CN116966766B - 一种移动式微泡修井液发生器 - Google Patents

Abstract

一种移动式微泡修井液发生器，涉及石油工程技术领域，装置整体设置在撬装底座上，其内部设置有气室、引导挡板，外部管路将气体输入气室后，气体穿过引导挡板进入起泡室气泡，起泡室中同时引入修井液的液相部分，进气挡板经挡板电机驱动能够绕轴自转，当进气挡板绕轴自转时，注气管将以间隔与气室连通，使得气体能够间隔进入起泡室中与液相接触气泡；本发明中的注气装置为间断式注气，采用间断供气的形式在修井液中产生微泡，避免因为长时间高速连续注气引起气泡体积过大，从而实现对气泡尺寸的准确控制。

Description

一种移动式微泡修井液发生器

技术领域

本发明涉及石油工程技术领域，具体涉及一种移动式微泡修井液发生器。

背景技术

微泡修井液技术主要用于解决低压易漏地层的封堵技术攻关，此类井在压裂结束后往往存在工作液漏失的问题，而微泡修井液技术通过发泡剂与稳泡剂等手段在专用修井液中产生微泡，使用微泡作为修井液前端，通过微泡对井筒中的漏失裂缝进行封堵。

通常来说，微泡受稳泡剂等添加剂的影响，且具有一定的可变性，能够在一定范围内匹配漏失通道，然而考虑到实际施工中裂缝的复杂分布情况，微泡对于裂缝孔道的封堵机理依然有所不同，例如，遇到尺寸比微泡大得多的渗流通道时，微泡往往在渗流通道中形成堆积，以分解修井液液柱压力，减小渗流通道两侧的相对压差，用于控制流体漏失；对于尺寸与微泡接近的渗流通道，微泡通常会被压差压入渗流通道中产生拉伸，基于贾敏效应的原理封堵渗流通道；而对于尺寸远小于微泡的渗流通道，微泡则是在修井液中聚合物的吸附下于渗流通道表面堆积，形成封堵粘膜对渗流通道进行封堵。

可以看到，微泡在面对三种不同情况的渗流通道时，其封堵机理并不完全相同，使得同种修井液面对不同条件的渗流通道的处理效果也将会有较大区别，因此，根据渗流通道的实际尺寸情况选择具有对应尺寸微泡的修井液体系将会是保证修井质量的关键，即控制微泡尺寸是影响微泡修井液使用效果的基础。

然而在微泡修井液的配制过程中，依靠现有常规的配制设备往往较为难以稳定控制所产生气泡尺寸大小，其主要依据为现有的相关文献的研究（《非牛顿流体中气泡生成的研究》、《非牛顿流体中的气泡行为及周围流场的研究》，范文元），其中的结论包括：对于非牛顿流体注气过程，（1）流体浓度增大，其密度也相应增大，气泡所受浮力增大，但与气泡一起上升流体的质量也相应增加，即曳力增加，二者作用的结果延缓了气泡增长，延长了气泡生长时间，使气泡分离体积增大；（2）随着流体浓度增加，流体表观粘度增大，周围流体对气泡的粘性曳力增加，阻碍气泡上升，延长气泡的增长时间，这样在气泡生长过程中进入气泡的气体量相应增大，使得气泡体积增大；（3）气流的流速过快容易导致生成速度过快，以至脱离喷嘴的气泡还未离开生成区域就被后续气泡赶上，导致生成不规则的块状泡沫或者较大体积的气泡。即在高粘度非牛顿流体中连续高速注气时，很容易产生大体积泡沫，而常规的配置设备主要采用的就是直接向流体中高速注气的形式进行配制，基于上述原理可知，由于不间断高速注气，再加上修井液的液相中通常含有较多的聚合物而具有较高的浓度和粘度，其配制得到的修井液中的气泡尺寸往往偏大。这样的情况下，一方面不容易准确控制微泡修井液中的气泡尺寸，另一方面即使想要控制尺寸，也很可能因为气流持续高速喷射的原因导致实际产生的气泡尺寸超过设计尺寸，进而影响微泡修井液与渗流通道之间的匹配程度，使得难以准确控制微泡修井液在地层中的应用。

发明内容

鉴于此，本发明目的在于提供一种移动式微泡修井液发生器，区别于直接高速注气的常规配制方式，能够间断注气和调整气室大小，避免连续注气时引发的气泡尺寸整体偏大，实现对微泡修井液气泡尺寸的准确控制。

为解决上述至少一个技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种移动式微泡修井液发生器，包括撬装底座、装置外壳，装置外壳设置在撬装底座上，其中，装置外壳内部设置有气室、引导挡板，气室上设置有连接至外部气源的进气管路，引导挡板作为气室的一组侧壁使得气室构成密闭空间，引导挡板远离气室的一侧上设置有两组以上起泡室，起泡室均连接至设置在装置外壳内部的第一多通阀上，第一多通阀经过进液管路连接至外部液体源上，引导挡板上设置有多组连通气室和起泡室的注气管，注气管在起泡室一侧设置有允许流体流入起泡室的防倒流喷嘴；

气室中设置有紧贴引导挡板的进气挡板，进气挡板为中心对称结构，其截面面积不大于引导挡板的截面面积，装置外壳上设置有挡板电机，挡板电机的输出轴穿入气室内部并连接至进气挡板的对称中心上，使得进气挡板能够绕轴自转，进气挡板上设置有至少一组进气槽，注气管处于进气槽中时能够连通气室内部，注气管未处于进气槽中时将被进气挡板遮挡而切断与气室内部的连通，当进气挡板绕轴自转时，注气管将与气室以间断的形式连通；

起泡室还均连接至设置在装置外壳内部的第二多通阀上，第二多通阀通过出液管路连接至外部。

本发明的一种实施方式在于，所述起泡室内部设置有完全填充起泡室截面的起泡活塞，起泡活塞与起泡室内壁、引导挡板组成起泡腔，起泡室外部设置有对应数量的集泡室，集泡室内部管路连接至第二多通阀，起泡活塞上设置有伸入集泡室中的活塞导管，活塞导管在起泡活塞靠近注气管的一侧上设置有开口，活塞导管在集泡室中的管体上设置有导液孔，使得由注气管和进液管路进入起泡室的流体能够沿活塞导管进入集泡室；集泡室外部还设置有线性电机，线性电机的输出轴连接在活塞导管上，使得起泡活塞能够在起泡室内部移动；且在线性电机的运动输出范围内，导液孔均位于集泡室内部，注气管和进液管路均连通至气泡腔中。

进一步的，所述集泡室与活塞导管的接触面上还套设有密封环。

本发明的一种实施方式在于，所述装置外壳内部还设置有剪切室，剪切室上设置有进液管路，且剪切室管路连接至第一多通阀上；剪切室外部设置有搅拌电机，剪切室内部设置有与搅拌电机输出端连接的搅拌桨。

本发明的一种实施方式在于，所述撬装底座下方设置有多组万向轮。

本发明的一种实施方式在于，所述进气挡板与引导挡板之间设置有弹性材料制成的密封垫。

本发明起到的技术效果是：

1、本发明中的注气装置为间断式注气，采用间断供气的形式在修井液中产生微泡，避免因为长时间高速连续注气引起气泡体积过大，从而实现对气泡尺寸的准确控制。

2、本发明中生产气泡的气室容积可调，使其能够根据所需的微泡尺寸任意调节大小，尽可能减少存留在其中的大气泡量，避免其影响新生成的微泡，保证微泡的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中引导挡板进气一侧的结构示意图；

图3是本发明中引导挡板出气一侧的结构示意图；

图4是本发明中集泡室的结构示意图；

图5是本发明中引导挡板和进气挡板之间的密封垫的结构示意图；

图中1-撬装底座、2-装置外壳、3-万向轮、4-气室、5-引导挡板、6-进气挡板、7-挡板电机、8-注气管、9-起泡室、10-起泡腔、11-起泡活塞、12-集泡室、13-线性电机、14-剪切室、15-搅拌桨、16-搅拌电机、17-第一多通阀、18-第二多通阀、19-进气管路、20-进液管路、21-出液管路、22-密封环、23-导液孔、24-进气槽、25-密封垫、26-活塞导管。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明。

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

一种移动式微泡修井液发生器，装置外壳2设置在撬装底座1上，以此形成便于移动设置的撬装结构，参见图1，装置外壳2内部设置有气室4、引导挡板5，气室4上设置有连接至外部气源的进气管路19，进气管路19用于连接气体源，由气体源所提供的气体注入修井液的液相中以生成微泡，引导挡板5作为气室4的一组侧壁使得气室4构成密闭空间，本发明中的气室4的作用是收集由气体源经进气管路19所提供的气体，引导挡板5远离气室4的一侧上设置有两组以上起泡室9，起泡室9均连接至设置在装置外壳2内部的第一多通阀17上，第一多通阀17经过进液管路20连接至外部液体源上，引导挡板5上设置有多组连通气室4和起泡室9的注气管8，注气管8在起泡室9一侧设置有允许流体流入起泡室9的防倒流喷嘴，可以看到，本发明中实际产生气泡的组件应当为起泡室9，起泡室9的数量可以有多组，其只要满足每个起泡室9至少有一组注气管8伸入其中即可，而注气管8则需要满足只能延伸至起泡室9当中，在具体使用时，经过进液管路20将液体注入第一多通阀17，再由第一多通阀17向每组起泡室9中分液至充满，在此过程中，气体将由气室4穿过注气管8进入起泡室9中产生气泡，注气管8在起泡室9中设置的防倒流喷嘴可以防止液体被注回气室4当中，以此实现产生气泡的基本功能。

进一步参考图2可以看到，气室4中设置有紧贴引导挡板5的进气挡板6，进气挡板6为中心对称结构，其截面面积不大于引导挡板5的截面面积，装置外壳2上设置有挡板电机7，挡板电机7的输出轴穿入气室4内部并连接至进气挡板6的对称中心上，使得进气挡板6能够绕轴自转，进气挡板6上设置有至少一组进气槽24，注气管8处于进气槽24中时能够连通气室4内部，注气管8未处于进气槽24中时将被进气挡板6遮挡而切断与气室4内部的连通，当进气挡板6绕轴自转时，注气管8将与气室4以间断的形式连通，综合上述描述可知，进气挡板6可受挡板电机7驱动而绕轴自转，在进气挡板6的自转过程中，参见图2，当进气槽24被转至与注气管8位置对应时，注气管8可以完整地暴露在气室4内部，气室4中的气体也能够正常进入注气管8并被输入起泡室9中；而当进气挡板6自转至非进气槽24的部分与注气管8位置对应时，注气管8就会被进气挡板6所遮挡，且在进气挡板6与引导挡板5接触的情况下，注气管8实质上已经被封堵，结合图3可以看到，注气管8被封堵时就中断了针对起泡室9的气体注入，因此，当进气挡板6以一定的频率转动时，注气管8的注气作用就将以“注气——停止注气——注气”的形式间断进行，通过修改进气挡板6的转速即可控制间断进行的间隔，以此实现间断式地向修井液中注入气体，避免长时间以高速直接的形式向为非牛顿流体的修井液中注气，引起最后微泡修井液中的气泡体积过大，从而实现对气泡尺寸的准确控制。显然，所有注气管8均应当设置在进气挡板6可转动的范围的投影面内以实现所述功能，并且注气管8和进气槽24的相对位置情况也可以用于调整注气间隔，注气管8和进气槽24的相对位置是本领域技术人员可根据自身需求而任意调整的，在此不做特别限制。

起泡室9还均连接至设置在装置外壳2内部的第二多通阀18上，第二多通阀18通过出液管路21连接至外部，第二多通阀18的作用是收集起泡完成的修井液并将其引导至外部进行统一收集。

参见图1和图4，在一些实施方式中，起泡室9内部设置有完全填充起泡室9截面的起泡活塞11，起泡活塞11与起泡室9内壁、引导挡板5组成起泡腔10，起泡室9外部设置有对应数量的集泡室12，集泡室12内部管路连接至第二多通阀18，起泡活塞11上设置有伸入集泡室12中的活塞导管26，活塞导管26在起泡活塞11靠近注气管8的一侧上设置有开口，活塞导管26在集泡室12中的管体上设置有导液孔23，使得由注气管8和进液管路20进入起泡室9的流体能够沿活塞导管26进入集泡室12；集泡室12外部还设置有线性电机13，线性电机13的输出轴连接在活塞导管26上，使得起泡活塞11能够在起泡室9内部移动；且在线性电机13的运动输出范围内，导液孔23均位于集泡室12内部，注气管8和进液管路20均连通至起泡腔10中，起泡活塞11可在线性电机13的推动下移动，这样可使得起泡腔10的体积可调，在起泡过程中，部分由注气管8进入起泡室9中的气体将不可避免地残留在起泡室9当中，当这些气体滞留至一定量时就容易形成较大的气泡聚集，如果此时有新生成的微泡被气泡聚集所捕获，就容易更进一步地形成大气泡聚集，由此可知，起泡室9的体积并非越大越好，较大的起泡室9也更容易滞留更多的大气泡，因此在该实施方式中，采用体积可变的起泡腔10用来混合气相与液相，使得施工人员可实施多组改变起泡腔10体积的实验，由此得出和确定气泡质量最佳的起泡室9体积，进一步保证生产的气泡的质量。为此请参考图4结构，起泡活塞11采用活塞导管26与集泡室12相连的形式与集泡室连通，由于活塞导管26在移动过程中，导液孔23均位于集泡室12内部，这样无论起泡活塞11移动至任意位置，在起泡腔10中混合制得的微泡修井液均能够顺利进入集泡室12中，再由集泡室12引导至第二多通阀18和出液管路21输送至外部。此外，在本实施方式中，集泡室12与活塞导管26的接触面上还可以套设密封环22，用于保证活塞导管26在集泡室12中运动时的密封效果。

在一些实施方式中，装置外壳2内部还设置有剪切室14，剪切室14上设置有进液管路20，且剪切室14管路连接至第一多通阀17上；剪切室14外部设置有搅拌电机16，剪切室14内部设置有与搅拌电机16输出端连接的搅拌桨15，由于修井液中通常需要加入聚合物等助剂，所以其性质多为非牛顿流体，由前述可知，流体粘度越大，其中所产生的气泡体积也会越大，为了保证其在起泡室9中的混合起泡效果，因此在将修井液引入起泡室9之前对其进行剪切搅拌以降低粘度。

在一些实施方式中，撬装底座1下方设置有多组万向轮3，万向轮3便于整个设备移动，提高了其移动效率。

参见图5，在一些实施方式中，进气挡板6与引导挡板5之间设置有弹性材料制成的密封垫25，要确保进气挡板6与注气管8之间的封堵效果，进气挡板6与引导挡板5通常需要紧密接触，而一方面又需要保证进气挡板6的可旋转性，为了两者兼顾则可以在进气挡板6与引导挡板5之间的接触面处设置同形状的如橡胶的弹性材料构成密封垫25，保证封堵效果的同时保持进气挡板6的自由转动。

综上可知，本发明在使用时，首先调整起泡活塞11至适宜位置，确定起泡腔10的体积，之后由进气管路19对气室4注气，并启动进气挡板6的自转，从而实现向每一组起泡室9的起泡腔10中间隔注气，之后将待生成微泡的修井液的液相由进液管路20引入装置，在剪切室14中对液相进行剪切，预先降低其粘度，之后将液相引入每一组起泡室9的起泡腔10中进行微泡生产，当起泡腔10中被液相填充至稳定后，收集此时排出出液管路21的液体即为得到的微泡修井液。

在本发明的描述中，需指出的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，不能理解为对本发明的限制。

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实施例揭露的技术范围内，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的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种移动式微泡修井液发生器，其特征在于，包括撬装底座（1）、装置外壳（2），装置外壳（2）设置在撬装底座（1）上，其中，装置外壳（2）内部设置有气室（4）、引导挡板（5），气室（4）上设置有连接至外部气源的进气管路（19），引导挡板（5）作为气室（4）的一组侧壁使得气室（4）构成密闭空间，引导挡板（5）远离气室（4）的一侧上设置有两组以上起泡室（9），起泡室（9）均连接至设置在装置外壳（2）内部的第一多通阀（17）上，第一多通阀（17）经过进液管路（20）连接至外部液体源上，引导挡板（5）上设置有多组连通气室（4）和起泡室（9）的注气管（8），注气管（8）在起泡室（9）一侧设置有允许流体流入起泡室（9）的防倒流喷嘴；

气室（4）中设置有紧贴引导挡板（5）的进气挡板（6），进气挡板（6）为中心对称结构，其截面面积不大于引导挡板（5）的截面面积，装置外壳（2）上设置有挡板电机（7），挡板电机（7）的输出轴穿入气室（4）内部并连接至进气挡板（6）的对称中心上，使得进气挡板（6）能够绕轴自转，进气挡板（6）上设置有至少一组进气槽（24），注气管（8）处于进气槽（24）中时能够连通气室（4）内部，注气管（8）未处于进气槽（24）中时将被进气挡板（6）遮挡而切断与气室（4）内部的连通，当进气挡板（6）绕轴自转时，注气管（8）将与气室（4）以间断的形式连通；

起泡室（9）还均连接至设置在装置外壳（2）内部的第二多通阀（18）上，第二多通阀（18）通过出液管路（21）连接至外部。

2.根据权利要求1所述的一种移动式微泡修井液发生器，其特征在于：所述起泡室（9）内部设置有完全填充起泡室（9）截面的起泡活塞（11），起泡活塞（11）与起泡室（9）内壁、引导挡板（5）组成起泡腔（10），起泡室（9）外部设置有对应数量的集泡室（12），集泡室（12）内部管路连接至第二多通阀（18），起泡活塞（11）上设置有伸入集泡室（12）中的活塞导管（26），活塞导管（26）在起泡活塞（11）靠近注气管（8）的一侧上设置有开口，活塞导管（26）在集泡室（12）中的管体上设置有导液孔（23），使得由注气管（8）和进液管路（20）进入起泡室（9）的流体能够沿活塞导管（26）进入集泡室（12）；集泡室（12）外部还设置有线性电机（13），线性电机（13）的输出轴连接在活塞导管（26）上，使得起泡活塞（11）能够在起泡室（9）内部移动；且在线性电机（13）的运动输出范围内，导液孔（23）均位于集泡室（12）内部，注气管（8）和进液管路（20）均连通至气泡腔（10）中。

3.根据权利要求2所述的一种移动式微泡修井液发生器，其特征在于：所述集泡室（12）与活塞导管（26）的接触面上还套设有密封环（22）。

4.根据权利要求1所述的一种移动式微泡修井液发生器，其特征在于：所述装置外壳（2）内部还设置有剪切室（14），剪切室（14）上设置有进液管路（20），且剪切室（14）管路连接至第一多通阀（17）上；剪切室（14）外部设置有搅拌电机（16），剪切室（14）内部设置有与搅拌电机（16）输出端连接的搅拌桨（15）。

5.根据权利要求1所述的一种移动式微泡修井液发生器，其特征在于：所述撬装底座（1）下方设置有多组万向轮（3）。

6.根据权利要求1所述的一种移动式微泡修井液发生器，其特征在于：所述进气挡板（6）与引导挡板（5）之间设置有弹性材料制成的密封垫（25）。