井下多级混合掺药降粘管柱的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种井下多级混合掺药降粘管柱，由油管自上而下且内腔连通地串接抽油泵、动态混合器和静态混合器而形成管柱；其中，管柱还具有设置于油管内的抽油杆，抽油杆贯穿抽油泵和动态混合器，下端截止于静态混合器上方；油管外侧还通过毛细管保护器沿轴向绑设有毛细管，毛细管末端具有多个喷射头；静态混合器位于油管最底端，且包括外管，外管内沿轴向具有多个液流搅拌通道。借此，本实用新型具有毛细管喷射、静态混合、动态混合三级混合的功能，在对井下液流的流速没有要求的情况下，使降粘剂与油液进行最充分混合，使稠油降粘效率极大提升，使本实用新型具有非常广泛的应用价值，适应各种不同工况的稀油井和稠油井。
【专利说明】井下多级混合掺药降粘管柱
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及油井掺药化学降粘采油领域，尤指一种井下多级混合掺药降粘管柱。
【背景技术】
[0002]稠油在我国油田蕴藏量较为丰富，但由于其胶质、浙青含量高，流动性差，因而开采难度较大。现有技术中通常采用掺稀油降粘、空心杆电加热、掺化学药剂降粘等工艺方法来开米稠油。
[0003]其中，掺稀油降粘方法是将热稀油从井口装置的套管阀门掺入井底，利用相似相容原理，使热稀油与井底的稠油混合，总体降低混合液粘度，再将混合液举升至地面。这种方法的弊端在于，热稀油是靠重力与稠油自然混合，通常只有提高掺油比才能满足正常生产，在一定程度上造成了稀油资源的浪费。
[0004]空心杆电加热方法是在空心抽油杆内放入电缆，利用电缆产生的热能使井底稠油温度上升，粘度下降，但此方法会消耗大量的电能，非常不利于节能环保。
[0005]而掺化学药剂降粘方法是将降粘剂注入井底与稠油发生化学反应，使稠油乳化降粘，此种方法相比前述两种方法具有能耗低、效率高的优点。但掺化学药剂降粘的效果，取决于化学药剂在井下和稠油混合的均匀程度。现有靠井下液流流速的混合器要想取得理想的混合效果，井下液流必须达到一定速度，井下供液必需充足，这样就在应用方面受到了限制，混合的效果也不理想，没有充分发挥化学降粘的优势。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的，即是提供一种井下多级混合掺药降粘管柱，其利用毛细管喷射、静态混合器混合、动态混合器混合三级混合工序，使降粘剂与井底稠油进行最充分的混合和反应，使稠油降粘效率极大提升，降粘效果很好。
[0007]上述目的，可采用下列技术方案来实现:
[0008]一种井下多级混合掺药降粘管柱，由油管自上而下且内腔连通地串接抽油泵、动态混合器和静态混合器而形成所述管柱；其中，所述管柱还具有设置于油管内的抽油杆，抽油杆贯穿所述抽油泵和所述动态混合器，抽油杆的下端截止于所述静态混合器上方；所述油管外侧还通过毛细管保护器沿轴向绑设有用于注入化学药剂的毛细管，毛细管末端具有多个喷射头；所述静态混合器位于油管最底端，且包括外管，外管内沿轴向具有多个液流搅拌通道。
[0009]如上所述的管柱，所述静态混合器包括:中心柱；沿轴向串联套设于该中心柱上的至少一组液流搅拌单元；固定于所述中心柱两端的压环，各压环具有供液流通过的通孔，且各压环与所述静态混合器的外管固定，而将各组所述液流搅拌单元容纳于上下两个压环之间的环腔内。
[0010]如上所述的管柱，所述静态混合器的各所述液流搅拌单元沿轴向依序设有一旋流件及一分流件，其中:所述旋流件具有供所述中心柱穿设的中心孔，沿该中心孔向周向外侧盘旋地延伸出多个旋流叶片；所述分流件呈圆柱体，且在圆柱体的轴心设有供所述中心柱穿设的中心孔，在该中心孔周侧开设有轴向贯穿的多个分流孔。
[0011]如上所述的管柱，所述静态混合器的各所述液流搅拌单元的分流件在所述中心孔的周侧间隔地开设有多组分流孔，其中每一组分流孔由两个相互交叉成X形的通孔构成，每一组分流孔的两个通孔在该X形的交叉点相互连通，而每组分流孔与相邻一组分流孔之间不连通。
[0012]如上所述的管柱，所述静态混合器的各所述液流搅拌单元的分流件在其中心孔的周侧间隔地开设有3组所述分流孔。
[0013]如上所述的管柱，所述静态混合器的各所述压环的外缘具有螺纹部，该螺纹部与所述静态混合器的外管内腔的对应螺纹部螺合固定。
[0014]如上所述的管柱，所述静态混合器的外管的内腔上部具有内螺纹部以与所述油管的底端螺合。
[0015]如上所述的管柱，所述静态混合器的外管在邻接所述内螺纹部的下方设有密封圈。
[0016]如上所述的管柱，所述旋流件和所述分流件均通过中心孔与所述中心柱固定连接。
[0017]如上所述的管柱，所述静态混合器具有多组液流搅拌单元，而各组液流搅拌单元的所述旋流件和所述分流件沿轴向交替布置。
[0018]如上所述的管柱，每相邻的两个所述旋流件的旋流叶片的旋向相反。
[0019]借由以上技术方案，本实用新型的优点和特点在于:
[0020]1.本实用新型的管柱具有毛细管喷射、静态混合器混合、动态混合器混合三级混合的功能，在对井下液流的流速没有要求的情况下，使降粘剂与井底稠油进行最充分的混合和反应，使稠油降粘效率极大提升，降粘效果很好，所以本实用新型具有非常广泛的应用价值，适应各种不同工况的稀油井和稠油井。
[0021]2.本实用新型通过抽油泵带动混合液在静态混合器中流动，而通过静态混合器的机械结构使通过的液流产生被动搅拌和混合，静态混合器不与抽油杆接触，所以在搅拌混合作业中，静态混合器没有增加抽油杆上下往复运动的载荷，对抽油杆以及带动其运动的驱动和传动机构起到一定程度的保护作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]为令本实用新型的目的、技术手段及技术效果有更完整及清楚的揭露，以下进行详细说明，并请一并参阅附图及部件标号。
[0023]图1为本实用新型一种井下多级混合掺药降粘管柱的结构示意图；
[0024]图2为本实用新型的静态混合器的半剖图；
[0025]图3为本实用新型的静态混合器的旋流件的立体图。
[0026]图4为本实用新型的静态混合器的分流件的立体图。
[0027]图5为图4中的A-A剖视图。【具体实施方式】
[0028]首先需要说明的是，本实用新型中，所有引用的术语“轴向”指的均是管柱的轴线方向；术语“自上而下”中，“上”指的是井口方向，“下”指的是井底方向。
[0029]其次需要说明的是，在本实用新型的管柱结构中，毛细管及动态混合器的结构均为现有技术，其中:毛细管耐压30MPa，可通过毛细管末端的多个喷射头喷出高压流体；动态混合器使用的是本 申请人:的已授权专利ZL201220577985.0所公开的泵下掺药机械混合器。所以关于以上部件的具体结构，在此不予详述。
[0030]请参阅图1和图2所示，本实用新型提供一种井下多级混合掺药降粘管柱，由油管5自上而下且内腔连通地串接抽油泵6、动态混合器7和静态混合器I而形成所述管柱；其中，所述管柱还具有设置于油管5内的抽油杆8，抽油杆8贯穿所述抽油泵6和所述动态混合器7，抽油杆7的下端截止于所述静态混合器I的上方；所述油管5外侧还通过毛细管保护器90沿轴向绑设有用于注入化学药剂的毛细管9，毛细管9末端具有多个喷射头(图中未示);所述静态混合器I位于油管5最底端，且包括外管10，外管10内沿轴向具有多个液流搅拌通道，如图2。
[0031]请进一步参阅图2，所述静态混合器I包括:中心柱11 ;沿轴向串联套设于该中心柱11上的至少一组液流搅拌单元12 ;固定于所述中心柱11两端的压环13，各压环13具有供液流通过的通孔131，且各压环13与所述静态混合器I的外管10固定，而将各组所述液流搅拌单元12容纳于上下两个压环13之间的环腔内。环腔内的液流搅拌单元是静态混合器的主要工作部件。
[0032]再参阅图2，所述静态混合器I的各所述液流搅拌单元12沿轴向依序设有一旋流件14及一分流件15，请具体参阅图3至图5:所述旋流件14具有供所述中心柱11穿设的中心孔141，沿该中心孔141向周向外侧盘旋地延伸出多个旋流叶片142 ;所述分流件15呈圆柱体，且在圆柱体的轴心设有供所述中心柱11穿设的中心孔151，在该中心孔151周侧开设有轴向贯穿的多个分流孔152。借此，流经静态混合器的液流在经过旋流件使产生旋流，旋转的液流在分流件处进入多个分流孔产生打散，打散的液流又在下一个旋流件处汇集和旋转，以此类推，由此产生较佳的搅拌效果。
[0033]请再参阅图4和图5，所述静态混合器的各所述液流搅拌单元12的分流件15在所述中心孔151的周侧间隔地开设有多组分流孔152，其中每一组分流孔152由两个相互交叉成X形的通孔153构成，每一组分流孔152的两个通孔153在该X形的交叉点相互连通(如图5)，而每组分流孔152与相邻一组分流孔152之间不连通。由于每一组分流孔均呈X形交叉，使得进入该组分流孔的每个通孔的液流首先经交叉点产生汇聚，而后又远离交叉点再打散成两股液流流出分流件，使得分流件的打散搅拌效果更佳。但本实用新型并不以此为限，每组分流孔152也可以是其他形态的设计，例如可为三个通孔相互交叉汇聚再彼此远离的形态。至于如何设计每组分流孔的形态，要考虑实际工况下，稠油与降粘剂混合后的粘度，以及混合液的流速等等因素，例如每个通孔相对于管柱轴线的倾斜角度是否利于液流快速通过、每组分流孔设计几股混流、几个交叉结点等等。
[0034]作为一个较佳的实施方式，所述静态混合器I的各所述液流搅拌单元12的分流件15在其中心孔151的周侧间隔地开设有3组所述分流孔152，以将通过该分流件15的液流打散成六股。[0035]请再参阅图2，所述静态混合器I的各所述压环13的外缘具有螺纹部132，该螺纹部132与所述静态混合器I的外管10内腔的对应螺纹部螺合固定。而压环13与中心柱11的固定可采用焊接等方式。
[0036]较佳地，所述静态混合器I的外管10的内腔上部具有内螺纹部101以与所述油管5的底端螺合，提供静态混合器与油管之间的固定。
[0037]较佳地，所述静态混合器I的外管10在邻接所述内螺纹部101的下方设有密封圈102。通过该密封圈，使得外管10的上端与油管5的底端密封连接，使得管内液体呈等压连通的状态。
[0038]较佳地,所述旋流件14和所述分流件15均通过中心孔141 (151)与所述中心柱11固定连接，较佳为焊接，以使本实用新型的液流搅拌单元12在液流通过时，不会绕中心柱11转动，而导致丧失搅拌效果。但本实用新型并不以此为限，也可以只将旋流件14与中心柱11固定，而分流件15靠上下两侧旋流件14的挤压产生固定效果；亦或是不将旋流件14和分流件15固定在中心柱11上，仅依靠中心柱11两端的压环13的挤压，使环腔内的全部旋流件14和分流件15产生锁固效果。
[0039]较佳地，所述静态混合器I具有多组液流搅拌单元12，而各组液流搅拌单元12的所述旋流件14和所述分流件15沿轴向交替布置。借此，使得每一组液流搅拌单元12均可产生先使液流旋转、再将液流打散的搅拌效果。
[0040]较佳地，每相邻的两个所述旋流件14的旋流叶片142的旋向相反。借此，使经过的流体时而左旋、时而右旋，不断改变流动方向，不仅将贴近轴心的液流推向周边，还将周边液流推向轴心，从而造成更佳的径向混合效果。
[0041]以上实施例所构成的本实用新型的管柱，其安装过程是:
[0042]首先在中心柱上串接多组液流搅拌单元，使各旋流件和分流件沿轴向间隔布置，而后将各组液流搅拌单元焊接在中心柱上固定；将固定后的装配件套入外管内腔，向中心柱两端套入压环，压环与外管螺固，并通过螺接或焊接与中心柱固定，完成静态混合器的安装；再次通过油管管段串接抽油泵、动态混合器和静态混合器，再在油管一侧绑设毛细管，已完成本实用新型掺药降粘管柱的安装；最后将该管柱从套管3中下入到井内设计深度(如图1)，以完井。
[0043]以上实施例所构成的本实用新型，其工作原理如下:
[0044]请参阅图1中的箭头所示，示出降粘剂的流向、地层稠油的流向，以及降粘剂与稠油混合后的混合液的流向。其中，毛细管在地面端连接泵组，根据油井地层压力以及油层单日产油量调整泵组的排量，使降粘剂恒定持续地通过毛细管泵入井下，降粘剂通过毛细管末端的喷射头以一定压力和速度喷射入油层4上部，对稠油进行初步切割，产生油层4的渗出油液与降粘剂的第一级混合(如图1下部箭头所示)，由此克服了现有掺药过程中降粘剂自然沉降，与油液混合不均匀的问题。当地面泵组向毛细管内注入药剂时，根据泵组流量与毛细管内径之间的关系调整毛细管内的压力，即可调整毛细管末端喷射头的喷射压力，于是通过改变喷射出的化学药剂对原油的切割作用，来控制化学药剂与原油的混合均匀程度。
[0045]然后，随着抽油泵对井底油液的抽取，降粘剂与油液的混合液会经管柱向上流动。混合液首先经过静态混合器，由静态混合器产生第二级搅拌混合，再被抽至上方的动态混合器产生第三级搅拌混合。充分混合和反应后，稠油被充分乳化降粘，达到抽油泵可抽取的设计粘稠度，最后通过抽油泵采出地面。
[0046]静态混合器是一种无需机械运动即可使液体搅拌混合的装置，在混合液流经静态混合器的过程中，参阅图2中箭头所示，混合液首先通过位于下端的压环的通孔向上流入位于最下端的旋流件。因为抽油泵的抽吸作用，流体会在旋流件的旋流叶片之间的流道内产生旋转搅拌，而后流出旋流件进入位于旋流件上方的分流件。在该分流件中，流体分成若干股细流分别通过各组分流孔，并在各组分流孔中产生汇聚和再分流，如此便在静态混合器中完成了一次搅拌过程，此时的混合液再向上流入另一组液流搅拌单元，又产生反向的旋转、打散、汇聚、再分流的搅拌过程。在整个搅拌过程中，混合液不断改变流动方向，再加上流体自身的旋转在相邻元件连接处的界面上发生碰撞，使混合液在管柱截面上的温度梯度和速度梯度减小，而明显增强混合效果。
[0047]经静态混合器多次搅拌后，混合液流至动态混合器。动态混合器通过螺纹连接在抽油泵柱塞上，是利用双柱塞抽油泵的行程提供动力，将抽油杆的上下位移通过齿轮组转变成叶轮的旋转，在柱塞上行程过程中，对已经在静态混合器中完成第二级混合的混合液再次进行第三级搅拌。根据抽油泵柱塞直径的大小，可以调整动态混合器内叶轮组的个数，从而增强动态混合器的搅拌能力。
[0048]本实用新型使稠油生产井中套掺化学药剂更均匀、稳定、准确，操作灵活。在操作上，化学药剂通过毛细管直接输送到油井动液面以下，避免了油套环空之间动液面上浮或死油的影响，将套掺化学药剂的有效性大大提高。通过毛细管喷射头喷射切割、静态混合器混合、动态混合器混合三级混合工序，使降粘剂与井底稠油进行最充分的混合和反应，使稠油降粘效率极大提升，降粘效果很好。此外，本实用新型的管柱可实现套管掺药恒定持续地点滴加药，保证混合均匀，并有效节省化学药剂的用量。
[0049]此外，本实用新型与仅设有动态混合器的掺药降粘管柱相比，其混合效果更佳。因为动态混合器是采用抽油杆的往复运动作为驱动力，所以势必会对抽油泵的抽油工作造成一定的影响，其工作负荷加大，影响寿命。实践证明，不能在一个抽油泵下串接两个或以上的动态混合器，否则抽油作业将受到极大影响。
[0050]本实用新型的管柱加入静态混合器正是克服了这个问题，在不给抽油泵添加更多负荷的前提下，又增添一级静态混合，使掺药降粘效果再次大大提升，实为本发明人经过本领域的长期艰苦研究，并结合理论及实践经验，才获得的创新作业设备。
[0051]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种井下多级混合掺药降粘管柱，其特征在于，由油管自上而下且内腔连通地串接抽油泵、动态混合器和静态混合器而形成所述管柱；其中， 所述管柱还具有设置于油管内的抽油杆，抽油杆贯穿所述抽油泵和所述动态混合器，抽油杆的下端截止于所述静态混合器上方； 所述油管外侧还通过毛细管保护器沿轴向绑设有用于注入化学药剂的毛细管，毛细管末端具有多个喷射头； 所述静态混合器位于油管最底端，且包括外管，外管内沿轴向具有多个液流搅拌通道。
2.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述静态混合器包括: 中心柱； 沿轴向串联套设于该中心柱上的至少一组液流搅拌单元； 固定于所述中心柱两端的压环，各压环具有供液流通过的通孔，且各压环与所述静态混合器的外管固定，而将各组所述液流搅拌单元容纳于上下两个压环之间的环腔内。
3.根据权利要求2所述的管柱，其特征在于，所述静态混合器的各所述液流搅拌单元沿轴向依序设有一旋流件及一分流件，其中: 所述旋流件具有供所述中心柱穿设的中心孔，沿该中心孔向周向外侧盘旋地延伸出多个旋流叶片； 所述分流件呈圆柱体，且在圆柱体的轴心设有供所述中心柱穿设的中心孔，在该中心孔周侧开设有轴向贯穿的多个分流孔。
4.根据权利要求3所述的管柱，其特征在于，所述静态混合器的各所述液流搅拌单元的分流件在所述中心孔的周侧间隔地开设有多组分流孔，其中每一组分流孔由两个相互交叉成X形的通孔构成，每一组分流孔的两个通孔在该X形的交叉点相互连通，而每组分流孔与相邻一组分流孔之间不连通。
5.根据权利要求4所述的管柱，其特征在于，所述静态混合器的各所述液流搅拌单元的分流件在其中心孔的周侧间隔地开设有3组所述分流孔。
6.根据权利要求2所述的管柱，其特征在于，所述静态混合器的各所述压环的外缘具有螺纹部，该螺纹部与所述静态混合器的外管内腔的对应螺纹部螺合固定。
7.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述静态混合器的外管的内腔上部具有内螺纹部以与所述油管的底端螺合。
8.根据权利要求7所述的管柱，其特征在于，所述静态混合器的外管在邻接所述内螺纹部的下方设有密封圈。
9.根据权利要求3所述的管柱，其特征在于，所述旋流件和所述分流件均通过中心孔与所述中心柱固定连接。
10.根据权利要求3所述的管柱，其特征在于，所述静态混合器具有多组液流搅拌单元，而各组液流搅拌单元的所述旋流件和所述分流件沿轴向交替布置。
11.根据权利要求3所述的管柱，其特征在于，每相邻的两个所述旋流件的旋流叶片的旋向相反。
【文档编号】B01F13/10GK203594423SQ201320591448
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】何传兴, 戚勇, 顾辉, 魏冉, 冯少华, 于勐, 庄健, 杨晓莉, 杨东平, 王秀波, 张颖, 唐作峰, 塔耀晶, 刘娜, 邵恒玉, 汪俊义, 马亮, 李春志, 张丽云 申请人:中国石油天然气股份有限公司