CN111085349B - 一种缝洞型油藏深部酸化用酸液雾化装置及其雾化方法 - Google Patents
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Abstract
一种缝洞型油藏深部酸化用酸液雾化装置，包括气路系统、液路系统和雾化喷嘴；气路系统包括气体入口、空气压缩机；液路系统包括酸液入口、高压耐酸泵、双流式文丘里管；空气经空气压缩机加压后进入气体入口；酸液经高压耐酸泵加压后进入环形空腔，环形空腔用于积蓄酸液，环形空腔里的酸液通过壁上的酸液入口进入圆柱形空腔，在圆柱形空腔内由于水力空化作用形成酸雾，酸雾受圆柱形空腔约束为酸雾柱状流体，酸雾柱状流体在雾化发生器内部高速运动并最终从雾化发生器的雾化喷嘴喷出，雾化喷嘴直接与井筒相连。该装置具有较好的耐高温、耐高压、耐酸性能，可通过气、液路系统控制注入排量，保持较高酸液雾化率，提升缝洞型油藏的酸化效果。
Description
技术领域
本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种缝洞型油藏深部酸化用酸液雾化装置及使用该装置进行雾化的方法。
背景技术
酸化是现今开发低孔隙度、低渗透率碳酸盐岩油藏的主要技术措施。影响酸化过程中碳酸盐岩溶蚀形态的主要因素为H+传质速度和表面反应速度。当H+传质速度小于表面反应速度时其溶蚀形态为面溶蚀，反之则为均匀溶蚀，只有当H+传质速度和表面反应速度相近时，其溶蚀形态才是蚓孔溶蚀。酸蚀蚓孔的形态可空间展布直接影响酸化效果。而H+传质速度和表面反应速度受到酸液注入速度和注入方式的影响。因此为了提高酸化施工效果，必须合理控制酸液注入速度、优选酸液注入方式。
缝洞型油藏的有效储集空间为裂缝、溶蚀孔和各种结构复杂、几何形状极不规则的洞穴，其中最主要的储集空间为溶洞。使用常规酸进行基质酸化时，注入的酸液一旦进入溶洞，酸液会在溶洞内积蓄，不但会造成酸液的浪费，更终止蚓孔延伸，影响酸化效果。且随着酸化井深度的增大，地层温度越来越高，给施工液体的耐温性能带来了一系列问题。高温地层环境下，酸岩反应速度会大幅升高，造成近井部分地层的过度酸化，而纵深方向得不到充分酸化，严重时甚至会导致酸化作业的失败。储层进行酸化改造时，液体酸在井筒、裂缝和孔隙中流动，反应时都要与地层发生显著的热交换，因而体系温度变化很大。温度变化必然影响液体的流变性和酸岩反应速率，最终影响蚓孔的几何尺寸、酸液有效作用距离等，从而影响酸化效果。此外，在进行常规酸化注酸施工时，施工摩阻较大，对施工设备要求很高，限制了施工排量，影响了有效蚓孔作用距离。
为改善常规酸酸化作业中存在的问题，结合缝洞型油藏常用的注气开采方式的特点，现有技术中已经有利用酸液雾化来酸化缝洞型油藏的施工方法。与常规酸相比，雾化酸更有利于缝洞型油藏的酸化：(1)雾化酸漏失量较少，酸液用量远少于液体酸；(2)雾化酸更有利于蚓孔穿洞；(3)雾化酸酸岩反应速率基本不受流速影响；(4)高温条件有利于维持雾化的稳定；(5)注酸时，雾化酸摩阻小。
在油田现场进行雾化酸酸化作业时，必须使用雾化发生器将酸液雾化，而应用较广的雾化发生器按雾化原理可分为2种，即超声雾化发生器和文丘里雾化发生器。超声雾化发生器的核心动力是超声波在液体中的空化作用，虽然液体温度越高，对空化的产生越有利，但当温度过高时，气泡中蒸汽压增大，因此气泡闭合时增强了缓冲作用，空化作用减弱，不利于油田深井的酸化应用。就现阶段来说，虽然国内一些科研院所对超声雾化特性及机理做了初步的研究，并取得了一定成果，但由于超声雾化机理较复杂，共振特性及影响因素较复杂，大部分的研究仅限于有关实验现象的分析。与超声雾化发生器相比，文丘里雾化发生器具有以下优点：(1)稳定的雾化效果：雾化颗粒细小、均匀，且在整个液量变化范围内，雾化颗粒大小稳定；(2)显著节能：在较低的气压、水压下可实现稳定的雾化，相对于压力喷射类雾化发生器，能量消耗低；(3)较大的流体流量调整范围：通过调节液体和气体的压力，喷雾液量可从零到最大设计流量之间连续调整，以适应频繁的变量喷雾工况；(4)优异的抗堵塞性能：喷嘴的孔径大，对杂质颗粒有较好的适应性；(5)纯机械性产品，无活动部件，故障率低，成本及维修费用低，使用寿命长。
表面活性剂是一类能够显著改变液体表面张力的化学品。在液体中，少量表面活性剂加入能够使液体静态表面张力迅速降低从而抑制了液滴的聚并。通过雾化酸装置的设计和配套用剂筛选相结合，得到一套适用于缝洞型油藏深度酸化的酸液雾化率改进体系。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于缝洞型油藏提高酸液雾化率的装置及其使用方法。
一种缝洞型油藏深部酸化用酸液雾化装置，包括气路系统、液路系统和雾化喷嘴；气路系统包括气体入口、空气压缩机；液路系统包括酸液入口、高压耐酸泵、双流式文丘里管；空气经空气压缩机加压后进入气体入口；酸液经高压耐酸泵加压后进入环形空腔，环形空腔用于积蓄酸液，环形空腔里的酸液通过壁上的酸液入口进入圆柱形空腔，在圆柱形空腔内由于水力空化作用形成酸雾，酸雾受圆柱形空腔约束为酸雾柱状流体，酸雾柱状流体在雾化发生器内部高速运动并最终从雾化发生器的雾化喷嘴喷出，雾化喷嘴直接与井筒相连。
所述雾化发生器高100-200mm，气体入口高20-50mm、内径10-30mm、外径20-40mm，液体入口直径5-10mm，液体出口直径0.1-1mm、总截面积为0.1-5mm2，雾化喷嘴长度20-80mm，雾化喷嘴出口端内径5-10mm。优选的，雾化发生器高110-150mm，气体入口高30-50mm、内径15-25mm、外径30-35mm，液体入口直径7-9mm，液体出口直径0.3-0.6mm、总截面积为1-2mm2，双流式出口部雾化喷嘴长度40-60mm，雾化喷嘴出口端内径6-8mm。
酸液入口为6-12个轴向分布的孔道，所述孔道的直径为0.2-1mm，优选8-10个孔道，所述孔道直径为0.4-0.6mm；所述孔道在环形空腔同一高度处，斜向下连通文丘里管出口端；所述酸液入口与轴线的夹角为50-80度，优选为60-70度。
酸液入口的独特设计使得在酸液单位时间注入量不变时，酸液被平分为多份，每个注入口与原雾化发生器相比分得更少的酸液量；且注入口斜向下进入空腔，这样与以前的垂直射入相比，倾斜射入更易在管壁的中心汇集，通过这两点改进，可以保证在维持装置承压能力的同时，使得更多体积的酸液均匀地进入井筒中间，更易被气体粉碎成雾状液滴，提高了雾化率。
所述雾化喷嘴为锥形，雾化喷嘴顶部设置有一个圆柱形撞子；所述雾化喷嘴的轴向夹角为15-45度，优选为25-35度。
当雾化酸进入雾化喷嘴后，锥形的雾化喷嘴由于流体通道逐渐缩小，里面的流体流速也逐渐增大，当增大后的流体喷出雾化喷嘴后，撞击圆柱撞子使得液滴进一步被破碎为小液滴，在出口端雾化率进一步提高。同时因为锥嘴出口为锐角深入井筒中，雾化酸经喷口喷出，可以减少在井筒中的积液情况，防止在井壁当中的二次聚并，保证了雾化酸在井筒中的后续流动。
根据本发明优选的实施方案，所述酸液中还含有0.1-1wt％的十二烷基苯磺酸钠，优选采用为0.3-0.6wt％的十二烷基苯磺酸钠。
十二烷基苯磺酸钠为分子式C H NaO S，难挥发，易溶于水，对稀酸化学性质稳定，属于阴离子型表面活性剂。十二烷基苯磺酸钠具有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。当气液两相接触时，两相之间具有一个相当厚度的过渡区，称之为表面。十二烷基苯磺酸钠通过分子中不同部分分别对于两相的亲和，使两相均将其看作本相的成分，分子排列在两相之间，使两相的表面相当于转入分子内部。从而降低表面张力。由于两相都将其看作本相的一个组分，就相当于两个相与表面活性剂分子都没有形成界面，就相当于通过这种方式部分的消灭了两个相的界面，就降低了表面张力和表面自由能，从而降低小液滴聚并结合的概率，防止液滴聚并。
本发明还公开了一种利用所述雾化发生器提高雾化率的方法，其中所述空气的流速为50-80m3/h；酸液的流速为5-20mL/min；所述雾化发生器的雾化率超过60％，更优选超过70％。
本发明的有益效果为：
1、本发明所述雾化发生器相对比传统的雾化发生器，设置了更为狭长的文丘里管道，喷嘴前的圆柱撞子可增大气动力，使酸液破碎后具有更好的的雾化效果，雾化颗粒细小均匀，在较低的气压、液压下即可实现稳定的雾化；且酸液入口的设计可以保证在维持装置承压能力的同时，使得更多体积的酸液均匀的进入井筒中间，更易被气体打碎成，增大雾化率；
2、本发明在酸液中加入雾化稳定剂，可以降低液相的表面张力和表面自由能，减少雾化酸在缝洞型油藏溶洞内的聚并和沉积，提高雾化效果，填补了在油气井酸化领域中对酸液雾化研究的空白；
3、本发明通过气、液路系统控制注入排量，进行变量喷雾工况，可在现场施工过程中随时调整注入排量，保持较高酸液雾化率；
4、本发明可以通过雾化酸的形成，减少酸液在缝洞型油藏溶洞内的聚集，提升其酸化效果，填补了在油气井酸化领域中对酸液雾化研究的空白。
附图说明
图1本发明所述雾化发生器结构示意图；其中：1气路系统；2液路系统；3酸液入口；4双流式文丘里管出口；5喷嘴；6圆柱撞子；环形空腔；
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步说明，但不仅限于此。
实施例1
一种缝洞型油藏深部酸化用酸液雾化装置，包括气路系统、液路系统和雾化喷嘴；气路系统包括气体入口、空气压缩机；液路系统包括酸液入口、高压耐酸泵、双流式文丘里管；空气经空气压缩机加压后进入气体入口；酸液经高压耐酸泵加压后进入环形空腔，环形空腔用于积蓄酸液，环形空腔里的酸液通过壁上的酸液入口进入圆柱形空腔，在圆柱形空腔内由于水力空化作用形成酸雾，酸雾受圆柱形空腔约束为酸雾柱状流体，酸雾柱状流体在雾化发生器内部高速运动并最终从雾化发生器的雾化喷嘴喷出，雾化喷嘴直接与井筒相连。
所述雾化发生器高120mm，气体入口高40mm、内径20mm、外径32mm，液体入口直径8mm，液体出口直径0.5mm、液体出口总截面积为1.57mm2，雾化喷嘴长度53mm，雾化喷嘴出口端内7mm。
酸液入口为8个轴向分布的孔道，所述孔道的直径为0.5mm，所述孔道在环形空腔同一高度处，斜向下连通文丘里管出口端；所述酸液入口与轴线的夹角为60度。所述雾化喷嘴为锥形，雾化喷嘴顶部设置有一个圆柱形撞子；所述雾化喷嘴的轴向夹角为25度。
使用实施例1所示雾化发生器进行酸液雾化实验，气体流量为60m3/h恒定不变，液体流量为10～50mL/min，此外在酸液中还添加0.5wt％的十二烷基苯磺酸钠作为酸液添加剂，得到初始实验数据如表1所示：
表1改进型双流式文丘里雾化发生器且添加十二烷基苯磺酸钠的实验数据表(t＝3min)
对比例1
使用常规型双流式文丘里管雾化器，且添加十二烷基苯磺酸钠作为酸液添加剂，得到实验数据如表2所示：
表2常规型雾化发生器且添加十二烷基苯磺酸钠的实验数据表(t＝3min)
对比例2
使用常规型双流式文丘里管作为雾化发生器，不添加十二烷基苯磺酸钠作为酸液添加剂，得到实验数据如表3所示：
表3常规型雾化发生器且未添加十二烷基苯磺酸钠实验数据表(t＝3min)
由对比例2可以得到，酸液雾化率随着液气质量比的减小而增大，雾化率最大为40％。
因此可以看出，本发明公开的重新设计的新型双流式文丘里雾化发生器，与常规型双流式文丘里雾化发生器相比，具有更好的雾化率和防聚并效果，更为适合现场的使用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种缝洞型油藏深部酸化用酸液雾化装置，包括气路系统、液路系统和雾化喷嘴；气路系统包括气体入口、空气压缩机；液路系统包括酸液入口、高压耐酸泵、双流式文丘里管；空气经空气压缩机加压后进入气体入口；酸液经高压耐酸泵加压后进入环形空腔，环形空腔用于积蓄酸液，环形空腔里的酸液通过壁上的酸液入口进入圆柱形空腔，在圆柱形空腔内由于水力空化作用形成酸雾，酸雾受圆柱形空腔约束为酸雾柱状流体，酸雾柱状流体在雾化发生器内部高速运动并最终从雾化发生器的雾化喷嘴喷出，雾化喷嘴直接与井筒相连；所述雾化发生器高100-200mm，气体入口高20-50mm、内径10-30mm、外径20-40mm，液体入口直径5-10mm，液体出口直径0.1-1mm、总截面积为0.1-5mm2，雾化喷嘴长度20-80mm，雾化喷嘴出口端内径5-10mm；酸液入口为6-12个轴向分布的孔道，所述孔道的直径为0.2-1mm；所述雾化喷嘴为锥形，雾化喷嘴顶部设置有一个圆柱形撞子，所述雾化喷嘴的轴向夹角为15-45度；所述雾化发生器的雾化率超过60％；所述酸液中还含有0.1-1wt％的十二烷基苯磺酸钠。
2.如权利要求1所述的雾化装置，其特征在于雾化发生器高110-150mm，气体入口高30-50mm、内径15-25mm、外径30-35mm，液体入口直径7-9mm，液体出口直径0.3-0.6mm、总截面积为1-2mm2，双流式出口部雾化喷嘴长度40-60mm，雾化喷嘴出口端内径6-8mm。
3.如权利要求1所述的雾化装置，其特征在于酸液入口为8-10个轴向分布的孔道，所述孔道直径为0.4-0.6mm；所述孔道在环形空腔同一高度处，斜向下连通文丘里管出口端；所述酸液入口与轴线的夹角为50-80度。
4.如权利要求3所述的雾化装置，其特征在于所述酸液入口与轴线的夹角为60-70度。
5.如权利要求1所述的雾化装置，其特征在于所述雾化喷嘴的轴向夹角为25-35度。
6.使用如权利要求1-5任一项所述雾化装置进行雾化的方法，其中所述空气的流速为50-80m3/h；酸液的液体流速为5-20mL/min。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述雾化发生器的雾化率超过70％。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于空气的流速为50-80m3/h；酸液的流速为5-20mL/min。
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