CN114921263B - 一种协同超声波的水动力空化稠油降粘装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种协同超声波的水动力空化稠油降粘装置，包括搅拌装置、泵、水动力空化装置、超声空化装置、空化加强装置和稠油收集罐，该装置能够在同一几何空间内同时进行多个不同类型的空化过程，该过程比传统的空化装置所提供的空化过程明显更快、更有力，可有效满足环保要求，减少传统化学防蜡清洗，对油层、地下水、地表无任何污染，同时将超声空化技术与水动力技术结合，在进行水动力空化的同时进行超声空化，水动力空化过程产生的大量微气泡气核，在超声空化过程中生长、压缩、坍塌、破裂；瞬间产生高温高压、高速微射流，大大提高稠油降粘效率。

Description

一种协同超声波的水动力空化稠油降粘装置

技术领域

本发明涉及稠油资源高效开发技术领域，具体涉及一种协同超声波的水动力空化稠油降粘装置。

背景技术

随着对油气需求的不断增加和技术的不断进步，在油气资源中占很大比重的非常规稠油资源受到了越来越多的关注。据统计，稠油资源占中国油气资源总量的20％以上，开发潜力日益突出，已成为中国增加油气储量和产量的主力军。由于稠油粘度高，其在地层中的渗流阻力也大，常规开发方法难以实施。因此，降低稠油的粘度是稠油开发利用的关键，目前稠油开发主要采用注蒸汽和化学裂解降粘剂的方法，但在注汽过程中，由于蒸汽与稠油流动性差异较大，蒸汽窜流现象严重，波及范围小，导致有效生产程度低。使用化学药剂降低稠油粘度的主要缺点是，由于稠油的高粘度，降粘剂与稠油没有足够的接触，导致粘度的降低非常有限。此外，向水库注入化学药剂也会对水库造成污染特别是在提倡节能环保和低油价的背景下，低成本、无污染、效益好、适应性强的开发模式是提高稠油开发效果的关键。因此，亟待开发一种高效降粘装置，提高生产效率和生产效益。

发明内容

基于上述目的，本发明提供了一种协同超声波的水动力空化稠油降粘装置，能够在同一几何空间内同时进行多个不同类型的空化过程，该过程比传统的空化装置所提供的空化过程明显更快、更有力，可有效满足环保要求，减少传统化学防蜡清洗，对油层、地下水、地表无任何污染，同时将超声空化技术与水动力技术结合，在进行水动力空化的同时进行超声空化，水动力空化过程产生的大量微气泡气核，在超声空化过程中生长、压缩、坍塌、破裂；瞬间产生高温高压、高速微射流，大大提高稠油降粘效率。

本发明采用的技术方案如下：一种协同超声波的水动力空化稠油降粘装置，其特征在于，包括搅拌装置、泵、水动力空化装置、超声空化装置、空化加强装置和稠油收集罐，所述搅拌装置对稠油加水稀释搅拌，形成稠油流体，具体的，所述搅拌装置包括绕中心轴设置的螺旋叶片，所述中心轴的端部设置电机，所述搅拌装置的罐体上部侧面开孔并焊接一短管，用于装置稠油和水进入，罐体中部侧面开孔安装有粘度计一；所述搅拌装置的出口经泵连通水动力空化装置的入口，水动力空化装置的出口连通超声空化装置的入口，所述超声空化装置出口连通空化加强装置，所述空化加强装置出口经管路连通至稠油收集罐内部，所述稠油收集罐上设置有粘度计二，用于测量处理后的稠油流体粘度；

所述水动力空化装置包括壳体，壳体一端设置有水动力空化装置进口管、另一端设置有水动力空化装置出口管；所述壳体内部设置多个水动力单管，稠油流体进入水动力空化装置进口管后流经所述水动力单管，然后从水动力空化装置出口管流出，所述水动力单管对稠油流体空化降粘；所述水动力单管包括水动力单管壳体，所述水动力单管壳体前端设置为水动力单管进口、后端设置为水动力单管出口，所述水动力单管内部设置有喷管、进口锥、导流锥、汇流锥、左涡流板、圆盘、右涡流板和雾化锥，所述进口锥的底面与所述导流锥的底面贴合；所述环形板的内周面固定连接在所述进口锥及导流锥的最大径部位处，环形板的外周面与水动力单管壳体内壁面固定连接，所述环形板上呈圆周阵列式分布有多个喷管；所述进口锥的锥面与所述水动力单管壳体的内壁面构成环径逐渐变大但环宽逐渐减小的环形流道，所述导流锥的外锥面上均布设置有多个螺旋形的导流锥叶片，与所述水动力单管壳体的内壁面之间设置有汇流锥，所述汇流锥的外周面与水动力单管壳体的内壁面密封贴合、内周面构成为倒锥形的流通通道，所述导流锥的外锥面与所述汇流锥的内周面构成锥环形的流道，所述环形流道与所述锥环形的流道通过喷管连通。

所述汇流锥远离导流锥的端面设置有左涡流板和右涡流板，所述左涡流板和右涡流板之间设置有圆盘，所述右涡流板的远离左涡流板的一侧设置有雾化锥；所述左涡流板和右涡流板结构相同，均由具有中心通孔的圆板和圆周阵列式分布在圆板表面的多个螺旋导流翅片组成，相邻的两个螺旋导流翅片之间构成涡流发生空间，所述中心通与所述导流锥的外锥面与所述汇流锥的内周面构成锥环形的流道连通；所述左涡流板和右涡流板设置螺旋导流翅片的一面相对的设置，所述圆盘的两侧分别与左涡流板的螺旋导流翅片的侧端面及右涡流板的螺旋导流翅片的侧端面抵接，以构成环绕圆盘外周侧的造涡的流通路径，所述右涡流板的侧面与雾化锥抵接，所述雾化锥的内部形成锥形的流道，该流道的锥顶处与右涡流板的中心通孔连通，该流道的锥底大口径处与水动力单管出口连通。

所述超声空化装置使用超声换能器对稠油流体空化降粘；所述超声空化装置主体为筒体形结构，其底部设置有超声空化装置进口，顶部设置有超声空化装置出口，筒体形结构内部设置有空心立柱，所述空心立柱的上下两端分别通过一块固定隔板安装固定，两块固定隔板将超声空化装置内部空间分割为底部空间、顶部空间以及位于中间的容纳空心立柱的空间；所述固定隔板上分布有多个稠油进口，供进入超声空化装置的稠油流过固定隔板；所述空心立柱包括空心立柱壳体，所述空心立柱壳体的外周面上均匀设置有多个超声换能器，所述超声换能器经导线连接超声发生器。优选的，所述超声换能器呈多层环形分布在空心立柱壳体四周，每层分布的数量相同，例如分布为四层，每层在圆周上均布四个。

所述空化加强装置包括进口管、分别与进口管连通的左导管和右导管，所述左导管的另一端连通空化加强装置壳体的左端入口，所述右导管的另一端连通空化加强装置壳体的右端入口，所述空化加强装置壳体内部构成空化加强腔室，所述空化加强腔室设置有出口管，出口管经管线连通稠油收集罐；所述空化加强装置壳体的左端的入口处设置有左引流组合件、右端的入口处设置有右引流组合件，左右引流组合件对称式设置；所述左引流组合件由圆柱形体和锥形体连接组成，所述圆柱形体的外表面上均匀设置有多道螺旋流道，所述锥形体的小径端与圆柱形体的端部固定连接，且所述锥形体的小径端直径小于圆柱形体的直径、所述锥形体的大径端直径大于圆柱形体的直径；所述右引流组合件主体结构也由圆柱形体和锥形体连接组成，所述空化加强装置壳体左右两端的入口流道形状分别与左右引流组合件外形轮廓相适配，包括一段与圆柱形体配合的直筒段和一段与锥形体配合的渐扩锥段，直筒段的内径与圆柱形体外径相同，以在两者之间形成螺旋流道，渐扩锥段的尺寸略大于锥形体的外表面尺寸，以在两者之间形成渐扩的环锥形流道。

进一步的，所述水动力空化装置的壳体为对称式结构，其两端均为锥形壳，其中一端的锥顶设置有水动力空化装置进口管、另一端的锥顶设置有水动力空化装置出口管；所述壳体内部设置有两块安装隔板，所述两块安装隔板将壳体内部空间分隔为与水动力空化装置进口管连通的前腔室、与水动力空化装置出口管连通的后腔室以及位于两块安装隔板之间的中腔室，所述前腔室的壳壁上设置有前腔室压力表安装口，所述后腔室的壳壁上设置有后腔室压力表安装口；多个水动力单管的前后两端分别通过一块安装隔板固定安装。

进一步的，所述水动力空化装置的壳体为三段式结构，包括左右两端的锥筒和位于中间的筒体，两块所述安装隔板分别位于中间的筒体两端且夹持式安装在筒体和锥筒之间。

本发明的协同超声波的水动力空化稠油降粘装置，还包括底板，所述搅拌装置、泵、水动力空化装置、超声空化装置、稠油收集罐均安装在底板上。

本发明的技术方案的优势在于：

1.本发明的空化装置，能够在同一几何空间内同时进行多个不同类型的空化过程，该过程比传统的空化装置所提供的空化过程明显更快、更有力。本发明提供的空化装置包括多个连续和同步的空化单元。这些空化单元对流经装置的稠油进行连续和同步的空化过程，不同空化过程之间协同作用能够在较短的时间内获得增强的整体空化效果，从而大大提高稠油降粘效率，满足环保需求，减少传统化学防蜡清洗，对油层、地下水、地表无任何污染。

2.本发明能改变由各种化合物组成的稠油粘性，首先将原油与水和催化剂搅拌结合起来，形成一种流体稠油。然后，这种流体稠油被泵送通过一个多级空化装置中的流道，通过在同一装置内同时进行多个不同的空化过程并相互协同，以至于没有明显的振动。利用空化瞬间产生的高温高压以及微射流改变稠油化学成分并转换其他化合物。同时空化装置提供的空化过程不受外部温度和压力的影响，并提供了一种改变稠油以及进一步提高了稠油发生化学、物理和生物过程的效率。

3.本发明的水动力单管内设有涡流发生器，涡流发生器内部设有螺旋状的涡流板，稠油经过时涡旋运动加剧，能使稠油流体内的蜡晶产生滑移、扭转，促使晶体断裂，从而起到降粘作用。

4.本发明提供一种连续流动的方法，以快速显著、适应性强的方式对稠油进行改性，并优化能源成本，免除或减少了传统注汽、加热降粘的人工量，同时所需要电能热能降低。

5.本发明将超声空化技术与水动力技术结合，在进行水动力空化的同时进行超声空化，水动力空化过程产生的大量微气泡气核，在超声空化过程中生长、压缩、坍塌、破裂；瞬间产生高温高压、高速微射流，大大提高稠油降粘效率。

6.本发明的超声空化装置采用多个换能器多层环绕、均匀分布的方式，有效避免了单个换能器处理不均匀的发生，同时各个换能器之间单独控制，互补干扰，大大提高稠油降粘效率，同时每个换能器之间单独控制，节约能耗。

7.本发明的水动力空化装置，集进口锥、导流锥、汇流锥、雾化锥为一体，同时进口锥、导流锥、汇流锥、雾化锥分布在同一轴线上，形成多个收缩扩张通道，在收缩通道处，压力急剧降低，稠油中挥发性成分立即形成蒸汽泡，在扩张通道处，压力急剧升高，形成的蒸汽泡瞬间坍塌破裂，产生高温高压，同时产生无数微气泡气核。

8.本发明的水动力单管采用分段制造安装方式，每段之间通过法兰螺栓连接，保证了水动力单管零件安装在统一轴线上，是制造安装更加方便、精度更高、误差更小。

9.本发明的空化加强装置分为左右腔室、共同腔室，左右导管分别与左右腔室连接，左右腔室都包含一个锥形的螺旋形流体通道部分，左右腔室螺旋流道方向相反，在进入共同腔室之前，导管中流体进入左右腔室获得高速旋转涡流，经过锥形体通道放大，在共同腔室内高速碰撞，碰撞发生时涡流的旋转运动相反。旋转空化和高速碰撞结合在一起，使局部发生空化区域和未发生空化区域充分混匀，大大提高整体降粘效果。

附图说明

图1是本发明装置的整体结构示意图；

图2是本发明装置中搅拌装置结构示意图；

图3是本发明装置中水动力空化装置内部结构示意图；

图4是本发明装置中水动力空化装置整体结构示意图；

图5是本发明装置中水动力空化装置的安装隔板结构示意图；

图6是本发明装置中水动力空化装置的单管整体结构示意图；

图7是本发明装置中汇流锥结构示意图；

图8是本发明装置中水动力空化装置的单管内部结构示意图；

图9是本发明装置中导流锥结构示意图；

图10是本发明装置中喷管结构示意图；

图11是本发明装置中涡流板结构示意图；

图12是本发明装置中超声空化装置结构视图，其中(a)是超声空化装置的正面剖视图， (b)是(a)中B-B方向视图，(c)是(a)中A-A方向视图；

图13是本发明装置中超声空化装置内部结构示意图；

图14是本发明装置中超声空化装置立体结构示意图；

图15是本发明装置中超声空化装置中固定隔板示意图；

图16是本发明装置中空化加强装置立体结构示意图；

图17是本发明装置中空化加强装置内部结构示意图；

图18是本发明装置中左引流组合件结构示意图；

图中：1、动力装置，2、搅拌装置，3、粘度计一，4、泵，5、超声发生器，6、水动力空化装置，7、水动力单管，8、超声空化装置，9、空心立柱，10、空化加强装置，11、稠油收集罐，12、粘度计二；

2-1、螺旋叶片，2-2、电机；

6-1、水动力空化装置进口管，6-2、前腔室，6-3、前腔室压力表安装口，6-4、水动力单管壳体，6-5、后腔室压力表安装口，6-6、后腔室，6-7、水动力空化装置出口管，6-8、安装隔板；

6-4-1、水动力单管进口，6-4-2、进口锥，6-4-3、导流锥，6-4-4、左涡流板，6-4-5、圆盘，6-4-6、右涡流板，6-4-7、水动力单管出口，6-4-8、雾化锥，6-4-9、涡流板间隙，6-4-10、法兰螺栓孔，6-4-11、汇流锥，6-4-12、喷管；

6-8-1、法兰螺栓孔，6-8-2、水动力单管安装端口；

6-4-3-1、导流锥叶片，6-4-3-2、环形板；6-4-4-1、圆板，6-4-4-2、中心通孔；6-4-12-1喷管进口，6-4-12-2喷管出口；

8-1、超声空化装置出口，8-2、压力表接口，8-3、空心立柱壳体，8-4、超声换能器，8-5、导线接口，8-6、超声空化装置进口，8-7、固定隔板；8-7-1、稠油进口；8-7-2、空心立柱法兰螺栓孔，8-7-3、壳体法兰螺栓孔；

10-1、法兰盘，10-2、空化加强腔室，10-3、出口管，10-4、法兰螺栓，10-5、进口管；10-2-1、左引流组合件，10-2-2、右引流组合件；10-2-2-1、圆柱形体，10-2-2-2、锥形体，10-2-3、腔室，10-4、连接螺栓，10-5、入口管，10-6、左导管，10-7、右导管，10-8、空化加强装置壳体。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1是本发明装置的整体结构示意图，如图所示，本发明的协同超声波的水动力空化稠油降粘装置，包括动力装置1、搅拌装置2、泵4、水动力空化装置6、超声空化装置8、空化加强装置10和稠油收集罐11，所述搅拌装置2对稠油加水稀释搅拌，形成稠油流体，所述动力装置驱动搅拌装置2的搅拌动作，优选为电机等动力结构，参见图2，所述搅拌装置2 包括绕中心轴设置的螺旋叶片2-1，所述中心轴的端部设置电机2-2，由电机2-2带动螺旋叶片2-1转动进行稠油的搅拌，所述搅拌装置2的罐体上部侧面开孔并焊接一短管，用于装置稠油和水进入，罐体中部侧面开孔安装有粘度计一3，所述粘度计3伸入稠油流体中，对稠油流体粘度进行测量。

参见图1，所述搅拌装置2经泵4连通水动力空化装置6，搅拌后的稠油流体经泵4增压输送至水动力空化装置6内部，经水动力空化装置6处理后输送至超声空化装置8，所述超声空化装置8出口连通空化加强装置10，所述空化加强装置10出口经管路连通至稠油收集罐11内部，稠油流体进一步经超声空化装置8和空化加强装置10处理后排入稠油收集罐11，所述稠油收集罐11上设置有粘度计二12，用于测量处理后的稠油流体粘度。

图3是本发明装置中水动力空化装置内部结构示意图，图4是本发明装置中水动力空化装置整体结构示意图；参见图3、图4，所述水动力空化装置6包括壳体，所述壳体为对称式结构，其两端均为锥形壳，其中一端的锥顶设置有水动力空化装置进口管6-1、另一端的锥顶设置有水动力空化装置出口管6-7；所述壳体内部设置有两块安装隔板6-8，所述两块安装隔板6-8将壳体内部空间分隔为与水动力空化装置进口管6-1连通的前腔室6-2、与水动力空化装置出口管连通的后腔室6-6以及位于两块安装隔板6-8之间的中腔室，所述前腔室的壳壁上设置有前腔室压力表安装口6-3，所述后腔室的壳壁上设置有后腔室压力表安装口6-5；所述水动力空化装置6内部还设置有多个水动力单管7，所述水动力单管7的前后两端分别通过一块安装隔板6-8固定安装，用于承担对稠油流体的空化降粘工作。

所述水动力单管7的水动力单管壳体6-4前端设置与前腔室6-2连通的水动力单管进口 6-4-1、后端设置与后腔室6-6连通的水动力单管出口6-4-7，具体参见图6、图8，所述水动力单管7内部设置有喷管6-4-12、进口锥6-4-2、导流锥6-4-3、汇流锥6-4-11、左涡流板6-4-4、圆盘6-4-5、右涡流板6-4-6和雾化锥6-4-8，所述进口锥6-4-2的底面与所述导流锥6-4-3的底面贴合，优选的，进口锥6-4-2和导流锥6-4-3为一体式结构，其通过环形板6-4-3-2安装在水动力单管壳体6-4内部，参见图9，所述环形板6-4-3-2的内周面固定连接在所述进口锥及导流锥的最大径部位处，环形板的外周面与水动力单管壳体6-4内壁面固定连接，所述环形板上呈圆周阵列式分布有多个喷管6-4-12；所述进口锥6-4-2的锥面与所述水动力单管壳体 6-4的内壁面构成环径逐渐变大但环宽逐渐减小的环形流道，所述导流锥6-4-3的外锥面上均布设置有多个螺旋形的导流锥叶片6-4-3-1，与所述水动力单管壳体6-4的内壁面之间设置有汇流锥6-4-11，图7是本发明装置中汇流锥结构示意图，其外周面与水动力单管壳体6-4的内壁面密封贴合，内周面构成为倒锥形的流通通道，所述导流锥6-4-3的外锥面与所述汇流锥 6-4-11的内周面构成锥环形的流道，所述渐缩的环形流道与所述锥环形的流道通过喷管6-4-12 连通，图10是本发明装置中喷管结构示意图，所述喷管6-4-12的内部流道由渐缩的喷管进口 6-4-12-1、直筒段和渐扩的喷管出口6-4-12-2依次连通构成。

参见图8，所述汇流锥6-4-11远离导流锥6-4-3的端面设置有左涡流板6-4-4和右涡流板 6-4-6，所述左涡流板6-4-4和右涡流板6-4-6之间设置有圆盘6-4-5，所述右涡流板6-4-6的远离左涡流板6-4-4的一侧设置有雾化锥6-4-8。参见图11，是本发明装置中涡流板结构示意图，所述左涡流板和右涡流板结构相同，均由具有中心通孔6-4-4-2的圆板6-4-4-1和圆周阵列式分布在圆板表面的多个螺旋导流翅片组成，相邻的两个螺旋导流翅片之间构成涡流发生空间，所述中心通孔6-4-4-2与所述导流锥6-4-3的外锥面与所述汇流锥6-4-11的内周面构成锥环形的流道连通；所述左涡流板和右涡流板设置螺旋导流翅片的一面相对的设置，所述圆盘6-4-5 的两侧分别与左涡流板的螺旋导流翅片的侧端面及右涡流板的螺旋导流翅片的侧端面抵接，以构成环绕圆盘6-4-5外周侧的造涡的流通路径，所述右涡流板6-4-6的侧面与雾化锥6-4-8 抵接，所述雾化锥6-4-8的内部形成锥形的流道，该流道的锥顶处与右涡流板6-4-6的中心通孔连通，该流道的锥底大口径处与水动力单管出口6-4-7连通。稠油流体流经水动力单管内部流道，这些流道既有突然的收缩，也有扩张，在收缩流道内，稠油流体中会产生局部的流体压力降低区域，这些流体压力降低的局部区域会产生空化现象，这些空化特征包括含有挥发性化合物蒸汽的空化泡，在流道扩张段，空化泡生长、压缩、坍塌、破裂，瞬间产生高温高压、微射流，使稠油流体粘度大大降低。左右涡流板的螺旋导流翅片创造了多个弯曲的流动路径，稠油流体经过时涡旋运动加剧，能使流体内的蜡晶产生滑移、扭转，促使晶体断裂，从而起到降粘作用。

优选的，所述水动力空化装置的壳体为三段式结构，包括左右两端的锥筒和位于中间的筒体，两块所述安装隔板6-8分别位于中间的筒体两端且夹持式安装在筒体和锥筒之间，参见图5，是本发明装置中水动力空化装置的安装隔板结构示意图，所述安装隔板6-8包括圆周阵列式均布在外周侧的法兰螺栓孔6-8-1和分布在安装隔板6-8上的水动力单管安装端口 6-8-2。优选的，所述水动力空化单管壳体6-4为两段式结构，两段壳体临近的一端均设置法兰盘，法兰盘上设置法兰螺栓孔6-4-10，以将两段壳体固定连接在一起，在此两段式结构下，水动力空化单管壳体6-4内部的各部件均更容易的得到安装。

图12是本发明装置中超声空化装置结构视图，其中(a)是超声空化装置的正面剖视图， (b)是(a)中B-B方向视图，(c)是(a)中A-A方向视图；图13是本发明装置中超声空化装置内部结构示意图；图14是本发明装置中超声空化装置立体结构示意图；结合图12-14对本发明的超声空化装置介绍如下：所述超声空化装置主体为筒体形结构，其底部设置有超声空化装置进口8-6，顶部设置有超声空化装置出口8-1，筒体形结构内部设置有空心立柱9，所述空心立柱9的上下两端分别通过一块固定隔板8-7安装固定，两块固定隔板8-7将超声空化装置内部空间分割为底部空间、顶部空间以及位于中间的容纳空心立柱9的空间；参见图 15，所述固定隔板8-7上分布有多个稠油进口8-7-1，供进入超声空化装置8的稠油流过固定隔板8-7，如图15所示，所述固定隔板8-7的中间位置处设置有一圈空心立柱法兰螺栓孔8-7-2，以与空心立柱的端部固定连接，所述固定隔板8-7的周缘位置处设置有一圈壳体法兰螺栓孔 8-7-3，以将固定隔板8-7与超声空化装置8的壳体固定连接安装。

参见图13，所述空心立柱9包括空心立柱壳体8-3，所述空心立柱壳体8-3的外周面上均匀设置有多个超声换能器8-4，所述超声换能器8-4能振动产生声波并通过声波的热作用对稠油流体起到加热降粘作用，另一方面，声波能以一定频率通过稠油流体，使稠油流体内部产生微型的气泡，气泡的压缩溃灭过程很快，能在短时间内释放大量能量，通过空化作用使长链石蜡分子、沥青质分子等大分子碎裂，起到降粘效果。优选地，超声换能器呈多层环形分布，分布在空心立柱壳体8-3四周，分布为四层，一层分布四个。

所述空心立柱9底部设置有连通空心立柱9内部空间的导线接口8-5，所述导线接口8-5 将与超声发生器5连接的导线引入空心立柱9内部，并从空心立柱9内部分别连通多个超声换能器8-4。各个换能器之间相互独立安装，单独设置控制开关，用户可以根据自己需要打开换能器数目。

优选地，所述超声空化装置8下部管路设置一调节阀，调节阀前面管路设置一压力表，通过压力表显示调节阀门改变流量。所述超声空化装置8上端还设置有压力表8-2。

所述空化加强装置10与超声空化装置出口8-1连通，以进一步处理稠油流体，参见图 16-17，所述空化加强装置10包括进口管10-5、分别与进口管10-5连通的左导管10-6和右导管10-7，所述左导管10-6的另一端连通空化加强装置壳体10-8的左端入口，所述右导管10-7 的另一端连通空化加强装置壳体10-8的右端入口，参见图17，左右导管的端部均形成为法兰盘10-1，所述法兰盘10-1与空化加强装置壳体10-8两端的法兰通过法兰螺栓固定连接。

所述空化加强装置壳体10-8内部构成空化加强腔室10-2，所述空化加强腔室10-2设置有出口管10-3，出口管10-3经管线连通稠油收集罐11；所述空化加强装置壳体10-8的左端的入口处设置有左引流组合件10-2-1、右端的入口处设置有右引流组合件10-2-2，参见图18，是本发明装置中左引流组合件结构示意图，如图所示，所述左引流组合件10-2-1由圆柱形体 10-2-2-1和锥形体10-2-2-2连接组成，所述圆柱形体10-2-2-1的外表面上均匀设置有多道螺旋流道，所述锥形体10-2-2-2的小径端与圆柱形体10-2-2-1的端部固定连接，且所述锥形体 10-2-2-2的小径端直径小于圆柱形体10-2-2-1的直径、所述锥形体10-2-2-2的大径端直径大于圆柱形体10-2-2-1的直径。优选的，所述锥形体与圆柱形体通过焊接连接为一体，或者两者一体式加工成。

所述右引流组合件10-2-2主体结构与左引流组合件相同，也由圆柱形体和锥形体连接组成，所述空化加强装置壳体10-8左右两端的入口流道形状分别与左右引流组合件外形轮廓相适配，即包括一段与圆柱形体配合的直筒段和一段与锥形体配合的渐扩锥段，直筒段的内径与圆柱形体外径相同，以在两者之间形成螺旋流道，渐扩锥段的尺寸略大于锥形体的外表面尺寸，以在两者之间形成渐扩的环锥形流道。

当安装在空化加强装置壳体10-8内部时，所述右引流组合件的圆柱形体外表面的螺旋流道的旋向与左引流组合件的圆柱形体外表面的螺旋流道的旋向相反，稠油流体流经螺旋通道，产生高速旋转涡流，经过锥形体放大引起旋转空化，由于左右圆柱形体侧槽方向相反，螺旋形流体通道稠油流体产生相反的旋转动量，进入共同空化腔室时，发生猛烈冲击碰撞，旋转空化和高速碰撞结合在一起，使局部发生空化区域和未发生空化区域充分混匀，大大提高整体降粘效果。

本发明的协同超声波的水动力空化稠油降粘装置，还包括底板，所述搅拌装置2、泵4、水动力空化装置6、超声空化装置8、稠油收集罐11均安装在底板上。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可作出的各种等效结构或等效流程的修改或变形，或直接或间接运用到其他相关的技术领域，仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种协同超声波的水动力空化稠油降粘装置，其特征在于，包括搅拌装置、泵、水动力空化装置、超声空化装置、空化加强装置和稠油收集罐，所述搅拌装置对稠油加水稀释搅拌，形成稠油流体；所述搅拌装置的出口经泵连通水动力空化装置的入口，水动力空化装置的出口连通超声空化装置的入口，所述超声空化装置出口连通空化加强装置，所述空化加强装置出口经管路连通至稠油收集罐；

所述水动力空化装置包括壳体，壳体一端设置有水动力空化装置进口管、另一端设置有水动力空化装置出口管；所述壳体内部设置多个水动力单管，稠油流体进入水动力空化装置进口管后流经所述水动力单管，然后从水动力空化装置出口管流出，所述水动力单管对稠油流体空化降粘；

所述超声空化装置使用超声换能器对稠油流体空化降粘；所述超声空化装置主体为筒体形结构，其底部设置有超声空化装置进口，顶部设置有超声空化装置出口，筒体形结构内部设置有空心立柱，所述空心立柱的上下两端分别通过一块固定隔板安装固定，两块固定隔板将超声空化装置内部空间分割为底部空间、顶部空间以及位于中间的容纳空心立柱的空间；所述固定隔板上分布有多个稠油进口，供进入超声空化装置的稠油流过固定隔板；所述空心立柱包括空心立柱壳体，所述空心立柱壳体的外周面上均匀设置有多个超声换能器，所述超声换能器经导线连接超声发生器；

所述空化加强装置包括进口管、分别与进口管连通的左导管和右导管，所述左导管的另一端连通空化加强装置壳体的左端入口，所述右导管的另一端连通空化加强装置壳体的右端入口，所述空化加强装置壳体内部构成空化加强腔室，所述空化加强腔室设置有出口管，出口管经管线连通稠油收集罐；所述空化加强装置壳体的左端的入口处设置有左引流组合件、右端的入口处设置有右引流组合件，左右引流组合件对称式设置；所述左引流组合件由圆柱形体和锥形体连接组成，所述圆柱形体的外表面上均匀设置有多道螺旋流道，所述锥形体的小径端与圆柱形体的端部固定连接，且所述锥形体的小径端直径小于圆柱形体的直径、所述锥形体的大径端直径大于圆柱形体的直径；所述右引流组合件主体结构也由圆柱形体和锥形体连接组成，所述空化加强装置壳体左右两端的入口流道形状分别与左右引流组合件外形轮廓相适配，包括一段与圆柱形体配合的直筒段和一段与锥形体配合的渐扩锥段，直筒段的内径与圆柱形体外径相同，以在两者之间形成螺旋流道，渐扩锥段的尺寸略大于锥形体的外表面尺寸，以在两者之间形成渐扩的环锥形流道。

2.根据权利要求1所述的协同超声波的水动力空化稠油降粘装置，其特征还在于，所述水动力单管包括水动力单管壳体，所述水动力单管壳体前端设置为水动力单管进口、后端设置为水动力单管出口，所述水动力单管内部设置有喷管、进口锥、导流锥、汇流锥、左涡流板、圆盘、右涡流板、雾化锥和环形板，所述进口锥的底面与所述导流锥的底面贴合；所述环形板的内周面固定连接在所述进口锥及导流锥的最大径部位处，环形板的外周面与水动力单管壳体内壁面固定连接，所述环形板上呈圆周阵列式分布有多个喷管；所述进口锥的锥面与所述水动力单管壳体的内壁面构成环径逐渐变大但环宽逐渐减小的环形流道，所述导流锥的外锥面上均布设置有多个螺旋形的导流锥叶片，与所述水动力单管壳体的内壁面之间设置有汇流锥，所述汇流锥的外周面与水动力单管壳体的内壁面密封贴合、内周面构成为倒锥形的流通通道，所述导流锥的外锥面与所述汇流锥的内周面构成锥环形的流道，所述环形流道与所述锥环形的流道通过喷管连通；

所述汇流锥远离导流锥的端面设置有左涡流板和右涡流板，所述左涡流板和右涡流板之间设置有圆盘，所述右涡流板的远离左涡流板的一侧设置有雾化锥；所述左涡流板和右涡流板结构相同，均由具有中心通孔的圆板和圆周阵列式分布在圆板表面的多个螺旋导流翅片组成，相邻的两个螺旋导流翅片之间构成涡流发生空间，所述中心通与所述导流锥的外锥面与所述汇流锥的内周面构成锥环形的流道连通；所述左涡流板和右涡流板设置螺旋导流翅片的一面相对的设置，所述圆盘的两侧分别与左涡流板的螺旋导流翅片的侧端面及右涡流板的螺旋导流翅片的侧端面抵接，以构成环绕圆盘外周侧的造涡的流通路径，所述右涡流板的侧面与雾化锥抵接，所述雾化锥的内部形成锥形的流道，该流道的锥顶处与右涡流板的中心通孔连通，该流道的锥底大口径处与水动力单管出口连通。

3.根据权利要求1所述的协同超声波的水动力空化稠油降粘装置，其特征还在于，所述超声换能器呈多层环形分布在空心立柱壳体四周，每层分布的数量相同。

4.根据权利要求1所述的协同超声波的水动力空化稠油降粘装置，其特征还在于，所述搅拌装置包括绕中心轴设置的螺旋叶片，所述中心轴的端部设置电机，所述搅拌装置的罐体上部侧面开孔并焊接一短管，用于装置稠油和水进入，罐体中部侧面开孔安装有粘度计一。

5.根据权利要求2所述的协同超声波的水动力空化稠油降粘装置，其特征还在于，所述水动力空化装置的壳体为对称式结构，其两端均为锥形壳，其中一端的锥顶设置有水动力空化装置进口管、另一端的锥顶设置有水动力空化装置出口管；所述壳体内部设置有两块安装隔板，所述两块安装隔板将壳体内部空间分隔为与水动力空化装置进口管连通的前腔室、与水动力空化装置出口管连通的后腔室以及位于两块安装隔板之间的中腔室；多个水动力单管的前后两端分别通过一块安装隔板固定安装。

6.根据权利要求5所述的协同超声波的水动力空化稠油降粘装置，其特征还在于，所述前腔室的壳壁上设置有前腔室压力表安装口，所述后腔室的壳壁上设置有后腔室压力表安装口。

7.根据权利要求5所述的协同超声波的水动力空化稠油降粘装置，其特征还在于，所述水动力空化装置的壳体为三段式结构，包括左右两端的锥筒和位于中间的筒体，两块所述安装隔板分别位于中间的筒体两端且夹持式安装在筒体和锥筒之间。

8.根据权利要求1-7任一项所述的协同超声波的水动力空化稠油降粘装置，其特征还在于，还包括底板，所述搅拌装置、泵、水动力空化装置、超声空化装置、稠油收集罐均安装在底板上。

Images