CN115945115A - 一种三级搅拌一级增速油套环空起泡装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三级搅拌一级增速油套环空起泡装置，包括具有内部密闭空间的柱状壳体，其密闭空间内设置有由齿轮组成的传动装置，传动装置底部与风扇相连，顶部与十字支架相连，其中十字支架上安装有刮壁棒及其外套，传动装置通过传动轴传递动力至壳体外的搅拌装置，整套装置使用轴套、凸台以及轴承固定各齿轮；当流动气体通过风扇时，扇叶旋转，作为动力源，再通过传动装置将动力传递至上端十字支架，使刮壁部分工作；传递动力至搅拌装置，使搅拌扇叶在油套环空处旋转搅拌。能够解决油套环空处泡排剂溶解不易与扩散不良的问题，以及在排水过程中内壁上附着液膜的问题，提高了泡沫排水采气的效率。
Description
技术领域
本发明属于泡沫排水采气技术工艺领域，具体涉及一种三级搅拌一级增速油套环空起泡装置。
背景技术
泡沫排水采气是目前现场解决气井积液的一种重要手段，通过向油套环空中加入液体泡排剂，产生低密度含水泡沫，降低井底积液密度与压力梯度，从而达到排水的效果。在泡排剂加入过程中，受到井筒压力、温度等因素的影响，泡排剂与井筒流体混合不均匀，起泡效果差，导致排水效率低下，对于没有安装封隔器的气井，在油管尾部的油套环空中，会存在一定高度的液柱，泡排剂加入后依靠自身性质与井筒流体溶解速度较慢，致使部分泡排剂残留在油套环空中动液面上部，仅有少量泡排剂随液体进入油管，进一步降低了泡排剂的起泡效率。
目前，关于泡沫排水采气工艺油套环空搅拌装置的研究相对薄弱。李新伟、李海峰等人发明了一种西药剂固态提取装置泡沫排水采气药剂加注装置，此专利中含搅拌装置，可通过电机带动搅拌轴上的搅拌杆旋转，使药剂混合均匀，但是该专利只能解决泡排剂在井口处搅拌溶解的问题，不能解决井下搅拌。刘永辉、张杰发明了一种内聚式泡沫排水搅拌器，该装置通过带动旋转叶片实现搅动，能够很好解决泡排剂在油管中的溶解问题；刘永辉、石书强等人发明了一种适于泡沫排水采气工艺的起泡剂井下搅拌装置，该装置通过旋转叶片与螺旋导轨解决了在井底搅拌的问题，这两个专利针对在油管中的泡排剂起泡效果和扩散效率有一定帮助，但是未能解决油套环空处泡排剂的溶解与扩散效率的问题。因此，非常有必要研发一种可增大油套环空泡排剂扩散效率的井下搅拌装置。
发明内容
综上所述，仅有少部分学者研发了在油管中的搅拌装置，对油套环空中增大泡排剂溶解扩散效率的研制还处于空白。针对泡排剂的溶解效果和溶解速度以及井筒内壁上残留的液膜等问题，提出一种三级搅拌一级增速油套环空起泡装置。
本发明通过以下技术方案实现：
一种三级搅拌一级增速油套环空起泡装置，包括含内部密闭空间的柱状壳体，其特征在于：所述壳体底部顶部均敞口，上下端均设置有外螺纹，其内部密闭空间内安装有由内置大齿轮、内置小齿轮构成的传动装置，传动装置中齿轮沿壳体轴向居中位置安装；
所述外螺纹有利于壳体与油管相连，整个装置可作为油管短接，根据工作需要可将本装置安装在任意位置；
所述传动装置，由一个内置大齿轮和两个内置小齿轮组成，上端内置小齿轮通过传动轴与十字支架相连，下端内置小齿轮通过传动轴与风扇相连，内置大齿轮通过传动轴与外置小齿轮相连。
采用以上方案，在排水采气过程中，有流动气体通过风扇时，可带动风扇旋转，风扇作为动力源产生为整个装置提供动力，当风扇旋转时，带动与之相连的内置小齿轮，内置小齿轮与内置大齿轮啮合，从而带动传动装置工作，传动装置与十字支架相连，十字支架旋转带动刮壁棒及其外套工作，刮壁棒外套与壳体内壁接触产生滚动摩擦，将附着在内壁上的液膜刮下形成液滴，有利于排液；传动装置与外置小齿轮相连，外置小齿轮旋转带动与之啮合的外置大齿轮，焊接在外置大齿轮上的搅拌扇叶跟随外置大齿轮绕壳体360度旋转，搅拌油套环空中不易扩散与溶解的泡排剂；壳体上下端均有外螺纹，方便与油管相连。
作为优选：所述传动装置包括两个内置小齿轮和一个内置大齿轮，内置大齿轮两侧啮合内置小齿轮，所述齿轮均通过传动轴、轴承以及轴套固定在壳体内部密闭空间内，齿轮通过传动轴分别与十字支架、外置小齿轮、风扇相连，工作状态下，风扇旋转带动传动装置，进一步带动十字支架与外置小齿轮旋转。壳体内部密闭空间安装有传动装置，密闭空间可将其密封保护，使其不受流体阻力与流体侵蚀的影响，能够提高传动效率；壳体内部密闭空间构造设计有气流通道，当气流通过时可形成涡流排水采气(具有涡流排水采气的效果)，可增大气体流动速度，提高气体携液率，增大泡沫排水采气的效果。
作为优选：传动轴两端均与零件直接焊接，保证零件的同步旋转，其中传动轴上安装有轴承、轴套保证齿轮的旋转与位置。采用以上方案，刚性连接能够保证零件强度，在动力传递过程中能减少损耗。
作为优选：所述内置大齿轮通过传动轴与外置小齿轮相连，外置小齿轮与外置大齿轮啮合，外置大齿轮通过壳体上的凸台安装固定。采用以上方案，齿轮传动平稳性好，运动传递准确可靠，结构紧凑、工作可靠，传动效率高，使用寿命长。
作为优选：所述外置大齿轮上焊接有搅拌扇叶，搅拌扇叶共六片均匀分布在外置大齿轮上，可随外置大齿轮沿壳体周向旋转。采用以上方案，搅拌扇叶在油套环空中绕壳体360度旋转，使起泡剂在积液中充分溶解，提高了泡排剂的扩散效率，极大程度上增加了泡沫量。搅拌扇叶设计制作成更符合空气动力学原理的变截面流线型扇叶，能够在相同转速下，更好地在油套环空中搅拌，增加泡排剂在积液中的溶解效果，提高泡排剂的扩散效率，增大泡沫量。
作为优选：所述外置小齿轮与内置大齿轮相连的传动轴上有轴承及轴套来保证齿轮的旋转与位置的固定，外置大齿轮与壳体之间有凸台与轴承来保证外置大齿轮的旋转及位置的固定。采用以上方案，凸台、轴套保证安装位置，轴承确保齿轮平稳旋转。
作为优选：所述内置小齿轮通过传动轴与十字支架相连，十字支架四端焊接有刮壁棒，其中刮壁棒外套安装在刮壁棒上，可以相对于刮壁棒旋转。采用以上方案，十字支架上的刮壁棒外套能以最大面积与壳体内壁接触，刮壁棒外套可旋转避免了滑动摩擦带来的阻力以及材料损耗。
作为优选：所述传动轴上有轴套与轴承来固定内置小齿轮与十字支架的相对位置，工作状态下，刮壁棒外套壳体内壁接触，形成滚动摩擦，还可以相对于刮壁棒旋转。采用以上方案，刮壁棒外套能够把附着在内壁上的液膜刮下形成液滴，液滴更有利于携带，可以提高泡沫排水的能力，同时能够减小因摩擦带来的零件损耗。
作为优选：所述内置小齿轮通过传动轴与风扇相连，风扇随油管内气体的流动旋转带动内置小齿轮，传动轴上有轴套与轴承来保证内置小齿轮与风扇的位置固定及旋转。采用以上方案，整套装置动力来源为井筒内流动气体，壳体下端入口处设置风扇，当有气流通过时，风扇旋转，由此带动整个传动装置，风扇还能作为油管中的搅拌装置加速泡排剂的溶解与扩散。
作为优选：所述风扇迎风面设置为类半球形，在壳体内部密闭空间迎风面上安装有圆头。采用以上方案，可以减少迎风面积，从而减小气体阻力，降低风阻系数。
作为优选：风扇部分作为一级搅拌，提高油管中的泡排剂扩散效率；刮壁部分作为二级搅拌，刮下内壁上附着的液膜形成液滴，有助于携液；搅拌部分作为三级搅拌，搅拌油套环空中残余泡排剂，加速泡排剂的溶解。壳体内部密闭空间的构造具有涡流排水采气的效果，实现一级增速。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：
采用本发明提供的泡沫排水采气工艺的三级搅拌一级增速油套环空起泡装置，充分利用了油管内流通气体的动能，实现三级搅拌，提高了泡排剂的溶解效果和溶解速度，解决了井筒内壁上的残留液膜等问题。
附图说明
图1是本发明的结构剖面示意图；
图2是套筒结构示意图；
图3是十字支架及刮壁棒的结构示意图；
图4是外置小齿轮的结构示意图；
图5是外置大齿轮的结构示意图；
图6是搅拌扇叶的结构示意图；
图7是风扇结构示意图；
图8是轴套结构示意图；
图9是内置大齿轮的结构示意图；
图10是内置小齿轮的结构示意图；
图11是刮壁棒外套结构示意图；
图12是圆头结构示意图；
图13是传动装置结构示意图；
图14是气体通道横截面示意图；
图15是本发明的实施过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参考图1至图14所示的一种三级搅拌一级增速油套环空起泡装置，包括含内部密闭空间的柱状壳体1，壳体1通常采用金属材料制成，其内部密闭空间内具有由内置大齿轮9、内置小齿轮10构成的传动装置，齿轮通常由锻钢制成，传动装置上端连接刮壁部分，侧面连接搅拌部分，底面连接风扇，整套装置可解决油套环空处泡排剂起泡效果差、溶解困难、扩散效率低、内壁有液膜附着等问题。
本申请中壳体1顶部、底部均敞口，顶部、底部均设有外螺纹，可与油管螺纹连接，壳体1内部有密闭空间用于安装由一个内置大齿轮9、两个内置小齿轮10构成的传动装置，其中内置小齿轮10啮合在内置大齿轮9两侧，每个齿轮均有传动轴与之相连，下端内置小齿轮10作为主动轮带动内置大齿轮9，内置大齿轮9再带动与之啮合的上端内置小齿轮10，整个传动装置纵向安装在壳体1密闭空间内，为确保齿轮既能固定在密闭空间内，又能平稳传动，通过传动轴上安装轴套以及轴承来保证。
上端内置小齿轮10通过传动轴2-1与十字支架2相连，传动轴2-1两端均与内置小齿轮10、十字支架2焊接，十字支架2与内置小齿轮10同步旋转，十字支架2横向安装，其中十字支架2上安装有刮壁棒11，刮壁棒11呈实心柱体，刮壁棒11纵向焊接在十字支架的四个顶端，刮壁棒11上安装有刮壁棒外套12，刮壁棒外套12呈中空圆柱壳体，顶端封口，直接放于刮壁棒11上，可绕刮壁棒11实现自转，刮壁棒外套12与壳体1内壁接触形成滚动摩擦，当十字支架2随内置小齿轮10旋转时，刮壁棒外套12刮下附着在内壁上的液膜，使其形成液滴，有利于排液。
内置大齿轮9通过传动轴3-1与外置小齿轮3相连，传动轴3-1穿过壳体上的轴孔1-2将动能传递至外置小齿轮3，传动轴3-1两端均与内置大齿轮9、外置小齿轮3焊接，实现同步转动，两齿轮平行安装，外置小齿轮3安装在壳体1外表面，为固定外置小齿轮3的位置，传动轴3-1上有轴套与轴承来保证位置与齿轮的旋转，外置小齿轮3与外置大齿轮4啮合，外置大齿轮4以壳体1为轴旋转，壳体1上有凸台1-3来固定外置大齿轮4，外置大齿轮4底面焊接搅拌扇叶5，六片搅拌扇叶5均匀分布在外置大齿轮4上，与外置大齿轮4同步旋转，当内置大齿轮9旋转带动外置小齿轮3时，外置小齿轮3带动与之啮合的外置大齿轮4，搅拌扇叶5跟随外置大齿轮4绕壳体1为轴旋转，搅拌油套环空处残余泡排剂，增大泡排剂起泡效果，加速泡排剂溶解，提高扩散效率。
下端内置小齿轮10通过传动轴7-1与底部风扇7相连，传动轴7-1两端分别与内置小齿轮10、风扇7焊接，实现同步旋转，风扇7纵向安装在壳体1内，与采气气流方向相反安装，确保风扇7能随气流旋转，为固定风扇7位置，传动轴7-1上有轴套及轴承来保证风扇7的转动与位置，当风扇7随油管内气体的流动而旋转，此时风扇7提供动力带动内置小齿轮10旋转，风扇7迎风面设计为类半球形，减小气体流动阻力，风扇7旋转时扇叶6还可作为搅拌装置搅拌油管内泡排剂，增大泡排剂起泡效果，加速泡排剂溶解，提高扩散效率。
壳体1内部密闭空间迎风面设置有圆头13，圆头13安装在密闭空间下端，不遮挡采气通道，设计圆头13可减小气体流动阻力，其中内部密闭空间构成的气流通道，在有气流通过时可形成涡流排水采气(具有涡流排水采气的效果)，可增大气体流动速度，提高气体携液率，增大泡沫排水采气的效果。
附图标记为：套筒1、十字支架2、外置小齿轮3、外置大齿轮4、搅拌扇叶5、风扇扇叶6、旋转轴7、轴套8、内置大齿轮9、内置小齿轮10、刮壁棒11、刮壁棒外套12、圆头13、螺纹1-1、轴孔1-2、凸台1-3、传动轴2-1、传动轴3-1、传动轴7-1。
以上仅是本发明优选的实施方式，需指出的是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案的前提下，做出的若干变形和改进的技术方案应同样视为落入本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种三级搅拌一级增速油套环空起泡装置，包括含内部密闭空间的柱状壳体(1)，其特征在于：所述壳体(1)底部顶部均敞口，上下端均设置有外螺纹(1-1)，其内部密闭空间内安装有由内置大齿轮(9)、内置小齿轮(10)构成的传动装置，传动装置中齿轮沿壳体(1)轴向居中位置安装；
所述外螺纹(1-1)有利于壳体(1)与油管相连，整个装置可作为油管短接，根据工作需要可将本装置安装在任意位置；
所述传动装置，由一个内置大齿轮(9)和两个内置小齿轮(10)组成，上端内置小齿轮(10)通过传动轴(2-1)与十字支架(2)相连，下端内置小齿轮(10)通过传动轴(7-1)与风扇(7)相连，内置大齿轮(9)通过传动轴(3-1)与外置小齿轮(3)相连。
2.根据权利要求1所述的一种三级搅拌一级增速油套环空起泡装置，其特征在于：所述传动装置包括两个内置小齿轮(10)和一个内置大齿轮(9)，内置大齿轮(9)两侧啮合内置小齿轮(10)，所述齿轮均通过传动轴、轴承以及轴套(8)固定在壳体内部密闭空间内，齿轮通过传动轴分别与十字支架(2)、外置小齿轮(3)、风扇(7)相连，工作状态下，风扇(7)旋转带动传动装置，进一步带动十字支架(2)与外置小齿轮(3)旋转。
3.根据权利要求1或2所述的一种三级搅拌一级增速油套环空起泡装置，其特征在于：传动轴两端均与零件直接焊接，保证零件的同步旋转，其中传动轴上安装有轴承、轴套(8)保证齿轮的旋转与位置。
4.根据权利要求1所述的一种三级搅拌一级增速油套环空起泡装置，其特征在于：所述内置大齿轮(9)通过传动轴(3-1)与外置小齿轮(3)相连，外置小齿轮(3)与外置大齿轮(4)啮合，外置大齿轮(4)通过壳体(1)上的凸台(1-3)安装固定。
5.根据权利要求1或4所述的一种三级搅拌一级增速油套环空起泡装置，其特征在于：所述外置大齿轮(4)上焊接有搅拌扇叶(5)，搅拌扇叶(5)共六片均匀分布在外置大齿轮(4)上，可随外置大齿轮(4)沿壳体(1)周向旋转。
6.根据权利要求1或4所述的一种三级搅拌一级增速油套环空起泡装置，其特征在于：所述外置小齿轮(3)与内置大齿轮(9)相连的传动轴(3-1)上有轴承及轴套来保证齿轮的旋转与位置的固定，外置大齿轮(4)与壳体(1)之间有凸台(1-3)与轴承来保证外置大齿轮(4)的旋转及位置的固定。
7.根据权利要求1所述的一种三级搅拌一级增速油套环空起泡装置，其特征在于：所述内置小齿轮(10)通过传动轴(2-1)与十字支架(2)相连，十字支架(2)四端焊接有刮壁棒(11)，其中刮壁棒外套(12)安装在刮壁棒(11)上，可以相对于刮壁棒(11)旋转。
8.根据权利要求1或7所述的一种三级搅拌一级增速油套环空起泡装置，其特征在于：所述传动轴(2-1)上有轴套(8)与轴承来固定内置小齿轮(10)与十字支架(2)的相对位置，工作状态下，刮壁棒外套(12)与壳体(1)内壁接触，形成滚动摩擦，还可以相对于刮壁棒(11)旋转。
9.根据权利要求1所述的一种三级搅拌一级增速油套环空起泡装置，其特征在于：所述内置小齿轮(10)通过传动轴(7-1)与风扇(7)相连，风扇(7)随油管内气体的流动旋转带动内置小齿轮(10)，传动轴(7-1)上有轴套(8)与轴承来保证内置小齿轮(10)与风扇(7)的位置固定及旋转。
10.根据权利要求1或9所述的一种三级搅拌一级增速油套环空起泡装置，其特征在于：所述风扇(7)迎风面设置为类半球形，在壳体(1)内部密闭空间迎风面上安装有圆头(13)。
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