CN112096346A - 一种多级复合旋流、紊流声波超强降粘防蜡增油装置 - Google Patents
一种多级复合旋流、紊流声波超强降粘防蜡增油装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明是一种多级复合旋流、紊流声波超强降粘防蜡增油装置，包括管壳，管壳前端设有进油口，后端设有出油口，所述管壳内位于进油口后方装有分层旋流机构，分层旋流机构包括安装于管壳内壁的外层旋流套，外层旋流套内壁固定装有一中间隔套，中间隔套内部装有内层旋流柱芯，所述中间隔套用于将内层油道与外层油道分隔开，管壳内位于出油口内侧装有雾化喷嘴；所述管壳内位于进油口外端装有多级扰流机构，多级扰流机构与分层旋流机构之间设有一级紊流室，所述中间隔套后端与内层旋流柱芯端部之间设有二级紊流室，分层旋流机构与雾化喷嘴之间设有三级紊流室；本发明大大提高了防蜡降粘效果，提高了抽油泵效率，油管几乎不会被堵塞，提高了油井的产量。
Description
技术领域
本发明涉及采油设备领域，具体是一种多级复合旋流、紊流声波超强降粘防蜡增油装置。
背景技术
在原油开采后期，由于油层压力低、能量不足，产液逐渐下降。为提高原油采收率，原油生产中产液的主要成分是水、原油、原油中因压力降低而逸出的石油气及地层中随水油一起带出的少量其它物质，其中水分占比60%-70%以上。现今主要是从地面向地下油层注入高压水或在水中加入能驱油的化学物质，称为水驱或化合物驱油方式，这样因长期注水使地层温度越来越低，原油的流动速度变慢，粘度增大，原油中的石蜡及胶质沥青等成分在低温时更容易聚集而吸附在油管壁上，越积越厚，从而造成油管堵塞。采油生产中若清理不及时，往往造成抽油杆负荷增大而断裂，或因油管堵塞而停产。特别是稠油井，原油中胶质沥青含量高，粘度更大，流动更缓慢，极易堵塞油管，严重影响生产；中国专利CN2771474Y“防蜡降粘增油装置”采用声波原理防止油液中的杂质粘附油管造成堵塞，其存在以下问题：一是只采用单级声波发生器，单级声波发生器只能产生单一的最大振动频率，不能对产液中的水、石蜡、胶质、沥青质等不同等级分子量的各组分均形成共振，二是声波处理前，只有简单的在管内壁设有几道深浅不一的螺旋槽，没有充分将产液中以层流状态流动的水、石蜡、胶质、沥青质等以块状聚集存在的形态转变为湍流紊流状态而充分均匀地分散在水中、形成微滴状的“水包油型”乳化状态，导致后续的声波场所起的搅拌、分散乳化、解聚降粘的声波处理作用后各组分分子的布朗运动效果差；三是原声波发生器为了产生高频，将喷油口设计得较小且固定，反洗井时，从管壁剥落下的石蜡块及垢块堆集在狭小的喷油口处而造成堵塞；需要反复进行正洗、反洗才能清理喷油口堵塞问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述现有采油后期中存在油管易被堵塞的问题，提供一种多级复合旋流、紊流声波超强降粘防蜡增油装置。
本发明的具体方案是：一种多级复合旋流、紊流声波超强降粘防蜡增油装置，包括管壳，管壳前端设有进油口，后端设有出油口，所述管壳内位于进油口后方装有分层旋流机构，分层旋流机构包括安装于管壳内壁的外层旋流套，外层旋流套内壁固定装有一中间隔套，中间隔套内部装有内层旋流柱芯，所述中间隔套用于将内层油道与外层油道分隔开，管壳内位于出油口内侧装有雾化喷嘴；所述管壳内位于进油口外端装有多级扰流机构，多级扰流机构与分层旋流机构之间设有一级紊流室，所述中间隔套后端与内层旋流柱芯端部之间设有二级紊流室，分层旋流机构与雾化喷嘴之间设有三级紊流室。
本发明所述多级扰流机构包括管壳A，管壳A前端设有锥形导流环，锥形导流环后端依次交替装有内阻流器、外阻流器，内阻流器包括安装于管壳A中心的截流槽，截流槽的外壁均布有若干导流板，导流板与管壳A内壁固定连接，所述外阻流器包括固定于管壳A内壁的环形截流板，环形截流板中间装有朝前端设置的扰流圆筒。
本发明所述管壳的出油口外端装有至少一级声波发生器，所述声波发生器包括管壳B，管壳B前端与所述出油口连接，管壳B内装有固定座，固定座前端设有锥形导流孔，锥形导流孔前端装有一根固定杆，所述固定座位于锥形导流孔后方设有导向孔，所述固定杆中间设有安装孔，安装孔内装有一滑杆，滑杆后端装有滑块，滑块沿导向孔滑动且与导向孔之间设有过油间隙形成喷油口，滑块与固定杆之间装有复位弹簧，固定座后端位于导向孔两侧装有一个支架，支架后端两侧各装有一振动弹片，振动弹片朝前端悬空布置。
本发明所述管壳出油口装有至少三级声波发生器，各级声波发生器的管壳B首尾连接，每个管壳B后方位于下一级声波发生器前方设有空化腔，每级声波发生器的振动弹片长度及厚度互不相同以形成不同的振动频率，分别对应产液中石蜡、胶质、沥青的共振频率。
本发明所述管壳A后端位于一级紊流室前方装有一涡流器，所述分层旋流机构后端位于三级紊流室前方装有一涡流器，涡流器包括固定筒，固定筒中心装有中心杆，中心杆与固定筒之间均布有若干个扇叶。
本发明所述扇叶上设有若干条长形通孔。
本发明所述中间隔套后端位于内层旋流柱芯的出口处设有阻流环。
本发明所述雾化喷嘴包括固定座，固定座外壁与所述管壳内壁连接，固定座中心设有通孔，固定座朝向出油口一端固定装有一锥形喷头，锥形喷头中心设有与所述通孔对接的进油腔，锥形喷头侧壁设有螺旋槽，螺旋槽与所述进油腔连通。
本发明所述外层旋流套包括套筒，套筒侧壁均布有若干条与套筒内壁连通的螺旋槽，所述螺旋槽的宽度从前至后逐渐减小。
本发明所述内层旋流柱芯包括端板，端板一端设有柱芯，柱芯外壁均布有若干条螺旋槽，所述端板上设有与螺旋槽连通的进液孔。
本发明的工作原理如下：管壳A前端进油口连接抽油管，管壳B后端出油口连接抽油泵，产液依次通过多级扰流机构及涡流器后，流速瞬间提高到合适速度，并沿一级紊流室的内壁高速旋转，产液在一级紊流室形成涡流、湍流，产液中的水、石蜡、胶质、沥青质等物质分子进行充分的混合、碰撞，使大块状的石蜡及胶质沥青等成分被水分子分散包围，形成“水包油型”的乳化液。
然后通过分层旋流机构时分为内层和外层，外层产液通过外层旋流套后进入三级紊流室，内层产液通过内层旋流柱芯后进入二级紊流室再次通过涡流器进入三级紊流室，在涡流、紊流状态下产液中的各组分物质进一步分散形成更小的乳状液滴，增强乳化效果。乳化体中的分散液滴总是不停地运动，相互碰撞使液滴的界面膜破坏，液滴将会聚结形成较大的液滴，若聚结过程继续，则发生"破乳"现象，大量实验表明，液滴越小乳化体越稳定。
因此三级紊流室后端设置雾化喷嘴，产液经过螺旋雾化喷嘴进行雾化，形成更微小的乳化液，石蜡、胶质、沥青质被充分分散在水中，形成更加稳定的“水包油型”的乳化液。
最后产液通过多级声波发生器，利用超声液哨的原理，产生声波效应。含水原油通过喷嘴的高速射流产生爆破扩张，激发振动系统产生400-2500Hz的声波振动，在振动弹片周围的油水介质内形成声波场。该波场有强烈的交变压力作用于油水介质，起空化、搅拌，分散乳化、解聚降粘的作用，多级双通道声波发生器每一级结构基本相同，但喷油口的尺寸大小、振动弹片的长度、厚度各不相同，各级声波发生器产生不同频率的振动，最大限度地分别与产液中分子量不同各组分物质分子产生共振，各组分物质分子的内能增加。这样增强了“水包油型”的乳化液滴中各组分物质分子进行布朗运动的运动能力，物质的粘度也随之降低。
这样原油中的石蜡及胶质沥青等成分形成稳定的“水包油型”的乳化液状态，降低了粘度、增加了流动性，不易聚集而吸附在油管壁上，避免了油管的堵塞，增强了产液的流动性，从而不易造成油管堵塞。
声波发生器的喷油口处设置了移动滑块，解决了常规热反洗及不动管柱热洗车反洗方式清堵时，在洗液通过声波喷油口时，因声波喷油口狭窄，从油管壁剥离下的垢块或蜡块堆聚在声波喷油口的狭缝处极易造成堵塞问题。常规热反洗是从油管注入加压加热的洗液，经过井底，从洗液从套管流出，如此循环完成洗井过程。反向洗井时，向油管内注入加压热水，声波喷油口处的滑块在水压作用下，向下移动打开通道，使洗液顺利通达井底，反洗完成后，滑块在弹簧力的作用下复位。避免了加压反洗时从油管壁剥离下的垢块或蜡块堆聚在声波喷油口的狭缝处造成堵塞问题。
本发明具有以下有益效果：1、通过多级扰流机构、内外分层旋流及涡流器的作用，产液在多级紊流腔内各组分进行充分的碰撞、混合，形成乳化状态，后又经雾化处理，使得产液中的各组分物质进一步分散形成更微小的“水包油型”乳状液滴，增强乳化效果，通过乳化处理后，产液中原油粘度比现有声波降粘防蜡器处理后降低90%以上，大大提高了产液的流动性能；2、三级声波发生器的结构基本相同，但喷油口的尺寸大小、振动弹片的长度、厚度各不相同分别产生不同频率的振动，最大限度地分别与产液中的水、石蜡、胶质、沥青质等不同等级分子量的各组分均形成共振，各组分物质分子的内能增加。增强了“水包油型”的乳化液滴中各组分物质分子进行布朗运动的运动能力，三级声波处理效果是现有单一声波降粘防蜡器的三倍以上；3、喷油口的移动滑块解决了现有声波降粘防蜡器的固定喷油口在常规热反洗及不动管柱热洗车反洗方式时喷油口处的堵塞问题；4、在有效降低了原油的粘性、增加了流动性的基础上，油井洗井周期可延长3~6倍，并减少修井次数；5、可部分或完全替代现阶段各油田普遍使用的热液洗井或化学药剂的清防蜡方法，减少热能消耗及化学药品用量，更加环保节能；6、提高抽油泵效率10%以上；7、油管几乎不会被堵塞，提高油井约30%的产量，尤其有利于对稠油的开采。
附图说明
图1是本发明结构主视图；
图2是本发明多级扰流机构的立体视图；
图3是本发明外层旋流套的立体视图；
图4是图3的主视图；
图5是本发明内层旋流柱芯结构的立体视图；
图6是本发明雾化喷嘴的立体视图；
图7是本发明声波发生器的立体视图；
图8是图7的主视图；
图9是图8的A-A视图；
图10是图8的B-B视图；
图11是本发明涡流器的立体视图；
图12是图11的主视图；
图中：1-多级扰流机构，101-管壳A，102-锥形导流环，103-截流槽，104-导流板，105-扰流圆筒，106-环形截流板，2-涡流器，201-固定筒，202-中心杆，203-扇叶，204-长形通孔，3-一级紊流室，4-管壳，5-分层旋流机构，501-外层旋流套，502-中间隔套，503-内层旋流柱芯，504-螺旋槽，505-阻流环，506-螺旋槽，507-进液孔，6-二级紊流室，7-三级紊流室，8-雾化喷嘴，801-固定座，802-螺旋槽，9-声波发生器，901-固定座，902-管壳B，903-固定杆，904-锥形导流孔，905-滑杆，906-支架，907-振动弹片，908-滑块，909-喷油口，910-复位弹簧，10-空化腔。
具体实施方式
参见图1-6，本实施例包括管壳4，管壳4前端设有进油口，后端设有出油口，所述管壳4内位于进油口后方装有分层旋流机构5，分层旋流机构5包括安装于管壳4内壁的外层旋流套501，外层旋流套501内壁固定装有一中间隔套502，中间隔套502内部装有内层旋流柱芯503，外层旋流套501及内层旋流柱芯503分别设有外层螺旋油道和内层螺旋油道，所述中间隔套502用于将内层螺旋油道与外层螺旋油道分隔开，管壳4内位于出油口内侧装有雾化喷嘴8；所述管壳4内位于进油口外端装有多级扰流机构1，多级扰流机构1与分层旋流机构5之间设有一级紊流室3，所述中间隔套502内端与内层旋流柱芯503端部之间设有二级紊流室6，分层旋流机构5与雾化喷嘴8之间设有三级紊流室7。
参见图2，本实施例所述多级扰流机构1包括管壳A101，管壳A101前端设有锥形导流环102，锥形导流环102后端依次交替装有一个内阻流器、一个外阻流器、一个内阻流器，内阻流器包括安装于管壳A101中心的截流槽103，截流槽103的外壁均布有若干导流板104，导流板104与管壳A101内壁固定连接，所述外阻流器包括固定于管壳A101内壁的环形截流板106，环形截流板106中间装有朝前端设置的扰流圆筒105。
参见图7-9，本实施例所述管壳4的出油口外端装有三级声波发生器9，所述声波发生器9包括管壳B902，管壳B902前端与所述出油口连接，管壳B902内装有固定座901，固定座901前端设有锥形导流孔904，锥形导流孔904前端装有一根固定杆903，所述固定座901位于锥形导流孔904后方设有导向孔，所述固定杆903中间设有安装孔，安装孔内装有一滑杆905，滑杆905后端装有滑块908，滑块908沿导向孔滑动且与导向孔之间设有过油间隙形成喷油口909，滑块908与固定杆903之间装有复位弹簧910，固定座901后端位于导向孔两侧装有一个支架906，支架906后端两侧各装有一振动弹片907，振动弹片907朝前端悬空布置；各级声波发生器9的管壳B902首尾连接，每个管壳B902后方位于下一级声波发生器9前方设有空化腔10，每级声波发生器9的振动弹片907长度及厚度互不相同以形成不同的振动频率，三级声波发生器9分别对应于产液中石蜡、胶质、沥青的共振频率。
参见图11、图12，本实施例所述管壳A101后端位于一级紊流室3前方装有一涡流器2，所述分层旋流机构5后端位于三级紊流室7前方装有一涡流器2，涡流器2包括固定筒201，固定筒201中心装有中心杆202，中心杆202与固定筒201之间均布有五个扇叶203。
本实施例所述扇叶203上设有若干条长形通孔204，产液流体经过长形通孔204时，瞬间被分切细化，同时产生惯性涡流。
本实施例所述中间隔套502后端位于内层旋流柱芯503的出口处设有阻流环505，使二级紊流室6内的产液增加在二级紊流是6停留的时间，使其紊流更充分，利于形成乳化液。
参见图6，本实施例所述雾化喷嘴8包括固定座801，固定座801外壁与所述管壳4内壁连接，固定座801中心设有通孔，固定座801朝向出油口一端固定装有一锥形喷头，锥形喷头中心设有与所述通孔对接的进油腔，锥形喷头侧壁设有螺旋槽802，螺旋槽802与所述进油腔连通。
参见图3、图4，本实施例所述外层旋流套501包括套筒，套筒侧壁均布有若干条与套筒内壁连通的螺旋槽504，所述螺旋槽504的宽度从前至后逐渐减小。
参见图5，本实施例所述内层旋流柱芯503包括端板，端板一端设有柱芯，柱芯外壁均布有若干条螺旋槽506，所述端板上设有与螺旋槽506连通的进液孔507。
Claims (10)
1.一种多级复合旋流、紊流声波超强降粘防蜡增油装置，包括管壳，管壳前端设有进油口，后端设有出油口，其特征是：所述管壳内位于进油口后方装有分层旋流机构，分层旋流机构包括安装于管壳内壁的外层旋流套，外层旋流套内壁固定装有一中间隔套，中间隔套内部装有内层旋流柱芯，所述中间隔套用于将内层油道与外层油道分隔开，管壳内位于出油口内侧装有雾化喷嘴；所述管壳内位于进油口外端装有多级扰流机构，多级扰流机构与分层旋流机构之间设有一级紊流室，所述中间隔套后端与内层旋流柱芯端部之间设有二级紊流室，分层旋流机构与雾化喷嘴之间设有三级紊流室。
2.根据权利要求1所述的一种多级复合旋流、紊流声波超强降粘防蜡增油装置，其特征是：所述多级扰流机构包括管壳A，管壳A前端设有锥形导流环，锥形导流环后端依次交替装有内阻流器、外阻流器，内阻流器包括安装于管壳A中心的截流槽，截流槽的外壁均布有若干导流板，导流板与管壳A内壁固定连接，所述外阻流器包括固定于管壳A内壁的环形截流板，环形截流板中间装有朝前端设置的扰流圆筒。
3.根据权利要求1所述的一种多级复合旋流、紊流声波超强降粘防蜡增油装置，其特征是：所述管壳的出油口外端装有至少一级声波发生器，所述声波发生器包括管壳B，管壳B前端与所述出油口连接，管壳B内装有固定座，固定座前端设有锥形导流孔，锥形导流孔前端装有一根固定杆，所述固定座位于锥形导流孔后方设有导向孔，所述固定杆中间设有安装孔，安装孔内装有一滑杆，滑杆后端装有滑块，滑块沿导向孔滑动且与导向孔之间设有过油间隙形成喷油口，滑块与固定杆之间装有复位弹簧，固定座后端位于导向孔两侧装有一个支架，支架后端两侧各装有一振动弹片，振动弹片朝前端悬空布置。
4.根据权利要求3所述的一种多级复合旋流、紊流声波超强降粘防蜡增油装置，其特征是：所述管壳出油口装有至少三级声波发生器，各级声波发生器的管壳B首尾连接，每个管壳B后方位于下一级声波发生器前方设有空化腔，每级声波发生器的振动弹片长度及厚度互不相同以形成不同的振动频率，分别对应产液中石蜡、胶质、沥青的共振频率。
5.根据权利要求1所述的一种多级复合旋流、紊流声波超强降粘防蜡增油装置，其特征是：所述管壳A后端位于一级紊流室前方装有一涡流器，所述分层旋流机构后端位于三级紊流室前方装有一涡流器，涡流器包括固定筒，固定筒中心装有中心杆，中心杆与固定筒之间均布有若干个扇叶。
6.根据权利要求5所述的一种多级复合旋流、紊流声波超强降粘防蜡增油装置，其特征是：所述扇叶上设有若干条长形通孔。
7.根据权利要求1所述的一种多级复合旋流、紊流声波超强降粘防蜡增油装置，其特征是：所述中间隔套后端位于内层旋流柱芯的出口处设有阻流环。
8.根据权利要求1所述的一种多级复合旋流、紊流声波超强降粘防蜡增油装置，其特征是：所述雾化喷嘴包括固定座，固定座外壁与所述管壳内壁连接，固定座中心设有通孔，固定座朝向出油口一端固定装有一锥形喷头，锥形喷头中心设有与所述通孔对接的进油腔，锥形喷头侧壁设有螺旋槽，螺旋槽与所述进油腔连通。
9.根据权利要求1所述的一种多级复合旋流、紊流声波超强降粘防蜡增油装置，其特征是：所述外层旋流套包括套筒，套筒侧壁均布有若干条与套筒内壁连通的螺旋槽，所述螺旋槽的宽度从前至后逐渐减小。
10.根据权利要求1所述的一种多级复合旋流、紊流声波超强降粘防蜡增油装置，其特征是：所述内层旋流柱芯包括端板，端板一端设有柱芯，柱芯外壁均布有若干条螺旋槽，所述端板上设有与螺旋槽连通的进液孔。
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