CN2044002U - 气液混相流量配产器 - Google Patents

Abstract

一种流量喷嘴，更确切地说，是一种利用压力能的气液混相流量配产器。这种流量配产器是由外套、保温套、保温套热水进出管、丝堵、出油管、喷嘴连接套、与外套同轴的带有圆弧形进口、带有扩散角的扩压段的喷嘴组成。本实用新型在为可压缩性气液混相流体配产时，临界压力比达到0.75，其压力损失率为25％，比已有的配产器压力损失率降低50％，可使整个油田油气集输系统的输送能力提高50％。

Description

本发明属于流量喷咀。更确切地说，是一种利用压力能量（如油田自喷采油井井口压力能）的气液混相流量配产器。

配产器的核心部件（8），在流体力学中属于喷咀。当喷咀喉部流速达到“当地声速”时，流量达到稳定的极大值G_max。刚达到这一临界状态时，喷咀下流压力P₂与上流压力P₁之比值，称为临界压力比，以β_k表示。如图3a所示，β_k＝P₂／P₁。β_k是流量配产器喷咀的一个极为重要的参数。临界压力比β_k越大，喷咀的节能潜力就越显著，配产压力损失率越小。

通常油田都沿用一种如图2所示的带有尖锐进出口边缘的圆柱形钻孔的喷咀，作为自喷采油井的地面配产器。苏联《石油业》1968年5月号上发表的A.И.Гужов，（古若夫）和В.Ф.Медведев（麦德维杰夫）撰写的一篇试验论文中介绍了他们制造的三种直径，带有尖锐进出口边缘的圆柱形钻孔的喷咀，作为自喷采油井地面配产器。试验结果是喷咀的临界压力比β_k为0.499～0.518。1973年美国矿冶石油工程师学会第48届年会发表了海湾发展研究公司F.E.Ashford（阿斯佛德）一篇论文。该文介绍美国油田自喷采油井地面配产器的临界压力比β_k的平均值为0.544。根据喷咀的流体力学特性分析，美国使用的这种流量配产器的喷咀，也是带有尖锐进出口边缘的圆柱形钻孔的喷咀。目前我国油田在自喷采油井上均使用带有尖锐进出口边缘的圆柱形钻孔的喷咀来作配产器。其临界压力比β_k在0.50左右。上述这种喷咀的流量配产器，由于在喷咀上配产压力损耗大，在额定工况下起配产作用的同时，有50％的喷咀上游压力损耗在喷咀上。致使临界压力比β_k只能达到0.50左右。

针对上述喷咀的流量配产器，压力能在喷咀处损耗大的缺点。本发明提供一种适合油田气液混相流体的具有特殊流道几何形状和几何尺寸喷咀的流量配产器。使用这种配产器，当喷咀喉部流速达到“当地声速”，流量达到稳定的极大值时，其临界压力比β_k为最大，降低配产器的配产压力损耗率，进而提高整个油气集输管网的输送能力。

本发明是涉及一种气液混相流体喷咀的流量配产器的改进发明。即在已有的气液混相（如油气混相流）流量配产器基础上，对流量喷咀的流道结构形状及关键尺寸做了改进，构成了喷咀（8）的技术特征。

本发明的技术要点在于这种气液混相流量配产器结构如图1所示。它是由外套（1）、热水保温套（2）、热水出口管（3）、丝堵（4）、出油管（5）、热水进口管（6）、喷咀连接套（7）、流量喷咀（8）组成。其中流量喷咀（8）流道的几何形状是进口为圆弧形，并带有一定扩散角的扩压段的一种适用于气液混相流的喷咀。外套（1），保温套（2），喷咀连接套（7）和流量喷咀（8）都是以一条轴为中心的迥转体。配产器的所有零部件均由钢质金属材料制成。

下面结合附图对本发明详细阐述。

附图1，流量配产器结构剖视图。

附图2，已有配产器喷咀流道结构剖视图。

附图3（a），流量配产器喷咀临界压力比示意图。

附图3（b），流量配产器的喷咀流量特性曲线对比图。

附图4，本发明流量配产器的喷咀流道结构剖视图。

附图1给出了本发明流量配产器的总体结构图。热水保温套（2）与外套（1）都为空心圆柱体，并由保温套（2）和外套（1）构成封闭的环形空间，作为流量配产器的热水保温腔。保温套（2）两端缩径后与外套（1）焊接。外套右端的丝堵座是焊在外套（1）上的，热水出口管（3）和热水进口管（6）布成180°，靠近保温套两端与配产器轴线垂直焊接。丝堵（4）采用锥管螺纹连接。出油管（5）与热水进口管（6）成90°，在保温套（2）右端与外套（1）和保温套（2）焊接。连接套（7）在外套（1）左端，并与外套（1）内表面焊接。它起支撑喷咀（8），并与喷咀（8）一起构成流道的一部份。喷咀（8）与连接套（7）以管螺纹连接。喷咀（8）的出口端面距外套（1）上的出油管（5）的中心线距离S不小于100毫米。

流量配产器节能特性的优劣，主要决定于喷咀（8）的流道形状，其中最关键的是喷咀（8）的扩压段的几何形状和几何尺寸，而扩散角0是尤为重要的参数。如附图4所示，其进口端为圆弧形，弧度R的范围为喷咀（8）喉部直径d的1.0～2.0倍，以减少进口端的压力损失。与喷咀（8）进口相连接的是喷咀（8）的喉部，其直径为d，它的长度I与喉部直径d的尺寸相同。喷咀喉部直径d的尺寸可依据流量及喷咀上游压力选定。通常可选择与原配产器的孔径相同尺寸，范围是4毫米～20毫米。与喷咀（8）喉部相连接的是喷咀的扩压段，其长度L为喷咀喉部直径d的5～10倍。L值最佳选择为喷咀喉部直径d的5～7倍。喷咀（8）扩压段的扩散角θ值在7°～15°之间，最佳扩散角θ值在10°～14°之间。

本发明喷咀可以有不同喉径d的配产器。由于整个喷咀（8）的长度，随喷咀的喉径d的增大而增长，因此连接套（7）须保证能安装最大直径的喷咀，并保证在实行配产时不产生附加压力损耗。所以配产器外套（1）总长度最大值在600毫米左右。附图1所给出的流量配产器，采用的是热水保温套。丝堵采用锥管螺纹连接。根据使用条件（例如保温要求，安装环境的要求等），本发明还可以改变上述附属零部件的结构和连接方式。只要不改变配产器流道几何形状和尺寸，就不会改变配产器的节能特性。

实践证明自喷采油井的气液混相流体属于可压缩性流体。本发明成功地将气体条件下节能特性好的喷咀加以改造，移植到气液混相流体条件下使用，即引入到油田自喷采油井作为气液混合物的配产器。因此，可压缩性流体通过喷咀的流体力学特性是本发明的理论依据。原油及其伴生气，在地层压力作用下上升到地面，经过安装在井口的地面配产器时，属于可压缩性流体，有图3（b）中的G～β关系。当油气混相流通过喷咀喉部时，流速达到“当地声速”。这种高速流体的动能容易在油气的扰动中损失掉。当音速流体进入扩压段时，加速成超音速流体，流道渐大，流过一段激波区之后又变成亚音速流体，流出配产器。由于扩压段的作用使在不带扩压段时本来要被损失的那部分动能，部分地转变为压力势能。压能容易保存而不易损失。根据气液混相流的音速，比气体的音速小得多的特点，增加扩散角，改善了气液混相流的能量转换条件，就是本发明节能的主要原因。此外，与已有配产器相比本发明流量配产器的喷咀喉部较短，进口又是圆弧形的结构，加大喷咀出口端距出油管中心的距离，这就使本发明的配产器更具有节能特性。

本发明在为可压缩性气液混相流体配产时其压力损失率为25％，比已有的配产器压力损失率降低一半。如表一和图3（b）所示，原有流量配产器临界压力比为0.50，而本发明的流量配产器临界压力比β_k为0.75。在不增加能源消耗的情况下，可使整个油气集输系统的输送能力提高50％左右。因此，使整个油气集输管网的适用期限（使用寿命）延长了50％。油气集输管网投资占整个油田地面工程总投资的40％左右，本发明经济效益可观，主要体现在这方面。此外，这种流量配产器在陆地和海上油田应用时，将会大幅度提高油气输送距离。对高回压自喷采油井用本发明可以提高油井产量。

喷咀种类	流体种类	βK值	地点
				圆柱形钻孔喷咀	气液混相流	0.500	大庆油田
气液混相流	0.499～0.518	苏联
			气液混相流		0.544	美国
本发明带扩压段的喷咀	气液混相流	0.75					大庆油田

表一，两种流量配产器喷咀β_k值比较表

应用例1

在大庆油田中5－12井进行了喉部直径为15毫米的本发明流量配产器试验，临界压力比β_k达到0.75。油井产量稳定，配产器更换操作方便。

应用例2

在大庆油田中5－16井进行了喉部直径为7毫米的流量配产器现场试验。该井压力比β值达到0.75，比原有配产器增产原油3.5吨／日。

应用例3

在大庆油田中6－18井进行了喉部直径为6毫米的本发明流量配产器试验。该井压力比β值达到0.80，比原有配产器增产原油5.1吨／日。

Claims (8)

1、一种利用压力能的气液混相流的流量配产器，包括外套(1)，保温套(2)，保温热水出口管(3)，丝堵(4)，出油管(5)，保温热水进口管(6)，喷咀连接套(7)。其特征在于还包括一个与外套同轴心的，并与左端喷咀连接套(7)相连接的，带有圆弧形进口和带有扩散角的扩压段的喷咀(8)组成。

2、如权利要求1所说的流量配产器，其特征是喷咀（8）的进口为圆弧形，其弧度R的范围为喷咀喉部直径d的1.0～2.0倍。

3、如权利要求1所说的流量配产器，其特征是喷咀（8）的喉部直径d的长度Ⅰ与喉部直径d的尺寸相同。

4、如权利要求1所说的流量配产器，其特征是喷咀（8）的与喉部相连接的另一部分为扩压段，其长度L为喷咀喉部直径d的5～10倍。

5、如权利要求4所说的流量配产器，其特征是扩压段的长度L最佳值在5～7d范围内。

6、如权利要求1所说的流量配产器，其特征是扩压段的扩散角θ在7°～15°范围内。

7、如权利要求6所说的流量配产器，其特征是扩压段的扩散角最佳值在10°～14°范围内。

8、如权利要求1所说的流量配产器，其特征是喷咀（8）出口距外套上的出油管（5）的中心线之间的距离S不小于100毫米。

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