿着文氏管段继续上返，由于还未掺混充分的稠、稀油密度、粘度不同，油液流速将发生变化并形成湍流，完成二次掺混过程。与现有常规筛管式结构相比，其射流力的大小和稠油径向厚度直接决定了掺混效果。采用引流的方式，使稀油外射至内部环空可有效提高射流掺混效率。

该申请中的稠油掺稀混合工具具有如下有益效果:

1、喷射管2的引流式结构增强了稀油射流效果。以喷射管2射流孔23外射的方式，充分利用油液流体动能，实现稀稠油在环空间掺混。

2、混合腔设计成文丘里管式结构，利用截面锥度的变化实现管内油液流速和内压的变化；根据伯努利定理和连续性方程，管径的变化可引起两种油液不规则湍流的形成，实现二次掺混。

3、两种掺混方式相结合，对油液压降影响较小；该稠油掺稀混合工具对稠油系统能耗的增加量较少，有利于降低能耗，减少抽油设备的故障率。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种稠油掺稀混合工具，其特征在于，包括外筒、喷射管、支撑块、第一接头和第二接头，所述第一接头和第二接头分别连接于所述外筒的两端，所述喷射管套设于所述外筒内，

所述喷射管的两端封闭，并且在所述喷射管靠近所述第一接头的周壁上开设有稀油入孔，用于向所述喷射管内通入稀油，所述喷射管的靠近所述第二接头的一端的周壁上开设有射流孔，

稠油自第一接头进入所述外筒与内筒之间的环形空隙，并朝向第二接头的方向流动，稀油自所述稀油孔进入所述喷射筒，朝向射流孔的方向流动并自所述射流孔喷出，与流过的稠油进行第一次混合，混合后的油液进入所述第二接头内，进行第二次混合，

所述稠油掺稀混合工具还包括用于将所述喷射管支撑连接于所述外筒上的支撑座，所述支撑座固定于所述外筒的内周壁上，所述喷射管靠近所述第一接头的一端穿过所述支撑座，并经所述支撑座支撑于所述外筒内，

所述支撑座沿着第一方向的两侧的侧面为与所述外筒的内周壁相配的圆弧面，该第一方向上的两个侧面分别与所述外筒相对两侧的内周壁密封抵接，

所述支撑座沿着第二方向上的两侧的侧面为收容的弧面，该第二方向上的两侧的侧面与所述外筒的内周壁之间形成沿着所述外筒的轴向延伸的流道，

其中，第一方向与第二方向彼此垂直。

2.根据权利要求1所述的稠油掺稀混合工具，其特征在于，所述支撑座沿着所述外筒轴向方向上的两侧分别设有锥形部。

3.根据权利要求1或2所述的稠油掺稀混合工具，其特征在于，所述支撑座上沿着与所述第一方向和第二方向分别垂直的方向上开设有第一贯通孔，该贯通孔用于所述喷射管的穿过，

所述支撑座上沿着所述第一方向开设有第二贯通孔，所述第二贯通孔与所述第一贯通孔交叉并连通。

4.根据权利要求3所述的稠油掺稀混合工具，其特征在于，所述外筒上开设有相对设置的第一稀油入口和第二稀油入口，

所述稀油入孔包括相对设置的第一稀油入孔、第二稀油入孔，所述第一稀油入口经第二贯通孔与所述第一稀油入孔连通，所述第二稀油入口经第二贯通孔与所述第二稀油入孔连通。

5.根据权利要求1所述的稠油掺稀混合工具，其特征在于，所述射流孔沿着所述喷射管的轴线方向分别有多圈。

6.根据权利要求5所述的稠油掺稀混合工具，其特征在于，各个所述射流孔的轴线与所述喷射管的轴线之间成预设夹角，

所述预设夹角为45°≤β≤78°。

7.根据权利要求1所述的稠油掺稀混合工具，其特征在于，所述第二接头的内腔沿着轴线方向自一端到另一端依次包括渐收式喇叭段、圆柱段和渐扩式喇叭段，

其中，所述渐收式喇叭段靠近所述喷射管。

8.根据权利要求7所述的稠油掺稀混合工具，其特征在于，所述渐收式喇叭段为内锥面结构，其锥角为16° ≤α≤48°。

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