CN205743797U - 油田自喷井防蜡降粘整流器 - Google Patents
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Abstract
油田自喷井防蜡降粘整流器,适用于油田高压井采油,解决自有石油开采史以来自喷井靠人工作业刮蜡除垢老大难问题,它是一管筒状器具,安装于结蜡井段以下井深约1千米处,其内部自下而上安装有一级涡漩整流器、撞击流混相器、二级涡漩整流器、冲击式声波振荡器、三级涡漩整流器各装置,能将过流的油、气、水大组团层流凝聚相态处理为微细组团乳浊状涡漩紊流相态,使各异相组份相互包覆,实现蜡晶、垢晶的细化、分散化和屏蔽化,优化产液物态、物性及流态、流速,从根本上消除油管壁蜡、垢结晶聚集堵井现象,同时大幅降低产液粘度,有效延长井内泡流流程,取消人工刮蜡除垢,减少修井作业,降低采油成本,实现增产增效。
Description
一、技术领域:
(一)、本发明所属技术领域:
专利著录技术领域:机械装置及运输技术领域——机械组件——G05G——只按机械特征区分的控制装置或系统。
科技部高新技术领域目录:八、高新技术改造传统产业——(四)新型机械——2、通用机械和新型机械。
(二)、应用范围:
本发明适用于国内外陆上和海上油田自喷井采油。
(三)、功能作用:
本发明采用流态流速整流技术、撞击流混相技术和声波振荡匀质技术,将过流的油、气、水大组团层流凝聚相态处理为微细组团乳浊状紊流相态,使各异相组份相互包覆,实现蜡晶、垢晶的细化、分散化和屏蔽化,优化产液物态、物性及流态、流速,从根本上消除油管壁蜡、垢结晶聚集堵井现象;同时大幅降低产液粘度,有效延长井内泡流流程,取消人工刮蜡,减少修井作业,降低采油成本,实现增产增效。
二、背景技术:
油田自喷井内油、气、水混合产液在上升过程中,由于温度、压力逐渐下降,溶解气大量析出,到一定程度就会使蜡晶、垢晶急骤生长,并聚集于管壁,形成结蜡、结垢堵井,这是自有石油开采史以来困扰石油人的一个世界性难题。解决这一问题,目前油田普遍采用的仍然是传统的人工作业清蜡、除垢方法。
图2是目前普遍采用的自喷井人工清蜡除垢示意图,每口井每一次清蜡、除垢,一般要上1台绞车、1台吊车或立1个扒杆,须5人以上作业班同时工作。 要将防喷管8吊装于采油树7之上;将加重杆9和刮蜡片10(或刮蜡钻头)连接在至少600m长的钢缆13末端;要频繁开闭若干高压阀门,通过顶部滑轮11将加重杆和刮蜡片置于井内;收放钢缆的绞车14基本上要由人工操控,要凭操控者的经验使刮蜡片在油管内作上下往复运动,以刮除管壁上的蜡和垢;当小直径刮蜡片刮完后,还要更换大直径刮蜡片重复操作,直至完全疏通油管内的油流通道。
自喷井这种人工清蜡除垢方法,主要存在以下问题:
1、越刮越堵恶性循环。使用刮蜡片或刮蜡钻头刮通油流通道后,必然在管壁上留下一圈创面,而此创面则是新的蜡、垢晶体最好的聚集温床,因此,后一次结蜡堵井时间往往要比前一次结蜡堵井时间还要短。在一些高含蜡油田,一口自喷井一天刮蜡3~5次,每次停产一、二小时是常见现象。
2、安全、环保隐患大。自喷井内压力至少有几MPa至几十MPa甚至更高,刮蜡设备安装和操作,必需频繁开闭好几道高压阀门,尤其是钢丝绳往复运动,密封部位容易出问题,造成油、气、水泄漏污染环境;如果井压超常或操控失当,极易诱发井喷事故,造成重大污染和人员、财产损失。
3、工人劳动强度大。自喷井清蜡除垢作业,难度大,强度大,危险性大,在许多油田,冬季需冒零下20~30度严寒、夏季需顶40~50度高温作业,工作十分辛苦。
4、影响产量,抬高成本,降低效益。自喷井一天按清蜡3次计算,至少影响5个小时不能产油,仅此抬高成本、降低效益就显而易见。
三、发明内容:
1、发明目的:
自有石油开采史以来一直沿用的自喷井人工操作刮蜡除垢方法,遵循的是 结蜡-堵井-刮蜡-再结蜡-再堵井-再刮蜡循环,只治表,不治本;开辟新思路,在蜡、垢结晶析出前,将其细小化、分散化,并由异相组织将其包覆、屏蔽起来,使它在井管内不能长大,不能连片,更不能在井管壁聚集,这样就从根本上消除蜡、垢堵井现象,人工操作清蜡除垢就可以进历史博物馆了。
2、本发明基本原理:
本发明基本原理是,分散、包覆蜡垢晶体,使之不长大,不聚集,以消除蜡垢堵井现象。
图3是大组团相态混合三相流内部结构示意图。从储层不同部位渗出的油15、气17、水16在井内上升,由于温度、压力下降而经历着一个多元组份及其形态的复杂变化过程,到了一定阶段便以“物以类聚”的方式存在,形成大组团混合三相流,这是采油工程学中的基本命题。在大组团混合三相流中,原本溶解在油中的蜡,在大油团中极易成核,生成的晶核又极易吸纳周围的蜡分子而长大,长大的蜡晶又可以毫无障碍地聚集成大组团,由于在层流状态油管中心部位流速最快,管壁处流速最慢21,如图6所示,大组团蜡晶不断吸附沉积于管壁,结蜡、结垢堵井就成为必然现象。
图4是微细组团乳浊状相态混合三相流内部结构示意图。经过防蜡降粘整流器处理后,大组团相态得到雾化、细化和分散化,根据产液中各相占比不同,可形成气17包油15、油15包气17、气17包水16,水16包气17、油15包水16、水16包油15等不同的包覆和屏蔽形态,大大增加比表面积,千万倍放大边界效应;一个蜡晶必须克服油-油、油-水、油-气等无数分子团表面张力才能与另一个蜡晶结合,只有穿越了这无数边界界面才能长大;同时,由于整流器将产液由层流态整流为涡漩紊流态,使管壁处流速、压强22最高,如图7所示,消除了蜡垢晶体吸附沉积于管壁的条件,此时即使有部分蜡垢晶生成,也会被 产液三相流裹挟着送出地面而不会堵井。
3、本发明创新点:
(1)、整体结构创新。油田自喷井防蜡降粘整流器,其特征在于:主体为一管筒状器具,其内部自下而上安装有一级涡漩整流器1、撞击流混相器2、二级涡漩整流器3、冲击式声波振荡器4、三级涡漩整流器5各装置,如图1所示。
(2)、发明涡漩整流器,其特征在于:所述一、二、三级涡漩整流器结构相同,其1个基元级是开有六个长方形孔道20的圆形底板18,在每个孔道出口处固定一块与中心轴呈30°角的整流板19,4个这样的基元级构成1个完整的整流器,如图5所示。
(3)、发明撞击流混相器,其特征在于:所述撞击流混相器是下端封闭、上部开口的圆筒,如图8所示,在圆筒壁24的3个径向平面分别开有4个轴对称射流孔25,当高压产液26穿过射流孔,即在轴心部位形成强烈的撞击区27,如图9所示。
(4)、发明冲击式声波振荡器,其特征在于:所述冲击式声波振荡器,其1个单元是开有4个孔道30的圆形底板29,在每个孔道出口处固定有弹片31,4个声波振荡单元径向错位45°度串联在一起,构成完整的冲击式声波振荡器,如图10所示。
5、本发明的特点是:
(1)、防蜡、防垢效果好。由于防蜡降粘整流器将过流的油、气、水大组团层流凝聚相态处理为微细组团乳浊状涡漩紊流相态,使各异相组份相互包覆、屏蔽,大大增加比表面积,千万倍放大边界效应,给蜡、垢晶体设置无数难以逾越的壁垒,限制其长大、阻挠其聚集;加之紊流状态管壁处流速、压力最大,消除了蜡、垢晶体吸附沉积于管壁的条件,因而不会出现蜡、垢结晶聚集堵井现象;依从此理,自喷井防蜡降粘整流器对井口喷嘴后管线结蜡、结垢亦有良 好遏制作用。
(2)、降粘效果好。自喷井中油、气、水混合产液在油管中自下而上升,一般呈现液相流、泡流、间断流三个阶段,其中在间断流阶段,伴生气、凝析气析出,与油、水分流,油、水完全挂在管壁上,形成很大粘度和流动阻力;防蜡降粘整流器安装于井深约1000米的液相流段,油、气、水大组团相态经多级处理得到雾化、细化和分散化,可形成气包油、油包气、气包水,水包气、油包水、水包油等不同的包覆和屏蔽形态,与蜡垢晶体难以长大、聚集相似,伴生气、凝析气组团的长大、聚集也受到油、水边界壁垒的重重限制和阻挠,只能以微气团或细小气团形式存在,并在液相流中起到巨大的发“泡”作用,大大降低产液粘度,气泡裹挟着油、水上升,大大延长油管中的泡流流程甚至出到地面后仍能保持泡流状态,使产液流动、自喷更加顺畅。
(3)、安全环保。油田自喷井防蜡降粘整流器在完井或修井作业时一次性安装,依靠储层能量自动工作,不需日常维护,防蜡、防垢、降粘,免除人工刮蜡作业,消除事故和泄漏,杜绝安全和环保隐患。
(4)、降低成本,增产增效。油田自喷井防蜡降粘整流器增产显著,可以从三方面理解:一是蜡、垢不挂管壁、不缩小油流通道、不阻流,单位时间产量自然会提高;二是降低产液粘度,大大延长泡流段,产液本身流动阻力下降,可使储层产能得到最佳释放;三是消除蜡、垢堵井时间,免除人工刮蜡时间,减少修井时间,从而提高油井生产效率。根据本产品中试测定,平均增产率达16.6%,降低成本、提高效益比较显著。
四、附图说明:
图1是油田自喷井防蜡降粘整流器结构示意图
图2是目前普遍采用的自喷井人工清蜡除垢示意图
图3是油、气、水大组团混合三相流内部结构示意图
图4是油、气、水微细组团乳浊状三相流内部结构示意图
图5是产液由层流态整流为涡漩紊流态示意图
图6是层流态流线和流速、压力分布示意图
图7是涡漩紊流态流线和流速、压力分布示意图
图8是撞击流混相器结构示意图
图9是撞击区雾化、细化、分散化产液示意图
图10是声波振荡器结构示意图
上述图1~图10中,1、涡漩整流器;2、撞击流混相器;3、涡漩整流器;4、冲击式声波振荡器;5、涡漩整流器;6、整流器管筒;7、井口采油树;8、防喷管;9、加重杆;10、刮蜡钢片;11、钢丝绳滑轮;12、钢丝绳上长度标记;13、钢丝绳;14、钢丝绳绞车;15、油相;16、水相;17、气相;18、涡漩整流器孔板;19、涡漩整流器整流板;20、涡漩整流器孔道;21、速度、压力曲线;22、速度、压力指示线;23、产液流线;24、撞击流混相器;25、射流孔;26、产液流线;27、撞击区;28、油、气、水乳浊状相态;29、声波振荡器孔板;30、孔板上的油流孔道;31、声波弹簧片。
五、具体实施方式:
参见图1,本发明为方便制造和安装,采用三段API油管筒分别安装部件,然后再对接成完整产品的工艺方案。第一段管筒装有一级涡漩整流器1和撞击流混相器2;第二段管筒装有二级涡漩整流器3和声波振荡器4;第三段装有三级涡漩整流器5。三段管筒采用油田标准2 7/8英寸管螺纹连接。
本发明中的涡漩整流器1、3、5(即一、二、三级),其结构参见图5,由2Cr18Ni9Ti钢制造;它是开了6个长方形孔道20的圆形底板18,在每个孔道 上方,设置一块与底板中心轴线呈30°角的挡板19,该挡板焊接固定在底板上,构成1个基元级,4个基元级错开45°串联构成一个完整的涡漩整流器;涡漩整流器采用嵌入焊接方式固定于API管筒中。
本发明中的撞击流混相器2,其结构见图8,由0Cr18Ni9Ti钢制造;它是下端封闭、上部开口的圆筒,在圆筒壁24的3个等距径向层面分别开有4个轴对称射流孔25;自喷井产量越高则轴对称射流孔可增加设置,呈多层多组样式;撞击流混相器2与API油管筒采用螺纹连接。
本发明中的声波振荡器4,其结构见图10,由3Cr13钢制造;其底部是开有4个孔道30的圆形底板29,在每个孔道出口处设置有弹片31,弹片31与底板29采用焊接固定,此构成为一个声波振荡单元;4个声波振荡单元径向错位45°度串联在一起,构成完整的声波振荡器4;声波振荡器4采用嵌入焊接方式固定于API管筒中。
Claims (4)
1.油田自喷井防蜡降粘整流器,其特征在于:主体为一管筒状器具,其内部自下而上安装有一级涡漩整流器、撞击流混相器、二级涡漩整流器、冲击式声波振荡器、三级涡漩整流器各装置。
2.根据权利要求1所述油田自喷井防蜡降粘整流器,其特征在于:所述一、二、三级涡漩整流器结构相同,其1个基元级是开有六个长方形孔道的圆形底板,在每个孔道出口处固定一块与中心轴呈30°角的整流板,4个这样的基元级构成1个完整的涡漩整流器。
3.根据权利要求1所述油田自喷井防蜡降粘整流器,其特征在于:所述撞击流混相器是下部封闭、上部开口的圆筒,在圆筒壁3个径向平面分别开有4个轴对称射流孔,高压产液穿过射流孔在轴心部位形成强烈撞击区。
4.根据权利要求1所述油田自喷井防蜡降粘整流器,其特征在于:所述冲击式声波振荡器,其1个单元是开有4个孔道的圆形底板,在每个孔道出口处固定有弹片,4个声波振荡单元径向错位45°度串联在一起,构成完整的冲击式声波振荡器。
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