CN203170258U - 多相流体分散器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种多相流体分散器，所述多相流体分散器包括：具有内部通道的容器，所述内部通道的两端分别为入口和出口；所述多相流体分散器还至少包括：依次设置在所述内部通道的入口和出口之间的第一孔隙结构块体、第一通孔段、第一扩径段和第二通孔段，所述第一孔隙结构块体为具有孔隙的块状体，所述第一孔隙结构块体与所述入口连接；所述第一通孔段与所述第一孔隙结构块体连接；所述第一扩径段与所述第一通孔段连接，所述第一扩径段的口径大于所述第一通孔段的口径；所述第二通孔段与所述第一扩径段连接；所述出口与所述第二通孔段连通。本实用新型利用流体经过管道扩径时产生紊流现象，实现分散相在管道内的混合。
Description
技术领域
本实用新型涉及油气田开发实验技术领域，具体涉及一种多相流体分散器，用于多相流体的均匀分散，尤其适用于在高温高压条件下多相流体的均匀分散。
背景技术
在油气田开发领域，为提高石油采收率而开展了多种类型的驱油方法和机理研究。目前在我国油田普遍进入高含水阶段，聚合物驱、气驱、泡沫驱、多元化学驱等三次采油技术得到高度重视，并已逐步推广应用。在聚合物驱、气驱、泡沫驱以及多元化学驱技术应用过程中，驱替剂与地层流体(原油、天然气和地层水等)将形成复杂的分散状态，因而深入研究流体分散体系的驱油机理、相间作用机理等工作已非常紧迫。
目前，流体的流动阻力测试方法通常是在低压环境下，流体在管流状态时的阻力测试，即通过一段直管内的流动压差及流速等参数测量计算得到。
以上测试方法只适用于单相流体(或混合成一相)，不适用于分散体系(呈分散状态的混合流体体系)。特别在高压条件下，分散体系中不同相间的流体体积及分布状态发生变化，导致测试结果产生较大幅度的波动。在聚合物驱、气驱、泡沫驱以及多元化学驱技术应用过程中，驱替剂与地层流体(原油、天然气和地层水等)将形成复杂的分散状态，因而需要深入研究流体分散体系的驱油机理、相间作用机理为首要解决的问题，如何解决分散体系中分散相在孔隙介质中流动时的均匀分布、稳定分布成为深入研究的基出。而目前，还无法解决分散体系中分散相在孔隙介质中流动时的均匀分布、稳定分布的问题。
实用新型内容
本实用新型提供一种多相流体分散器，以解决分散体系中分散相在孔隙介质中流动时的分布不均匀和不稳定的问题。
为此，本实用新型提出一种多相流体分散器，所述多相流体分散器包括：
具有内部通道的容器，所述内部通道的两端分别为入口和出口；
所述多相流体分散器还至少包括：依次设置在所述内部通道的入口和出口之间的第一孔隙结构块体、第一通孔段、第一扩径段和第二通孔段，
所述第一孔隙结构块体为具有孔隙的块状体，所述第一孔隙结构块体与所述入口连接；
所述第一通孔段与所述第一孔隙结构块体连接；
所述第一扩径段与所述第一通孔段连接，所述第一扩径段的口径大于所述第一通孔段的口径；
所述第二通孔段与所述第一扩径段连接；
所述出口与所述第二通孔段连通。
进一步地，所述多相流体分散器还包括：设置在所述内部通道中的第二孔隙结构块体，所述第二孔隙结构块体设置在所述出口之前并位于所述内部通道的末端，所述第一孔隙结构块体位于所述内部通道的首端，所述第一扩径段位于所述第一孔隙结构块体与所述第二孔隙结构块体之间。
进一步地，所述多相流体分散器还包括：依次连接的第二扩径段和第三通孔段，所述第二扩径段和第三通孔段位于所述第一孔隙结构块体与所述第二孔隙结构块体之间，所述第二扩径段的口径大于所述第二通孔段和第三通孔段的口径，所述第三通孔段连接在所述第二扩径段的下游。
进一步地，所述多相流体分散器还包括：依次连接的第三扩径段和第四通孔段，所述第三扩径段和第四通孔段位于所述第一孔隙结构块体与所述第二孔隙结构块体之间，所述第三扩径段的口径大于所述第三通孔段和第四通孔段的口径，所述第四通孔段连接在所述第三扩径段的下游，并且所述第二孔隙结构块体连接在所述第四通孔段的下游。
进一步地，所述容器的材质为不锈钢，所述第一孔隙结构块体为钢质岩心或真实岩心。
进一步地，所述容器为筒状，所述第一孔隙结构块体、第一通孔段和第一扩径段均为圆柱形，所述第一孔隙结构块体的口径大于所述入口的口径。
进一步地，所述第一孔隙结构块体与所述第二孔隙结构块体的形状和结构相同。
进一步地，所述第三通孔段、所述第二通孔段和所述第一通孔段的口径相同，所述第二扩径段与所述第一扩径段的口径相同。
进一步地，所述第四通孔段和所述第三通孔段的口径相同，所述第二扩径段与所述第三扩径段的口径相同。
进一步地，所述入口的口径与所述出口的口径相同并且所述入口和所述出口位于所述容器的轴线上。
当分散体系按照流动方向80从孔隙结构块体10中流过后，分散相82会受到孔隙、岩石颗粒、喉道和界面效应的影响，经历分隔、卡段、变形和聚合等过程，在流出孔隙结构块体10时，分散相83变得微小和均匀。分散相83在通孔段15继续保持从孔隙结构块体10出来的分散状态，进入扩径段16时，由流体力学知识可知，将在扩径段角隅产生紊流，即形成紊流区18，紊流作用是分散相83继续变小、变均匀，形成更小更均匀的分散相84。
为对比分散相经过分散器前后的状态变化，在分散前后并联回路，并在微观可视高压釜内观察。在本实用新型测试中，分散器前的分散相粒径不规则，有长条形存在，均匀粒径在2mm～5mm之间；经过分散器后，分散相基本成规则球形，粒径在0.1mm～0.5mm之间；因而分散器达到了使分散相变得更微小、分布更均匀的目的。
与常规流体力学方法比较，本实用新型具有以下优点：
1.利用岩心等具有孔隙结构的块体降低分散相的粒径，并实现渗流过程的“搅拌”；
2.利用流体经过管道扩径时产生紊流现象，实现分散相在管道内的混合；
3.分散器适用于高温高压的油藏条件，为不同渗透率的岩心实验提供了配制稳定分散体系的技术保障。
附图说明
图1为根据本实用新型实施例的多相流体分散器的剖视结构；
图2为根据本实用新型实施例的多相流体分散器的孔隙结构对分散相的影响的原理图；
图3为根据本实用新型实施例的多相流体分散器的扩孔结构对分散相的影响的原理图。
附图标号说明：
1、多相流体分散器 11、第一孔隙结构块体 13、第一孔隙结构块体
101、入口 103、出口 151、第一通孔段 152、第二通孔段
153、第三通孔段 154、第四通孔段 161、第一扩径段 162、第二扩径段
163、第三扩径段 17、多相流体分散器的器壁 80、流动方向 81、连续相 82、分散相 10、孔隙结构块体 83、分散相
15、通孔段 16、扩径段 18、紊流区 84、分散相
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。
1.分散方法原理
本实用新型以服务油藏条件为例，要求分散相在高温高压条件下配制、形成均匀分布的分散体系是进行各项参数测试的基础。
流体在微米级多孔介质内流动时，其连续性受到均匀分布的孔隙影响，在岩石颗粒的阻挡下，分散体系中的不同相流体在流动时中多次经历分散和聚合的过程，即分散体系在孔隙介质中被“搅拌”、“混合”。
由经典流体力学知，流体在由小孔道进入大孔道时，流体将沿大孔道端部产生紊流，紊流作用将促进不同相流体间的混合过程。
本实用新型利用上述两个原理，研制了适合高温高压条件的分散器。
2、多相流体分散器设计的原理
如图1至图3，多相流体分散器1主要由孔隙结构块体10、通孔段15和扩径段16组成。如图1和图2，孔隙结构块体10可选择钢质岩心或真实岩心，当分散体系按照流动方向80从孔隙结构块体10中流过后，分散相82会受到孔隙、岩石颗粒、喉道和界面效应的影响，经历分隔、卡段、变形和聚合等过程，在流出孔隙结构块体10时，分散相83变得微小和均匀。如图3，分散相83在通孔段15继续保持从孔隙结构块体10出来的分散状态，进入扩径段16时，由流体力学知识可知，将在扩径段角隅产生紊流，即形成紊流区18，紊流作用是分散相83继续变小、变均匀，形成更小更均匀的分散相84。为对比分散相经过分散器前后的状态变化，在分散前后并联回路，并在微观可视高压釜内观察。在本例测试中，分散器前的分散相粒径不规则，有长条形存在，均匀粒径在2mm～5mm之间；经过分散器后，分散相基本成规则球形，粒径在0.1mm～0.5mm之间；因而分散器达到了使分散相变得更微小、分布更均匀的目的。
下面具体描述根据本实用新型实施例的多相流体分散器的具体结构：
如图1，所述多相流体分散器1包括：
具有内部通道的容器，内部通道设置在不锈钢的器壁17中，器壁17的外观可以为圆柱形，内部设有阶梯型圆孔，即内部通道为阶梯形，所述内部通道的两端分别为入口101和出口103；
所述多相流体分散器1还至少包括：依次设置在所述内部通道的入口101和出口103之间的第一孔隙结构块体11、第一通孔段151、第一扩径段161和第二通孔段152，
所述第一孔隙结构块体11为具有孔隙的块状体，所述第一孔隙结构块体11与所述入口101连接，分散体系(或驱替剂)从入口101进入第一孔隙结构块体11，孔隙结构块体可选择钢质岩心或真实岩心，如图2，分散体系包括：连续相81(例如为水)和分散相82(例如为气体)，当分散体系从第一孔隙结构块体11流过后，分散相82会受到孔隙、岩石颗粒、喉道和界面效应的影响，经历分隔、卡段、变形和聚合等过程，在流出块体时，分散相82变成更为微小和均匀的分散相83，连续相则没有变化，出入前后都是连续相。
如图1，所述第一通孔段151与所述第一孔隙结构块体11连接；
所述第一扩径段161与所述第一通孔段151连接，所述第一扩径段161的口径大于所述第一通孔段151的口径；
所述第二通孔段152与所述第一扩径161段连接；
所述出口103与所述第二通孔段152连通。
如图3，分散相83在通孔段15继续保持从孔隙结构块体10出来的分散状态，进入扩径段16时，由流体力学知识可知，将在扩径段角隅产生紊流，即形成紊流区18，紊流作用是分散相83继续变小、变均匀，形成更小更均匀的分散相84。
本实用新型中，孔隙结构块体的数且和通孔段以及扩径段的数且可以为一个或为多个，例如，如图1，所述多相流体分散器1还包括：设置在所述内部通道中的第二孔隙结构块体13，所述第二孔隙结构块体13设置在所述出口103之前并位于所述内部通道的末端，所述第一孔隙结构块11体位于所述内部通道的首端，所述第一扩径段151位于所述第一孔隙结构块体11与所述第二孔隙结构块体13之间。在两级孔隙结构块体的作用下，分散体系中分散相变得均匀，能形成比较稳定的流动阻力。
进一步地，如图1，所述多相流体分散器1还包括：依次连接的第二扩径段162和第三通孔段153，所述第二扩径段162和第三通孔段153位于所述第一孔隙结构块体11与所述第二孔隙结构块体13之间，所述第二扩径段162的口径大于所述第二通孔段152和第三通孔段153的口径，所述第三通孔段153连接在所述第二扩径段162的下游。如图1，经过两级扩径的作用下，分散体系中分散相变得均匀，能形成比较稳定的流动阻力。
进一步地，如图1，所述多相流体分散器1还包括：依次连接的第三扩径段163和第四通孔段154，所述第三扩径段163和第四通孔段154位于所述第一孔隙结构块体11与所述第二孔隙结构块体13之间，所述第三扩径段163的口径大于所述第三通孔段153和第四通孔段154的口径，所述第四通孔段154连接在所述第三扩径段163的下游，并且所述第二孔隙结构块体13连接在所述第四通孔段154的下游。在两级孔隙结构块体和三级扩径段的作用下，分散体系中分散相变得均匀，能形成比较稳定的流动阻力。
上述多相流体分散器中，各通孔段直径或口径可以相同，各扩径段直径或口径可以相同，以便加工，也便于对比。
进一步地，所述容器的材质为不锈钢，即多相流体分散器的器壁17为不锈钢，为非渗透性材质，所述第一孔隙结构块体11为钢质岩心或真实岩心。
进一步地，所述容器为圆筒状，所述内部通道为阶梯型的直通道，所述第一孔隙结构块体11、第一通孔段151和第一扩径段161均为圆柱形，所述第一孔隙结构块体11的口径大于所述入口101的口径，以使得分散体系完全从入口101进入到第一孔隙结构块体11中。
进一步地，所述第一孔隙结构块体11与所述第二孔隙结构块体13的形状和结构相同，以便于制作、加工和安装。
进一步地，如图1，所述第三通孔段153、所述第二通孔段152和所述第一通孔段151的口径相同，所述第二扩径段162与所述第一扩径段161的口径相同，以便于制作、加工和安装。
进一步地，所述第四通孔段154和所述第三通孔段153的口径相同，所述第二扩径段162与所述第三扩径段163的口径相同，以便于制作、加工和安装。
进一步地，所述入口101的口径与所述出口103的口径相同并且所述入口和所述出口位于所述容器的轴线上，以便形成均匀稳定的分散相。
4、使用本实用新型的中的多相流体分散器(简称分散器)的工作过程
分散体系(例如为驱替剂)在高温高压条件下通过分散器后，分散相的分布状态将发生变化。以泡沫体系为例进行说明，泡沫体系为CO2与油类化学剂混合，气液比(分散相与连续相比值)为1∶10。测试温度80℃，压力50MPa。
①按照驱替实验流程连接相关实验设备，升温至80℃；使分散器前的混合容器内分散体系达到测试温度80℃和压力50MPa；分散器出口端的容器内流体也达到该状态；
②以5ml/min的速度由驱替泵恒速推动分散体系在分散器内流动；
③为对比分散相经过分散器前后的状态变化，在分散前后并联回路，并在微观可视高压釜内观察。在本例测试中，分散器前的分散相粒径不规则，有长条形存在，均匀粒径在2mm～5mm之间；经过分散器后，分散相基本成规则球形，粒径在0.1mm～0.5mm之间；因而分散器达到了使分散相变得更微小、分布更均匀的目的。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。为本实用新型的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
Claims (10)
1.一种多相流体分散器，其特征在于，所述多相流体分散器包括：
具有内部通道的容器，所述内部通道的两端分别为入口和出口；
所述多相流体分散器还至少包括：依次设置在所述内部通道的入口和出口之间的第一孔隙结构块体、第一通孔段、第一扩径段和第二通孔段，
所述第一孔隙结构块体为具有孔隙的块状体，所述第一孔隙结构块体与所述入口连接；
所述第一通孔段与所述第一孔隙结构块体连接；
所述第一扩径段与所述第一通孔段连接，所述第一扩径段的口径大于所述第一通孔段的口径；
所述第二通孔段与所述第一扩径段连接；
所述出口与所述第二通孔段连通。
2.如权利要求1所述的多相流体分散器，其特征在于，所述多相流体分散器还包括：设置在所述内部通道中的第二孔隙结构块体，所述第二孔隙结构块体设置在所述出口之前并位于所述内部通道的末端，所述第一孔隙结构块体位于所述内部通道的首端，所述第一扩径段位于所述第一孔隙结构块体与所述第二孔隙结构块体之间。
3.如权利要求2所述的多相流体分散器，其特征在于，所述多相流体分散器还包括：依次连接的第二扩径段和第三通孔段，所述第二扩径段和第三通孔段位于所述第一孔隙结构块体与所述第二孔隙结构块体之间，所述第二扩径段的口径大于所述第二通孔段和第三通孔段的口径，所述第三通孔段连接在所述第二扩径段的下游。
4.如权利要求3所述的多相流体分散器，其特征在于，所述多相流体分散器还包括：依次连接的第三扩径段和第四通孔段，所述第三扩径段和第四通孔段位于所述第一孔隙结构块体与所述第二孔隙结构块体之间，所述第三扩径段的口径大于所述第三通孔段和第四通孔段的口径，所述第四通孔段连接在所述第三扩径段的下游，并且所述第二孔隙结构块体连接在所述第四通孔段的下游。
5.如权利要求1所述的多相流体分散器，其特征在于，所述容器的材质为不锈钢，所述第一孔隙结构块体为钢质岩心或真实岩心。
6.如权利要求1所述的多相流体分散器，其特征在于，所述容器为筒状，所述第一孔隙结构块体、第一通孔段和第一扩径段均为圆柱形，所述第一孔隙结构块体的口径大于所述入口的口径。
7.如权利要求2所述的多相流体分散器，其特征在于，所述第一孔隙结构块体与所述第二孔隙结构块体的形状和结构相同。
8.如权利要求3所述的多相流体分散器，其特征在于，所述第三通孔段、所述第二通孔段和所述第一通孔段的口径相同，所述第二扩径段与所述第一扩径段的口径相同。
9.如权利要求4所述的多相流体分散器，其特征在于，所述第四通孔段和所述第三通孔段的口径相同，所述第二扩径段与所述第三扩径段的口径相同。
10.如权利要求1所述的多相流体分散器，其特征在于，所述入口的口径与所述出口的口径相同并且所述入口和所述出口位于所述容器的轴线上。
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| CN108031389A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-05-15 | 武汉工程大学 | 一种微米级多相流体雾化混合装置 |
| CN109932489A (zh) * | 2019-03-20 | 2019-06-25 | 西安航空学院 | 一种带有混合仪的气体预处理装置及气体检测装置 |
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