油田自喷井防蜡降粘整流器的制造方法
【专利摘要】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。
【专利说明】
油田自喷井防蜡降粘整流器
一、技术领域
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[0001](一)、本发明所属技术领域:
[0002]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。
[0003]科技部高新技术领域目录:八、高新技术改造传统产业一一(四)新型机械一一2、通用机械和新型机械。
[0004](二)、应用范围:
[0005]本发明适用于国内外陆上和海上油田自喷井采油。
[0006](三)、功能作用:
[0007]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】
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[0008]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。
[0009]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I台绞车、I台吊车或立I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。
[0010]自喷井这种人工清蜡除垢方法，主要存在以下问题:
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]4、影响产量，抬高成本，降低效益。自喷井一天按清錯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】
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[0015]1、发明目的:
[0016]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。
[0017]2、本发明基本原理:
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]3、本发明创新点:
[0022](I)、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，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。
[0023](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I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，如图5所示，4个这样的基元级构成I个完整的整流器，产液流过此装置即由层流态整流为涡漩紊流态，产液流速、压力、密度由油管轴心部位最高调整为最低22，在离心力作用下，导致油管中心部位产液Ml与管壁处产液M2无数次强烈交换、撞击和掺混。
[0024](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，从而实现油、气、水大组团相态的雾化、细化、乳浊化，实现各异相之间相互渗透、混合和包覆28。
[0025](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I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，如图10所示，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，当高压产液从孔道中射出，冲击弹片，即产生声波，声波作用于产液产生“空化”、机械振动和热效应，使产液中各相进一步细化、分散化、乳浊化和匀质化。
[0026]5、本发明的特点是:
[0027](I)、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皇，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。
[0028](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、水边界壁皇的重重限制和阻挠，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。
[0029](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。
[0030](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】
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[0031 ]图1是油田自喷井防蜡降粘整流器结构示意图
[0032]图2是目前普遍采用的自喷井人工清蜡除垢示意图
[0033]图3是油、气、水大组团混合三相流内部结构示意图
[0034]图4是油、气、水微细组团乳浊状三相流内部结构示意图
[0035]图5是产液由层流态整流为涡漩紊流态示意图[0036I图6是层流态流线和流速、压力分布示意图
[0037]图7是涡漩紊流态流线和流速、压力分布示意图
[0038]图8是撞击流混相器结构示意图
[0039]图9是撞击区雾化、细化、分散化产液示意图
[0040]图10是声波振荡器结构示意图
[0041]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】
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[0042]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I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27/8英寸管螺纹连接。
[0043]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2Cr 18Ni9Ti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I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。
[0044]本发明中的撞击流混相器2，其结构见图8，由0Crl8Ni9Ti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。
[0045]本发明中的声波振荡器4，其结构见图10，由3Crl3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。
【主权项】
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，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。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I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I个完整的整流器，产液流过此装置即由层流态整流为涡漩紊流态，产液流速、压力、密度由油管轴心部位最高调整为最低，在离心力作用下，导致油管中心部位产液与管壁处产液无数次强烈交换、撞击和掺混。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，当高压产液穿过射流孔，即在轴心部位形成强烈的撞击区，从而实现油、气、水大组团相态的雾化、细化、乳浊化，实现各异相之间相互渗透、混合和包覆。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I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，当高压产液从孔道中射出，冲击弹片，即产生声波，声波作用于产液产生“空化”、机械振动和热效应，使产液中各相进一步细化、分散化、乳浊化和匀质化。
【文档编号】E21B28/00GK105909204SQ201610372698
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】邓海波
【申请人】邓海波