專利名稱：空化聲磁乳化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種空化聲磁乳化裝置，尤其是一種用于油田含蠟油井的防蠟和稠油油井的乳化降粘生產(chǎn)，或者是用于油水乳化降粘輸送的空化聲磁乳化裝置，屬于石油開采技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
油井結(jié)蠟是油田生產(chǎn)中的普遍現(xiàn)象，嚴(yán)重影響油田生產(chǎn)并可能會導(dǎo)致油井停產(chǎn)。如何對油田含蠟的油井進(jìn)行防蠟工作，如何對稠油油井進(jìn)行乳化降粘生產(chǎn)，是油田生產(chǎn)中的技術(shù)難題之一。傳統(tǒng)的防蠟方法是不斷向油井中注入化學(xué)劑，用來阻止蠟晶聚集長大，該方法工作量大、成本較高。除了防蠟方法，通常采用的還有清蠟方法，清蠟方法主要采用的是熱洗清蠟和機(jī)械清蠟。熱洗清蠟時往往需要將油井關(guān)閉，采用熱洗鍋爐向井中打入熱流體進(jìn)行循環(huán)，不僅會影響油井的產(chǎn)量，而且還會造成油層污染。
近年來發(fā)展的機(jī)械防蠟的方法中主要采用的是磁防蠟和聲防蠟。機(jī)械清蠟也存在如下的缺陷單純的磁防蠟由于磁化效果受流體組成、尤其是含水率變化的影響，防蠟效果不穩(wěn)定；而聲防蠟?zāi)壳安捎玫氖腔善铰暟l(fā)生器，由于簧片的機(jī)械強(qiáng)度達(dá)不到要求，不僅使用壽命短，而且防蠟機(jī)理單一。
在油田生產(chǎn)中，除了油井結(jié)蠟的問題嚴(yán)重影響生產(chǎn)之外，原油粘稠在油田生產(chǎn)中的原油輸送過程中，也是一大難題。因此，如何進(jìn)行稠油油井的乳化降粘生產(chǎn)，或者如何進(jìn)行油水乳化降粘輸送，成為急待解決的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種空化聲磁乳化裝置，充分利用原油中溶解的天然氣產(chǎn)生空化，在空化爆破沖擊、聲振動、聲磁雙場的作用下，破壞蠟晶分子結(jié)構(gòu)、改變分子排列，使油水乳化，瀝青、膠質(zhì)、石蠟等均勻分散在原油中，實(shí)現(xiàn)油井防蠟和原油降粘的目的。
本實(shí)用新型的另一目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種空化聲磁乳化裝置，該裝置成本低、操作簡單，防蠟過程中無需關(guān)閉油井，在防蠟核降粘的同時不影響油井的正常生產(chǎn)，方便可靠。
本實(shí)用新型的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種空化聲磁乳化裝置，它包括其兩端可與油管扣相連接的連接套體，連接套體帶有內(nèi)腔，其內(nèi)腔里沿流體的流動方向順次設(shè)置加速件、磁化件和聲化件，三者的中心線共線，加速件外壁固定在連接套體的內(nèi)壁上，磁化件依靠其磁性吸附在加速件上，聲化件的外壁固定在連接套體的內(nèi)壁上，其端部嵌設(shè)在磁化件內(nèi)。
加速件為圓柱形，其內(nèi)部中心沿流體的流動方向順次設(shè)有用于使流體加速流動的錐形流道和噴嘴，錐形流道和噴嘴在加速件中形成貫通的內(nèi)腔。
磁化件的一端依靠其磁性吸附在加速件上，其內(nèi)部設(shè)有中心通孔，中心通孔處與聲化件相連。
聲化件的中心設(shè)有一端封閉的液哨諧振腔，四周穿設(shè)有供流體流經(jīng)的通孔，液哨諧振腔的腔口凸設(shè)，伸入嵌設(shè)在磁化件的中心通孔處。
磁化件為稀土永磁體，分別為N極和S極，磁體對稱排列形成磁場空間，且對設(shè)成圓形套筒并將液哨諧振腔包覆在其中心位置，磁體的形狀為有利于聲波反復(fù)反射和疊加的弧形。
為了使液流速度能夠以10-20m/s的速度，進(jìn)入諧振空化腔，加速件內(nèi)，錐形流道和噴嘴之間還設(shè)有二級加速件，該二級加速件的內(nèi)部設(shè)有貫通的錐形流道，其外壁固定在加速件的內(nèi)腔壁上，二級加速件和噴嘴之間形成用于使流體形成紊流，產(chǎn)生強(qiáng)烈壓力波動，誘發(fā)天然氣分離產(chǎn)生空化核的諧振空化腔，該空化腔直徑是二級加速件錐形流道末端直徑的2～3倍。
噴嘴為錐形噴嘴，液哨諧振腔到噴嘴的距離是噴嘴直徑的5～7倍。
為了加強(qiáng)加速效果，錐形流道的錐度范圍為1∶4-1∶6。
加速件和聲化件與連接套體的內(nèi)壁均通過螺紋固定；二級加速件的外壁與加速件的內(nèi)腔壁也是通過螺紋固定的。
因此，本實(shí)用新型充分利用原油中溶解的天然氣產(chǎn)生空化、利用油井管道中流體通過液哨產(chǎn)生高頻聲波、利用稀土強(qiáng)磁產(chǎn)生磁場，在空化爆破沖擊、聲振動、聲磁雙場疊代等作用下，破壞蠟晶分子結(jié)構(gòu)、改變分子排列，使油水乳化和瀝青、膠質(zhì)、石蠟等均勻分散在原油中，實(shí)現(xiàn)防蠟和原油降粘。該裝置成本低、操作簡單，防蠟過程中無需關(guān)閉油井，方便可靠。


圖1為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖1所示，為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)剖面圖。從圖1中可知，本實(shí)用新型提供了一種空化聲磁乳化裝置，它包括其兩端可與油管扣相連接的連接套體1，連接套體1帶有內(nèi)腔11，其內(nèi)腔11里沿流體的流動方向順次設(shè)置加速件2、磁化件3和聲化件4，三者的中心線共線。加速件2與連接套體1的內(nèi)壁通過螺紋固定；磁化件3依靠其磁性吸附在加速件2上，聲化件4的外壁通過螺紋固定在連接套體1的內(nèi)壁上，其端部嵌設(shè)在磁化件3內(nèi)。
從圖1可知，加速件2為圓柱形，其內(nèi)部中心沿流體的流動方向順次設(shè)有用于使流體加速流動的錐形流道21和噴嘴22，錐形流道21和噴嘴22在加速件2中形成貫通的內(nèi)腔。
聲化件4的中心設(shè)有一端封閉的液哨諧振腔41，四周穿設(shè)有供流體流經(jīng)的通孔42，液哨諧振腔41的腔口411凸設(shè)，伸入嵌設(shè)在磁化件3的中心通孔31處。
磁化件3一端依靠其磁性吸附在加速件2上，其內(nèi)部設(shè)有中心通孔31，中心通孔31處與聲化件4相連。磁化件3通常為稀土永磁體，分別為N極和S極，磁體對稱排列形成磁場空間，且對設(shè)成圓形套筒并將液哨諧振腔41包覆在其中心位置，磁體的形狀為有利于聲波反復(fù)反射和疊加的弧形。
為了達(dá)到更好的防蠟效果，如圖1所示，在加速件2內(nèi)，錐形流道21和噴嘴22之間還設(shè)有二級加速件5，該二級加速件5的內(nèi)部設(shè)有貫通的錐形流道51，其外壁通過螺紋固定在加速件2的內(nèi)腔壁上，二級加速件5和噴嘴22之間形成諧振空化腔23，諧振空化腔23用于使流體形成紊流，產(chǎn)生強(qiáng)烈壓力波動，誘發(fā)天然氣分離產(chǎn)生空化核，該空化腔23體積大于二級加速件5中錐形流道51的末端出口體積，優(yōu)選空化腔體積為其體積的2倍。
為了達(dá)到能量集中，提高發(fā)聲效果的目的，噴嘴22與液哨諧振腔41之間的距離為噴嘴22直徑的5～7倍。
為了使液流速度達(dá)到10-20m/s后進(jìn)入諧振空化腔23，錐形流道21和51的錐度范圍為1∶4～1∶6。
通常情況下，在高頻聲波的振動作用下，液體內(nèi)部會產(chǎn)生許多微觀的小空穴，這些小空穴被稱為空化核；空化核在聲波稀疏相和壓縮相交替作用下，氣泡生長、收縮、再生長、再收縮，經(jīng)過多次反復(fù)的周期性振蕩，這些氣泡最終以高速度崩裂，其作用時間約為0.1μs。由于作用時間短，空化核數(shù)量大，崩裂時會產(chǎn)生1000℃以上、100Mpa以上的局部高溫、高壓和速度約為110m/s具有強(qiáng)烈沖擊力的微射流，這種現(xiàn)象被稱為聲空化。
本實(shí)用新型的原理就在于利用原油中大量溶解的天然氣，作為潛在的空化核，當(dāng)油水混合流體從二級加速件5的出口進(jìn)入諧振空化腔23時，由于在射流邊界存在很大的速度梯度，流體的粘性和反向壓差使射流邊界充滿旋渦，在諧振空化腔23內(nèi)形成低壓區(qū)。當(dāng)?shù)蛪簠^(qū)壓力低于天然氣在原油中的飽和壓力時，天然氣便從油中分離出來形成無數(shù)的真實(shí)空化核。流經(jīng)諧振空化腔23的流體再經(jīng)噴嘴22高速射向液哨諧振腔41，通過諧振空化腔23的振動產(chǎn)生高頻聲波(與吹口哨相同)。聲波可向四周傳播，當(dāng)聲波在諧振空化腔23內(nèi)作用于由天然氣生產(chǎn)的空化核時，即誘發(fā)產(chǎn)生強(qiáng)烈的空化效應(yīng)，從而破壞蠟分子結(jié)構(gòu)和形成油水乳化液。聲波在磁化件3之間來回反射，又可增強(qiáng)聲波的強(qiáng)度和頻率，增強(qiáng)聲作用效果。同時摩擦帶電的蠟分子及膠質(zhì)瀝青等，在強(qiáng)磁場內(nèi)又會受到磁力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)和極化，從而改善原油的物理性質(zhì)和蠟的分散狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)原油的乳化降粘和防蠟。
本實(shí)用新型空化聲磁乳化裝置的具體工作過程是這樣的從油井或管道中流入的流體，包括原油和水，通過錐形流道21和51使液流速度達(dá)到10-20m/s后進(jìn)入諧振空化腔23，在諧振空化腔23內(nèi)由于壓力的升高和紊流產(chǎn)生的壓力擾動，使已分離的無數(shù)微小天然氣泡破滅，產(chǎn)生第一次空化。之后，通過諧振空化腔23的液體經(jīng)噴嘴22以20-40m/s的速度射向與噴嘴22有一定距離的液哨諧振腔41，通常情況下，噴嘴22到液哨諧振腔41之間的距離為噴嘴22直徑的5～7倍。
射流擾動壓力的疊加與擴(kuò)散，在液哨諧振腔41內(nèi)產(chǎn)生共振形成高頻聲波，其頻率通常大于3000Hz。高頻聲波振動再次激發(fā)原油中的天然氣分離和湮滅，再次強(qiáng)化空化作用?？栈僧a(chǎn)生上100MPa的爆破沖擊力和上1000度的高溫，對蠟分子、膠質(zhì)、瀝青等有顯著的破壞作用和勻化作用，并在聲波的振動強(qiáng)化作用下產(chǎn)生油水乳化。同時，聲波在兩弧形稀土永磁體6內(nèi)進(jìn)行來回反射和疊加，增加聲波頻率，提高聲強(qiáng)。流體在磁化件3內(nèi)受到聲場和磁場雙重作用，在強(qiáng)磁場作用下，帶電離子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)和激化，原油溶蠟?zāi)芰Ω鼜?qiáng)。通過以上空化作用、聲振動作用和強(qiáng)磁激化作用等，共同實(shí)現(xiàn)油井防蠟和原油乳化降粘。
最后說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種空化聲磁乳化裝置，其特征在于它包括其兩端可與油管扣相連接的連接套體，連接套體帶有內(nèi)腔，其內(nèi)腔里沿流體的流動方向順次設(shè)置加速件、磁化件和聲化件，三者的中心線共線，加速件外壁固定在連接套體的內(nèi)壁上，磁化件依靠其磁性吸附在加速件上，聲化件的外壁固定在連接套體的內(nèi)壁上，其端部嵌設(shè)在磁化件內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空化聲磁乳化裝置，其特征在于所述的加速件為圓柱形，其內(nèi)部中心沿流體的流動方向順次設(shè)有用于使流體加速流動的錐形流道和噴嘴，錐形流道和噴嘴在加速件中形成貫通的內(nèi)腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空化聲磁乳化裝置，其特征在于所述的磁化件的一端依靠其磁性吸附在加速件上，其內(nèi)部設(shè)有中心通孔，中心通孔處與聲化件相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空化聲磁乳化裝置，其特征在于所述的聲化件的中心設(shè)有一端封閉的液哨諧振腔，四周穿設(shè)有供流體流經(jīng)的通孔，液哨諧振腔的腔口凸設(shè)，伸入嵌設(shè)在磁化件的中心通孔處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的空化聲磁乳化裝置，其特征在于所述的磁化件為稀土永磁體，分別為N極和S極，磁體對稱排列形成磁場空間，且對設(shè)成圓形套筒并將液哨諧振腔包覆在其中心位置，磁體的形狀為有利于聲波反復(fù)反射和疊加的弧形。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空化聲磁乳化裝置，其特征在于所述的加速件內(nèi)，錐形流道和噴嘴之間還設(shè)有二級加速件，該二級加速件的內(nèi)部設(shè)有貫通的錐形流道，其外壁固定在加速件的內(nèi)腔壁上，二級加速件和噴嘴之間形成用于使流體形成紊流，產(chǎn)生強(qiáng)烈壓力波動，誘發(fā)天然氣分離產(chǎn)生空化核的諧振空化腔，該空化腔直徑是二級加速件錐形流道末端直徑的2～3倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的空化聲磁乳化裝置，其特征在于所述的噴嘴為錐形噴嘴，液哨諧振腔到噴嘴的距離是噴嘴直徑的5～7倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的空化聲磁乳化裝置，其特征在于所述的錐形流道的錐度范圍為1∶4-1∶6。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空化聲磁乳化裝置，其特征在于所述的加速件和聲化件與連接套體的內(nèi)壁均通過螺紋固定。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的空化聲磁乳化裝置，其特征在于所述的二級加速件的外壁與加速件的內(nèi)腔壁通過螺紋固定。
專利摘要一種空化聲磁乳化裝置，它包括其兩端可與油管扣相連接的連接套體，連接套體帶有內(nèi)腔，其內(nèi)腔里沿流體的流動方向順次設(shè)置加速件、磁化件和聲化件，加速件外壁固定在連接套體的內(nèi)壁上，磁化件依靠其磁性吸附在加速件上，聲化件的外壁固定在連接套體的內(nèi)壁上，其端部嵌設(shè)在磁化件內(nèi)。本實(shí)用新型充分利用原油中溶解的天然氣產(chǎn)生空化，在空化爆破沖擊、聲振動、聲磁雙場的作用下，破壞蠟晶分子結(jié)構(gòu)、改變分子排列，使油水乳化，瀝青、膠質(zhì)、石蠟等均勻分散在原油中，實(shí)現(xiàn)油井防蠟和原油降粘的目的；該裝置成本低、操作簡單，防蠟過程中無需關(guān)閉油井，在防蠟和降粘的同時不影響油井的正常生產(chǎn)，方便可靠。
文檔編號F23K5/12GK2639728SQ0326645
公開日2004年9月8日 申請日期2003年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月1日
發(fā)明者雷光倫 申請人:石油大學(xué)(北京)