一种可形成油水环状流的三通管

本发明涉及一种稠油输送设备，具体为一种可形成油水环状流的三通管。

背景技术：

近年来，非常规石油的开采越来越多，有资料显示,我国稠油的地质储量十分丰富，但是由于稠油中胶质和沥青质含量高，其密度大、粘度高、流动性差，且极易黏附在管壁上，采输生产过程中需要提供足够的能量以克服流动阻力；此外，高含蜡稠油还有较高的凝固点，在流动过程中易析出蜡晶堵塞管道，这些都给稠油的开采和输送带来了极大的挑战。

而目前，稠油作为我国近年开采力度最大的资源之一，较多采用油水环状流输送法对稠油进行运输，即粘度较大的稠油被一种低粘度的液体，例如水，包裹形成环状输送。油水环状流通过以水相包裹油相的流形对稠油进行运输，由于稠油在低粘度液体水的包裹下不与管壁接触，有效避免了稠油和管壁之间的摩擦阻力，因此油水环状流输送是一种针对稠油显著降粘减阻运输的方式。

而在石油运输管路中，通常会使用到三通管，因为三通管可以改变流体的方向，简化了管路装置，从而节约了管路零部件的用量；不仅方便操作，而且也方便管路检修各个支路的供应。

但是油水环状流输送这种运输方式在三通管分流处会造成失稳现象，即油水环状流的流形会被破坏，从而导致稠油破开包裹在其表面的水膜而粘附在三通管的管壁内侧上，影响油水环状流的输送，进而影响稠油的运输。

技术实现要素：

本发明在于克服现有技术的不足，提供一种可形成油水环状流的三通管，所述三通管可以防止油水环状流在该三通管内分流时发生失稳现象，从而保证油水环状流的顺利输送。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种可形成油水环状流的三通管，包括管体以及设置在管体内的用于对分流后失稳的油水环状流再次维稳的维稳装置，其中，

所述维稳装置设在所述管体中的同向流通管道和异向流通管道的交汇处，包括设置在管体内的导流腔体，所述导流腔体内设置有用于连通同向流通管道和异向流通管道的导流管道；该导流腔体内还设置有水膜形成通道，所述水膜形成通道沿着所述导流管道的延伸方向延伸，且与管体内腔连通，该水膜形成通道与进水通道连通；所述水膜形成通道通过第一进水口与所述导流腔体的内腔连通，该水膜形成通道通过第二进水口与该导流腔体的外表面连通。

优选的，所述管体两端分别设置有连接法兰，其中，位于所述管体中的同向流通管道的进口端的连接法兰为第一连接法兰，位于同向流通管道的出口端的连接法兰为第二连接法兰；所述管体在所述第一连接法兰和第二连接法兰之间设置有固定法兰，所述导流腔体通过第三连接法兰固定安装在所述固定法兰上。

优选的，所述导流管道的进口端与所述同向流通管道的内径相同。

优选的，所述导流腔体包括设置在第三连接法兰上的导流座以及设置在所述导流座上的两块弧形固定板，其中，两块弧形固定板内外同轴设置，且两块弧形固定板之间的间隔空间构成所述水膜形成通道；位于内侧的弧形固定板和所述导流座之间所围成的空间构成所述导流通道，该导流通道的进口设置在所述导流座上；所述第一进水口设置在位于内侧的弧形固定板上，所述第二进水口设置在位于外侧的弧形固定板上；所述弧形固定板的内径与所述管体的内径相同，该弧形固定板的外径与所述管体的外径相同。

优选的，所述管体在与所述导流腔体的对应位置处设置有安装槽，所述安装槽与所述导流腔体中位于外侧的弧形固定板的外轮廓配合。

优选的，所述进水通道设置在所述导流腔体上，该进水通道横向贯穿所述导流座，所述导流座的左右两侧在与所述进水通道的对应位置处均设置与该进水通道同轴的进水法兰，外接的进水管道通过螺钉固定在所述进水法兰上。

优选的，设置在每块弧形固定板上的第一进水口和第二进水口均为多个，多个第一进水口和第二进水口遍布在所述弧形固定板上，每个第一进水口和第二进水口的直径均在1mm-1.5mm之间。

优选的，所述维稳装置还包括用于调节导流腔体的水膜形成通道的出口大小的调节机构，所述调节机构包括导流板以及调节旋钮，其中，所述导流板通过转动轴转动连接在位于内侧的弧形固定板上，所述转动轴一端延伸出所述管体外与所述调节旋钮连接。

优选的，所述导流板的长度方向与所述导流通道的出口的长度方向平行，且该导流板的长度和宽度分别小于或等于所述导流通道的出口的内部长度和宽度。

优选的，所述调节旋钮的调节角度为0度-30度。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

(1)、本发明的可形成油水环状流的三通管通过导流腔体在分流处形成水膜，使其重新包裹在分流后的稠油表面，从而保证油水环状流在三通管内分流时不破坏油水环状流的流形，进而有利于稠油的运输。

(2)、本发明的可形成油水环状流的三通管可以防止油水环状流在该三通管内分流时发生失稳现象，从而保证油水环状流的顺利输送。

附图说明

图1是本发明的可形成油水环状流的三通管的第一种具体实施方式的立体结构示意图。

图2是本发明的可形成油水环状流的三通管的半剖视图。

图3-图5是所述导流腔体的结构示意图，其中，图3为立体结构示意图，图4为主视图(剖视图)，图5为俯视图。

图6是管体的半剖视图。

图7是本发明的可形成油水环状流的三通管的第二种具体实施方式的立体结构示意图。

图8是图7的主视图(局部剖视图)。

图9是图8中a-a方向的剖视图。

图10是图9中a处的局部放大图。

图11是维稳装置的立体结构示意图。

图12是图10中的维稳装置的侧视图。

图13是未加入维稳装置的普通三通管的ansys仿真图。

图14是本发明的可形成油水环状流的三通管的ansys仿真图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

参见图1-图6，本发明的可形成油水环状流的三通管包括管体1以及设置在管体1内的用于对分流后失稳的油水环状流再次维稳的维稳装置。

参见图1-图6，所述维稳装置设置在所述管体1中的同向流通管道和异向流通管道(其中，所述异向流通管道指的是与三通管中的进口方向不同轴(例如垂直)的流道)的交汇处，包括设置在管体1内的导流腔体2，所述导流腔体2内设置有用于连通同向流通管道和异向流通管道的导流管道2-6；该导流腔体2内还设置有水膜形成通道2-4，所述水膜形成通道2-4沿着所述导流管道2-6的延伸方向延伸，且与进水通道2-7连通；所述导流腔体2的端面在与所述水膜形成通道2-4的对应位置处设置有开口2-10，所述开口2-10可连通所述水膜形成通道2-4和所述同向流通通道；所述水膜形成通道2-4通过第一进水口2-8与所述导流腔体2的内腔连通，该水膜形成通道2-4通过第二进水口2-3与该导流腔体2的外表面连通。

在油水环状流输送的过程中，通过进水通道2-7向水膜形成通道2-4送水，进入到水膜形成通道2-4内的水经由第一进水口2-8、第二进水口2-3和开口2-10分别从导流腔体2的内表面、外表面和端部流出，分别于导流腔体2的内表面、外表面和端面处形成水膜，这样，当油水环状流经过导流腔体2分流后，该水膜再重新包裹在分流后的稠油表面，使得分流后的油水环状流再次保持油水环状流的流形，即水相包裹住油相，从而保证稠油的顺利输送。

参见图1-图6，所述管体1两端分别设置有连接法兰，其中，位于所述管体1中的同向流通管道的进口端的连接法兰为第一连接法兰1-1，位于同向流通管道的出口端的连接法兰为第二连接法兰1-2；所述管体1在所述第一连接法兰1-1和第二连接法兰1-2之间设置有固定法兰1-3，所述导流腔体2通过第三连接法兰2-2固定安装在所述固定法兰1-3上，其中，所述固定法兰1-3与所述导流腔体2之间通过螺钉连接。在连接时，所述固定法兰1-3与所述导流腔体2上的第三连接法兰2-2的上表面接触，从而对导流腔体2的安装起到定位作用。

在本实施例中，所述固定法兰1-3的外径小于所述连接法兰(例如第一连接法兰1-1和第二连接法兰1-2)的外径，这样方便固定法兰1-3与导流腔体2上的第三连接法兰2-2进行螺纹连接时的安装。

除上述列举的法兰外，本实施例中的三通管中的管体1与其他外接管道或维稳装置的相关部件进行管道连通时，也可以在连接的部位设置法兰，从而方便管道之间的安装与拆卸。

参见图1-图6，所述导流管道2-6的半圆面(即进口2-11的截面)与所述同向流通管道的内径相同。这样有利于流入导流管道2-6的水层保持连续，使之不会因为结构的不连续而造成紊流，同时也有利于保证导流腔体2与同向流通管道连接时的密封性。另外，所述管体1在与所述导流腔体2的对应位置处设置有安装槽，所述安装槽与所述导流腔体2中位于外侧的弧形固定板2-5的外轮廓配合；这样可以保证所述管体1中的同向流通管道的中间切除曲线与导流腔体2曲线曲率相同，通过设置相同的曲率有利于管体1和导流腔体2安装时的密封性和装配方便性；其中，所述的中间切除曲线指的是所述安装槽与位于外侧的弧形固定板2-5配合的部位的曲面的曲线。

参见图1-图6，所述导流腔体2包括设置在第三连接法兰2-2上导流座2-12、设置在导流座2-12上的两块弧形固定板2-5，其中，两块弧形固定板2-5内外设置，且两块弧形固定板2-5同轴设置；位于内侧的弧形固定板2-5和所述导流座2-12之间所围成的空间构成所述导流通道2-6，该导流通道2-6的进口2-11设置在所述导流座2-12上；两块弧形固定板2-5之间的间隔空间构成所述水膜形成通道2-4；所述第一进水口2-8设置在位于内侧的弧形固定板2-5上，所述第二进水口2-3设置在位于外侧的弧形固定板2-5上；其中，所述弧形固定板2-5的内径与所述管体1中的同向流通管道的内径相同，该弧形固定板2-5两边外径与所述管体1中的同向流通管道的外径相同。通过上述设置，不仅有利于保证同向流通管道的出口端处的水层的连续性，使之不会因为结构的不连续而造成紊流；而且还有利于在弧形固定板2-5与同向流通管道的定位槽1-4连接固定后与同向流通管道外壁完全贴合，从而保证安装时的密封性。

另外，位于外侧的弧形固定板2-5的外表面上设置有定位部，所述管体1在与所述定位部对应的位置上设置有与之配合的定位槽1-4。

此外，本实施例中的导流腔体2也可以直接铸造而成。

参见图1-图6，所述进水通道2-7设置在所述导流腔体2上，该进水通道2-7贯穿横向贯穿所述导流座2-12，所述导流座2-12的左右两侧在与所述进水通道2-7的对应位置处均设置与该进水通道2-7同轴的进水法兰2-1，所述进水法兰2-1中在其圆周方向上均匀设置有4个螺纹孔，通过螺钉将进水管道与所述进水法兰2-1固定。这样可以方便进水管道与进水法兰2-1之间的安装与拆卸，从而将水送进进水通道2-7以及水膜形成通道2-4内。另外，通过设置两个进水法兰2-1(即所述进水通道2-7中设置两个进水口)，可以增大水进入水膜形成通道2-4的流量，从而有利于水从导流腔体2的两块弧形固定板2-5的第一进水口2-8和第二进水口2-3、以及水膜形成通道2-4的开口2-10处流出，形成水膜。

参见图1-图6，所述水膜形成通道2-4的曲线与导流管道2-6的曲线的曲率相同，且所述水膜形成通道2-4的外径为1mm，这样有利于节省材料，此外，设置在弧形固定板2-5上的第一进水口2-8和第二进水口2-3均为多个，多个第一进水口2-8和第二进水口2-3遍布在所述弧形固定板2-5上，每个第一进水口2-8和第二进水口2-3的直径均在1mm-1.5mm之间。

参见图1-图6，本发明的可形成油水环状流的三通管的工作原理是：

工作时，稠油由进油管道输送进本发明的三通管中的同向流通管道后，通过外界的进水管道向进水通道2-7内送水，进入到进水通道2-7内的水流入到水膜形成通道2-4内，而进入到水膜形成通道2-4内的水经由第一进水口2-8、第二进水口2-3和开口2-10分别从导流腔体2的内表面、外表面和端面流出，且分别于导流腔体2的内表面、外表面和端面处形成水膜，这样，当油水环状流经过导流腔体2分流后，形成的水膜再重新包裹在分流后的稠油表面，使得粘度较大的稠油再次被粘度较低的水包裹形成环状输送，进而水相包裹油相的流形形成油水环状流，这样就可以避免粘度较大的油与管壁接触，减少流动阻力，保证稠油的顺利输送。

实施例2

参见图7-图12，本实施例与实施例1的不同之处在于：

本实施例中的三通管还包括用于调节水膜形成通道2-4的开口2-10大小的调节机构，所述调节机构包括导流板3以及调节旋钮4，其中，所述导流板3通过转动轴2-9转动连接在所述导流腔体2中位于所述水膜形成通道2-4的开口2-10下端的端部上，即安装在位于内侧的弧形固定板2-5上，所述转动轴2-9中的其中一端延伸出所述管体1外与所述调节旋钮4连接，其中，所述转动轴2-9要超出管体1一侧面50mm(此数据可以根据实际情况灵活调节)，这样有利于调节旋钮4的安装和定位。通过转动调节旋钮4，从而改变导流板3的方向，进而控制水膜形成通道2-4的开口的出水角度，使得分流后的油水环状流的流形更完整连续，从而有利于油水环状流的运输；其中，所述调节旋钮4的调节角度为0-30°。

参见图7-图12，所述进水通道2-7设置在所述导流腔体2中与所述调节旋钮4相对的侧面上，这样有利于进水管道将水通过所述进水通道2-7送入导流腔体2的水膜形成通道2-4内，使之再从导流腔体2处的第一进水口2-8、第二进水口2-3和开口2-10流出，从而形成水膜。

实施例3

为了对本发明的可形成油水环状流的三通管有一个更全面的认识，对未加入维稳装置的普通三通管和加入维稳装置的三通管进行三维的对比仿真实验。

参见图13和图14，其中，图13是未加入导流腔体2的普通三通管的油水环状流的流形的ansys仿真图；图14是加入导流腔体2的三通管的油水环状流的流形ansys仿真图，其中，标号5为水相(水膜)；标号6为油相(稠油)。

从图13中可见，在分流后，两处出油处的油水环状流的流形发生破坏。在运输时，管体1内大部分是粘度较高的稠油直接与管壁接触。

从图14中可见，在分流后，两处出油处的油水环状流的流形未发生破坏。在运输时，管体1内是以油水环状流进行运输。

通过整个仿真实验中可以看出，本发明的三通管对于传统三通管而言，在油水环状流分流时，因为有层水膜的存在，可提供粘度较低的水以包裹粘度较高的油而形成油水环状流，进而不破坏原有的油水环状流流形，避免了粘度较高的稠油与管避面接触，保证稠油的顺利输送。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、块合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。