一种旋流脉冲空化装置

1.本发明属于水力空化技术领域，具体涉及一种旋流脉冲空化装置，适用于油田钻井开采。


背景技术：

2.水力空化效应是指液体受到气体分子运动的影响，在气体冲击进入到液体后，液体中就会有一批被称为“气核”的悬浮气相微泡。当液体中的压力降至空气分离压之下时，这些溶解于液体中的气核便迅速地从中分离而生成大量的气泡。当这些气体随液流进入高压区时，伴随着气泡溃灭，流体质点向空腔中心高速运动而产生强烈冲击，结果使瞬时局部压力急剧上升，这种现象被称为空化效应。自该现象被发现后，工业领域基本都被空化效应负面效果所困扰，因此人们一直在寻找如何将此效应正面的为人们所用，利用空化效应所带来的能量，运动到工业领域。现如今空化效应已经被广泛应用于各个行业领域，如石油化工、页岩开采、工业清洗等领域，且有多种空化发生装置。
3.随着对空化技术的研究的深入，运用的领域越来广泛，空化装置的结构样式繁多，然而如何利用简单的结构提高空化效应，以及增加空化能量及空化气泡的产生一直是人们研究的重点。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术的上述不足，提供一种结构简单、高效率、提高空化气泡产生和空化效率的旋流脉冲空化装置。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种旋流脉冲空化装置，包括螺旋导流段，空心螺旋导流段，进气腔，自振空化腔，扩散管。所述螺旋导流段和空心螺旋导流段的旋流叶片角度为30
°
～50
°
，螺旋导流段位于空心螺旋导流段下方；所述空心螺旋导流段轴心开有空心通道，空心螺旋导流段上方与进气腔相连；所述进气腔壁面开有进气孔，进气腔上方与自振空化腔相连；所述自振空化腔的腔壁面开有切向吸入口，吸入口处设有导流板；所述导流板切向夹角为10
°
～20
°
；所述扩散管下端与振空化腔上端相连接。
7.所述的旋流脉冲空化发生装置的作用机理如下：
8.s1：流体在一定的压力下进入到螺旋导流段后，在40
°
旋流叶片的作用下形成螺旋流，螺旋流在上升过程中在离心力的作用，初次进行气液分离；
9.s2：螺旋流体产生气液分离后，液相沿着井筒壁面运动，气相沿着井筒中心运动，延井筒中心上升的气相流体经过空心螺旋导流段的空心通道和进气腔后进入到自振空化腔内；
10.s3：沿着井筒壁面上升的液相经过空心螺旋导流段的40
°
旋流叶片再次进行气液分离，液相继续沿着井筒壁面上升，气相经过进气腔进入到自振空化腔内；
11.s4:高速上升气流进入到自振空化腔内形成高速剪切气流。自振空化腔壁开有切
向吸入口，高速气流经过自振空化腔后，腔内产生负压，沿着井筒壁面的液相通过吸入口后在15
°
导流板的作用下切向被吸入自振空化腔内，切向旋转的液相在高速剪切气流作用下在腔室内产生空化效应，更容易产生更多的空化气泡，自振空化腔可以将连续射流变成脉冲射流，进而将产生的空化泡通过扩散管加速喷出，进一步提高流体速度，从而提高了空化效果。
12.相对于现有技术，本发明具有以下优点：
13.1.通过双螺旋段的结构设计，使得常规流体形成强螺旋流，强螺旋流体在离心力的作用下产生气液分离，分相流动有益于提高流动速度，高速气流更有利于空化泡的生成。
14.2.自振空化腔的腔壁开有切向吸入口和导流板，高速气流经过自振空化腔后，腔内产生负压，沿着壁面的液相通过吸入口在经过导流板后被吸入自振空化腔内，切向运动的液相流体在高速气流的剪切作用下，更容易在腔室内产生大量空化泡。
15.3.自振空化腔将连续射流变为脉冲射流，进一步提高空化速度和空化泡的产生。外吸式的自振空化腔有利于形成空化泡，提高空化效率，从而进一步提高了空化效率。
16.4.本发明结构简单，成本低，适用钻采范围更广。
附图说明
17.图1为本发明一种旋流脉冲空化装置的半剖结构示意图；
18.图2为本发明自振空化腔的结构示意图；
19.图3为图2中的a-a剖面示意图；
20.其中，其中，1、螺旋导流段；2、空心螺旋导流段；3、进气腔；4、自振空化腔；401导流板；5、扩散管。
具体实施方式
21.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细阐述，但本发明不限于该实施例。
22.如图1、图2、图3所示，本发明一种旋流脉冲空化装置，本发明的作用机理为：
23.1：流体在一定的压力下进入到螺旋导流段1后，在40
°
旋流叶片的作用下形成螺旋流，螺旋流在上升过程中在离心力的作用，初次进行气液分离；2：螺旋流体产生气液分离后，液相沿着井筒壁面运动，气相沿着井筒中心运动，延井筒中心上升的气相流体经过空心螺旋导流段2的空心通道和进气腔3后进入到自振空化腔4内；3：沿着井筒壁面上升的液相经过空心螺旋导流段2的40
°
旋流叶片再次进行气液分离，液相继续沿着井筒壁面上升，气相经过进气腔3进入到自振空化腔4内；4：高速上升气流进入到自振空化腔4内形成高速剪切气流。自振空化腔4的腔壁开有切向吸入口，高速气流经过自振空化腔4后，腔内产生负压，沿着井筒壁面的液相通过吸入口后在15
°
导流板401的作用下被切向吸入自振空化腔4内，切向旋转的液相流体在高速剪切气流作用下在腔室内产生空化效应，更容易产生更多的空化气泡，自振空化腔4可以将连续射流变成脉冲射流，进而将产生的空化泡通过扩散管5加速喷出，进一步提高流体速度，从而提高了空化效果。


技术特征：
1.一种旋流脉冲空化装置，其特征在于，该工具主要由螺旋导流段(1)、空心螺旋导流段(2)、进气腔(3)、自振空化腔(4)和扩散管(5)组成，所述螺旋导流段(1)和空心螺旋导流段(2)的旋流叶片角度为30
°
～50
°
，螺旋导流段(1)位于空心螺旋导流段(2)下方；所述空心螺旋导流段(2)轴心开有空心通道，空心螺旋导流段(2)上方与进气腔(3)相连；所述进气腔(3)壁面开有进气孔，进气腔(3)上方与自振空化腔(4)相连；所述自振空化腔(4)的腔壁开有切向吸入口，切向吸入口处设有导流板(401)；所述导流板(401)切向夹角为10
°
～20
°
；所述扩散管(5)下端与自振空化腔(4)上端相连接。

技术总结
本发明涉及一种旋流脉冲空化装置，包括螺旋导流段、空心螺旋导流段、进气腔、自振空化腔、扩散管。所述螺旋导流段和空心螺旋导流段的旋流叶片角度为30


技术研发人员：苟如意 康晨晨 罗训 叶鑫 钟思鹏
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2021.12.30
技术公布日：2022/4/12