CN108905661B - 一种管流气液混合器及油田回注污水曝氧方法 - Google Patents
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Abstract
一种管流气液混合器及油田回注污水曝氧方法。该管流气液混合器包括：气体捕集挡板、气体输送通道、液体抬升挡板、气体分散多孔板和圆管外壳；气体捕集挡板位于圆管上半部，与圆管外壳形成气体捕集腔；液体抬升挡板位于气体捕集挡板下游，与圆管下半部形成气体释放腔；气体输送通道连接气体捕集挡板和液体抬升挡板的开口，气体从该通道从气体捕集腔进入气体释放腔；气体分散多孔板与液体抬升挡板相连，气体释放腔中的气体通过气体分散多孔板上的曝氧孔均匀分散到被抬升的液体中。利用该气液混合器，将管道上半部的空气输送到管道下半部、将管道下半部的回注污水抬升至管道上半部，继而使空气与回注污水在管流过程中实现气液混合，增强气液接触，提高油田回注污水曝氧效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种气液混合装置领域，特别涉及一种气液在管道流动过程中实现气液混合的装置及油田回注污水曝氧方法。
背景技术
聚合物驱替油田需要使用大量聚合物溶液，以大庆油田为例，每年用于聚驱配注的聚合物干粉达到6×104t。为了节约清水用量、降低聚合物驱油成本，目前普遍采用清水配制聚合物溶液，回注污水稀释聚合物溶液处理技术。但是，采用油田回注污水稀释聚合物溶液存在粘度损失现象，其主要原因之一是回注污水中含有大量细菌以及还原性物质，对聚合物分子造成伤害，使聚合物分子严重卷曲或降解，从而对聚合物溶液粘度造成不利影响。因此，稀释聚合物溶液用油田回注污水必须进行曝氧处理，将油田回注污水与空气混合、提高油田回注污水中的氧气含量，达到杀菌和消除还原性物质的目的。
目前，气液混合装置及方法主要包括：(1)吸收塔喷淋，塔内液体从上向下喷淋、气体从下向上实现气液混合；(2)采用文丘利管实现混合；(3)采用射流原理，在射流口形成真空将气体吸入，实现气液混合；(4)采用气液混合泵，将气体吸入与液体混合。
但是，现有气液混合装置虽然采用不同原理都能实现气体与液体的混合，但在不同程度上存在气液混合不均匀、能耗高、以及混合效率低下等方面的不足，并且这些装置基本上都只是在将气体引入液体的时刻实现气体与液体的混合。对于管道流动来说，即便在管道入口处实现了气液的良好混合，但在气液混合物通过管道继续向前流动的过程中，由于气液之间存在较大的密度差，气液将很快分层，导致油田回注污水和空气之间的接触效果急剧变差，油田回注污水的曝氧效果不理想。目前还没有在气液管流过程中气液分层后实现气液有效混合的装置及方法。为此，确有必要提供一种管流气液混合器及油田回注污水曝氧方法。
发明内容
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种管流气液混合器及利用该混合器的油田回注污水曝氧方法, 本发明给出的技术方案结构简单，能够在气液管流过程中气液分层后再次实现气液有效混合,利用该种气液混合器实现油田回注污水曝氧，可以提高油田回注污水中的氧气含量，达到杀菌和消除还原性物质以及降低油田回注污水稀释聚合物溶液粘度损失的目的。
本发明的技术方案是：该种管流气液混合器包括气体捕集挡板、气体输送通道、液体抬升挡板、气体分散多孔板和圆管外壳；
所述气体捕集挡板为半椭圆形，以与圆管外壳的轴线成45º角与圆管外壳的上半部相连，与所述上半部圆柱面一同构成气体捕集腔；所述液体抬升挡板为半椭圆形，以与圆管外壳的轴线成45º角与圆管外壳的下半部相连，所述气体分散多孔板与液体抬升挡板相连、也与圆管外壳的下半部圆柱面相连，所述液体抬升挡板、气体分散多孔板与所述下半部圆柱面共同构成气体释放腔；所述气体分散多孔板上均匀开设曝氧孔，气体释放腔中的气体通过这些曝氧孔进入液体与其均匀混合。
所述气体捕集挡板和液体抬升挡板的两个直边之间沿圆管外壳轴线的距离等于圆管外壳的直径；所述气体捕集挡板和液体抬升挡板上有开口，将气体捕集挡板的开口与液体抬升挡板的开口用曲面相连，形成气体输送通道；所述气体输送通道从圆管外壳轴线方向来看，是由对称的左右两部分类似环形的空间构成，以实现气体通过该通道从管道上半部的气体捕集腔进入管道下半部的气体释放腔，而液体从气体捕集腔的下部通过位于左右两个环形气体输送通道之间的液流通道被抬升到气体释放腔的上部。
另外，确保所述气体输送通道靠圆管外壳轴心一侧与液体接触的曲面的形状进行流线形处理，以减小对液流的阻力，降低液体流动能量的损失。
利用上述管流气液混合器进行油田回注污水曝氧的方法按照如下方式进行，即利用管流气液混合器将管道上半部的空气输送到管道下半部、将管道下半部的回注污水抬升至管道上半部，继而使空气与回注污水在管流过程中实现气液混合，从而增强气液接触，提高油田回注污水曝氧效果。
具体实施时，所述管流气液混合器中气体输送通道的横截面积根据输送的气液混合物的气液比进行调节，使气体的过流面积占比保持与输送管道未引入该气液混合器时的占比相当。
本发明具有如下有益效果：利用本发明所给出的装置，可以在气液管流过程中气液分层后再次实现气液有效混合。本发明给出的技术方案虽然结构简单，但是能够在气液管流过程中气液分层后再次实现气液有效混合,利用该种气液混合器实现油田回注污水曝氧，可以提高油田回注污水中的氧气含量，达到杀菌和消除还原性物质以及降低油田回注污水稀释聚合物溶液粘度损失的目的。
附图说明：
图1 本发明管流气液混合器总体结构示意图。
图2 气体捕集挡板示意图。
图3 液体抬升挡板示意图。
图4 气体分散多孔板示意图。
图5 气体输送通道示意图。
图6 液流通道示意图。
图7 本发明管流气液混合器结构线条编号示意图。
图8 本发明管流气液混合器嵌入管道式安装示意图。
图9 本发明管流气液混合器法兰式安装示意图。
图中1-气体捕集挡板，2-气体输送通道，3-液体抬升挡板，4-气体分散多孔板，5-圆管外壳，6-气体捕集腔，7-气体释放腔，8-气体捕集挡板开口，9-液体抬升挡板开口，10-液流通道，11-气体分散多孔板上的曝氧孔，12-法兰，13-油田污水回注管道。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种管流气液混合器，包括气体捕集挡板1、气体输送通道2、液体抬升挡板3、气体分散多孔板4和圆管外壳5。
在本实施例中，所述气体捕集挡板1为半椭圆形，如图2所示，以与圆管外壳5的轴线成45º角与圆管外壳5的上半部相连，与圆管上半部外壳一起构成气体捕集腔6。
在本实施例中，所述液体抬升挡板3为半椭圆形，如图3所示，以与圆管外壳5的轴线成45º角与圆管外壳5的下半部相连，与气体分散多孔板和圆管下半部外壳一起构成气体释放腔7。
在本实施例中，所述液体抬升挡板3所起作用在于，一方面使被抬升的液体和气体捕集腔6形成封闭空间，阻挡气体从管道上半部直接顺利通过而被捕集，并使被捕集的气体略微憋压；另一方面在液体抬升挡板3之后的管道下半部形成略微的低压，以便气体从位于圆管上半部的气体捕集腔6通过气体输送通道2进入位于圆管下半部的气体释放腔7。
在本实施例中，所述气体捕集挡板1和液体抬升挡板3的两个直边之间沿圆管外壳5轴线的距离等于圆管外壳5的直径。
在本实施例中，所述气体捕集挡板1和液体抬升挡板3上有开口。将气体捕集挡板1的开口8与液体抬升挡板3的开口9用曲面相连，形成气体输送通道2。
在本实施例中，所述气体输送通道2，如图5所示，从圆管外壳轴线方向来看由对称的左右两部分类似环形的空间构成。气体通过该通道2从管道上半部的气体捕集腔进入管道下半部的气体释放腔，而液体从气体捕集腔6的下部通过位于左右两个环形气体输送通道2之间的液流通道10，如图6所示升高到气体释放腔7的上部。
在本实施例中，所述气体输送通道2靠圆管外壳5轴心一侧与液体接触的壁面的形状尽量制造成流线形，以减小对液流的阻力，降低液体流动能量的损失。
在本实施例中，所述气体分散多孔板4，如图4所示，与液体抬升挡板3相连，共同构成气体释放腔7。
在本实施例中，所述气体分散多孔板4上均匀开设曝氧孔11，气体释放腔7中的气体通过这些曝氧孔11进入液体与液体均匀混合。
为进一步明确本发明所述管流气液混合器的结构特征，现结合图7所示的本管流气液混合器结构的线条编号，对本实施例管流气液混合器的结构和尺寸进行详细说明：
1）本实施例管流气液混合器的圆管外壳的内径为40cm。
2）线条101、106、107确定气体捕集挡板。其中101为长40cm的直边；曲线106和曲线107为气体捕集挡板与圆管外壳相交的线，它们一起是长轴为56.56cm、短轴为40cm的椭圆线的一半。但由于在气体捕集挡板上开口，气体捕集挡板实际上只有三点与圆管外壳相交，曲线106和107实际上并不存在，气体捕集挡板实际由线条101、102、103、104、105确定。气体捕集挡板上的开口包括两部分，分别由线条105、104、107和线条102、106、103确定。其中线条105和线条102是长为7.07cm的直边，它们与直边101成45º角。曲线103和曲线104一起是长轴为46.56cm、短轴为30cm的椭圆线的一半。
3）线条301、306、307确定液体抬升挡板。其中301为长40cm的直边；曲线306和曲线307为液体抬升挡板与圆管外壳相交的线，它们一起是长轴为56.56cm、短轴为40cm的椭圆线的一半。但由于在液体抬升挡板上开口，液体抬升挡板实际上只有三点与圆管外壳相交，曲线306和307实际上并不存在，液体抬升挡板实际由线条301、302、303、304、305确定。液体抬升挡板上的开口包括两部分，分布由线条302、306、303和线条301、304、307确定。其中线条302和线条305是长为7.07cm的直边，它们与直边301成45º角。曲线303和曲线304一起是长轴为46.56cm、短轴为30cm的椭圆线的一半。
4）气体输送通道包括两部分，这两部分都是由曲面构成的空间。其中一个空间由线条208-105-207、线条207-104-206-303、线条206-302-205以及线条205-306-208-107确定的四个曲面所构成；另一个空间由线条102-202-201、线条202-103-203-304、线条203-305-204以及线条204-106-201-307确定的四个曲面所构成。曲线208和曲线201一起、曲线204和曲线205一起都是长轴为56.56cm、短轴为40cm的椭圆线的一半。曲线202和曲线207一起、曲线203和曲线206一起都是长轴为57.45cm、短轴为30cm的椭圆线的一半。
5）液流通道由平面101-102-103-104-105、曲面102-202-201、曲面202-103-203-304、曲面203-305-204、平面304-303-302-301-305、曲面208-105-207、曲面207-104-206-303、曲面206-302-205构成。
6）气体分散多孔板由水平板和倾斜板组成，其中水平板为长方形，长为40cm、宽为5cm，其中一个长边与液体抬升挡板相连，另一个长边与倾斜板相连，水平板的短边401与圆管外壳相连。倾斜板与圆管外壳相交于曲线402和曲线403，曲线402和曲线403一起是长轴为80cm、短轴为40cm的椭圆线的一半。气体分散多孔板上开设的曝氧孔11为圆孔，其直径为2mm。
在本实施例中，所述管流气液混合器采用耐腐蚀塑料或不锈钢进行制造，构成所述管流气液混合器的平面和曲面的壁厚均为2~3mm。
在本实施例中，所述管流气液混合器的安装使用方式有以下两种：
其一、管流气液混合器的圆管外壳加工成薄壁，壁厚为2~3mm，其外径与油田回注污水管道的内径相等，安装时直接将该管流气液混合器嵌入油田回注污水管道中，如图8所示；
其二、管流气液混合器的圆管外壳采用与油田回注污水管道13相同规格的管材，其两端焊接法兰12，安装时采用螺栓将该管流气液混合器连入油田污水回注管道，如图9所示。
在本实施例中，所述气液混合器可在油田回注污水输送管道上沿程连续或多点安放，将回注污水管道制造或改造成“气液混合管”以增强回注污水的曝氧效果。
在本实施例中，油田回注污水曝氧方法的原理是利用本专利发明的管流气液混合器，将管道上半部的空气输送到管道下半部、将管道下半部的回注污水抬升至管道上半部，继而使空气与污水在管流过程中实现气液混合，增强气液接触，提高油田回注污水的曝氧效果。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，凡秉承本发明所提出的将管道上半部的气体捕集并输送到管道下半部、将管道下半部的液体抬升至管道上半部，继而使气液在管流过程中实现气液混合的创意，而对本专利所述管流气液混合器所做的任何修改、优化、改进或新设计的任何管流气液混合器都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种管流气液混合器，其特征在于：所述管流气液混合器包括气体捕集挡板（1）、气体输送通道（2）、液体抬升挡板（3）、气体分散多孔板（4）和圆管外壳（5）；
所述气体捕集挡板（1）为半椭圆形，以与圆管外壳（5）的轴线成45º角与圆管外壳（5）的上半部圆柱面相切相连， 所述气体捕集挡板（1）与所述圆管外壳上半部圆柱面围成的空间构成气体捕集腔（6）；
所述液体抬升挡板（3）为半椭圆形，以与圆管外壳（5）的轴线成45º角与圆管外壳（5）的下半部圆柱面相切相连，所述气体分散多孔板（4）与液体抬升挡板（3）相连、也与圆管外壳（5）的下半部圆柱面相切相连，所述液体抬升挡板、气体分散多孔板与所述下半部圆柱面共同构成气体释放腔；所述气体分散多孔板（4）上均匀开设曝氧孔，气体释放腔中的气体通过这些曝氧孔进入液体与其均匀混合；
所述气体捕集挡板（1）和液体抬升挡板（3）的两个直边之间沿圆管外壳（5）轴线的距离等于圆管外壳（5）的直径；
所述气体捕集挡板（1）和液体抬升挡板（3）上有开口，将气体捕集挡板（1）的开口（8）与液体抬升挡板（3）的开口（9）采用由椭圆线确定的曲面相连，形成气体输送通道（2）；所述气体输送通道（2）从圆管外壳轴线方向来看，是由对称的左右两部分类似环形的空间构成，以实现气体通过该通道从管道上半部的气体捕集腔进入管道下半部的气体释放腔，而液体从气体捕集腔的下部通过位于左右两个环形气体输送通道之间的液流通道（10）被抬升到气体释放腔的上部。
2.根据权利要求1所述的管流气液混合器，其特征在于：所述气体输送通道（2）靠圆管外壳轴心一侧与液体接触的曲面的形状进行流线形处理，以减小对液流的阻力，降低液体流动能量的损失。
3.一种油田回注污水曝氧方法，其特征在于：利用权利要求1或2所述管流气液混合器，将管道上半部的空气输送到管道下半部、将管道下半部的回注污水抬升至管道上半部，继而使空气与回注污水在管流过程中实现气液混合，从而增强气液接触，提高油田回注污水曝氧效果；
所述管流气液混合器中气体输送通道（2）的横截面积根据输送的气液混合物的气液比进行调节，使气体的过流面积占比保持与输送管道未引入该气液混合器时的占比相当。
4.根据权利要求3所述的一种油田回注污水曝氧方法，其特征在于：所述气液混合器在油田回注污水输送管道上沿程多点安装。
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