专利名称：多相流减阻剂组配器与组配方法
技术领域：
本发明涉及一种多相流减阻剂组配器与组配方法，用于多相流减阻剂在不同流型 条件下的在线组配，适合于油气田生产管道、油气输送管道以及海底多相流管道的减阻。
背景技术：
多相流(气液两相流与油气水三相流)存在不同的流型，这是多相流减阻与单相 流减阻的重要区别之一，必须针对多相流的不同流型组配复合减阻剂，这是本发明的基本 出发点。从工程背景来看，高摩擦与高能耗是两相与多相流的基本特征，不利于油气、气液 或者油气水等多相流体的管道输送。多相流减阻技术是为了解决管道多相流的高流动阻力 问题，例如，海底油气管线的多相流减阻，其主要目的有二其一是通过减小管线的阻力损 耗使油井的背压损失降低，可以使油井提高产量；其二是随着井数的增多和产能的提高，提 升现有油气管线的运力，这要比铺设新管线来增加运力要经济得多。多相流流型是相界面的几何分布形态，通常分为泡状流、间歇流、环状流、分层流 等多种流型。多相流管道，例如油气田生产管道、油气输送管道以及海底油气管道，通常是 包含有泡状流、间歇流、环状流、分层流等多种流型的复杂管路系统，其中，间歇流又包含弹 状流(段塞流)、塞状流和块状流；分层流又包含光滑分层流、波状分层流。单纯依赖于减 少摩擦阻力的常规减阻方法并不能有效减小该系统中的流动阻力。多相流减阻技术不仅仅 是要降低流动摩擦阻力，在一些流动工况下，多相流减阻的主要目的之一是降低管道持液 率。在油气生产与输送系统中，持液是指管中积存的液体不能随气流排出而持续地在管道 局部区域积留的现象，这一现象也称为积液。持液率定义为液体在管道中所占的体积与管 道中的总体积之比。气体管道中的持液现象往往是一种特殊的局部现象，此时持液区的流 动状态为含液率较高的气液两相流弹状流或块状流，而非持液区则为含液量非常低的雾状 气流。持液现象发生时，管道持液区域的含液率要比非持液区中的含液率大一个甚至几个 数量级，多相流的流动阻力显著增大。多相流减阻剂有两大类，一类是聚合物减阻剂，这是一类可以抑制湍流脉动的高 分子物质，其作用机理是减小湍流摩擦阻力；一类是表面活性剂，其作用机理是减小表面张 力，降低多相流的持液率。减阻剂在多相流中的减阻作用是摩擦阻力、持液率等因素的综合 效应，要从总体上使多相流的减阻率最大，需要从降低摩擦阻力和减小持液率两个方面着 手。减阻复合制剂并不是简单地加入多相流管道就可以进行有效地减阻，只有将减阻复合 制剂的特性与多相流体动力学的基本规律相互匹配，针对多相流的不同流型进行科学地设 计，才可获得最佳减阻效应。对于多相流的减阻，聚合物减阻剂和表面活性剂具有各自的优 点和不足。这就需要针对不同的多相流流型，对不同类型的减阻剂进行组配，得到适用于不 同多相流动状态的复合减阻剂，使管线的摩擦阻力和持液率都降低到一定水准，这样的减 阻技术对于多相流才具有实用性。针对不同的流型，组配复合型减阻剂，同时降低多相流的 摩擦阻力和持液率，这是本发明的重要技术背景。
发明内容
本发明依据不同多相流体动力学条件下减阻复合制剂在管线中的扩散传播及其 减阻效应，提供了一种多相流减阻剂组配器与组配方法来解决复合减阻剂(聚合物减阻剂 和表面活性剂)的类型及其所适用的管道多相流工况，包括泡状流、间歇流、环状流、分层 流等多相流流型，实现复合减阻剂的在线组配，使其用法用量与多相流流型之间协调匹配， 将多相流的摩擦阻力和持液率降低到一定水准，获得最佳减阻效应。为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的一种多相流减阻剂组配器，其特征在于，包括储剂器、组配混合器、通过法兰与多 相流管道连接的吸剂器，所述储剂器由隔板分为聚合物减阻剂储腔和表面活性剂储腔，聚 合物减阻剂储腔和表面活性剂储腔上端均通过引压管及引压阀与吸剂器的引压口连通；聚 合物减阻剂储腔下端通过一个第一流型匹配器连接组配混合器，表面活性剂储腔下端通过 一个第二流型匹配器连接组配混合器，组配混合器通过组配阀与吸剂器的吸剂口连通；所 述第一流型匹配器包括分成四路的第一注剂阀及第一注剂喷嘴、第二注剂阀及第二注剂喷 嘴、第三注剂阀及第三注剂喷嘴、第四注剂及阀第四注剂喷嘴；所述第二流型匹配器包括分 成四路的第五注剂阀及第五注剂喷嘴、第六注剂阀及第六注剂喷嘴、第七注剂阀及第七注 剂喷嘴、第八注剂阀及第八注剂喷嘴；其中，第一注剂阀和第五注剂阀用于环状流复合减阻 剂组配；第二注剂阀和第六注剂阀用于间歇流复合减阻剂组配；第三注剂阀和第七注剂阀 用于泡状流复合减阻剂组配；第四注剂阀和第八注剂阀用于分层流复合减阻剂组配。上述方案中，所述吸剂器内部几何结构为缩放喷管，引压口位于其上游部分，使用 过程中与多相流的气相连通；吸剂口位于其中间部分，使用过程中与多相流的液相连通。一种利用前述多相流减阻剂组配器的复合减阻剂组配方法，将聚合物减阻剂加入 到聚合物减阻剂储腔，将表面活性剂加入到表面活性剂储腔，依据管道中的多相流流型开 启第一、第二流型匹配器中相应的注剂阀当管道中为环状流时，则开启第一注剂阀和第五 注剂阀，其它各注剂阀都关闭；当管道中为间歇流时，则开启第二注剂阀和第六注剂阀，其 它各注剂阀都关闭；当管道中为泡状流时，则开启第三注剂阀和第七注剂阀，其它各注剂阀 都关闭；当管道中为分层流时，则开启第四注剂阀和第八注剂阀，其它各注剂阀都关闭。上述方法中，对于环状流，通过第一注剂喷嘴、第五注剂喷嘴使聚合物减阻剂和表 面活性剂组配比值为1 3 ；对于间歇流，通过第二注剂喷嘴、第六注剂喷嘴使聚合物减阻 剂和表面活性剂的组配比值为1 2 ；对于泡状流，通过第三注剂喷嘴、第七注剂喷嘴使聚 合物减阻剂和表面活性剂的组配比值为2 3 ；对于分层流，通过第四注剂喷嘴、第八注剂 喷嘴使聚合物减阻剂和表面活性剂的组配比值为0. 5 1。本发明针对多相流的泡状流、间歇流、环状流、分层流四种流型，以储剂器中的聚 合物减阻剂和表面活性剂为两种主剂，使注剂喷嘴、组配管、组配混合器以及吸剂器相互配 合，组配复合减阻剂，实现复合减阻剂的剂量以及各组分的组配比例与多相流的流型相互 匹配，同时将多相流的摩擦阻力和持液率都降低到一定水准。通过合理设计注剂喷嘴，可将 复合减阻剂在多相流液相中的浓度控制在IOOppm 600ppm的范围内，同时实现聚合物减 阻剂和表面活性剂的在线组配与剂量优化，使复合减阻剂的组分比例与多相流的流型相适 应。
以下结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明多相流减阻剂组配器的结构图。图中1-储剂器；2-聚合物减阻 剂储腔；3-表面活性剂储腔；4-隔板；5-聚合物添剂入口 ；6-表面活性剂添剂入口；7-添 剂入口阀门；8-环状流聚合物注剂阀；9-环状流聚合物注剂喷嘴；10-环状流表面活性剂 注剂阀；11-环状流表面活性剂注剂喷嘴；12-间歇流聚合物注剂阀；13-间歇流聚合物注 剂喷嘴；14-间歇流表面活性剂注剂阀；15-间歇流表面活性剂注剂喷嘴；16-泡状流聚合 物注剂阀；17-泡状流聚合物注剂喷嘴；18-泡状流表面活性剂注剂阀；19-泡状流表面活 性剂注剂喷嘴；20-分层流聚合物注剂阀；21-分层流聚合物注剂喷嘴；22-分层流表面活 性剂注剂阀；23-分层流表面活性剂注剂喷嘴；24-组配管；25-组配混合器；26-吸剂器； 27-引压管；28、引压阀；29-组配阀；30-连接法兰。
具体实施例方式本发明的一个具体结构如图1所示，包括储剂器1、聚合物减阻剂储腔2、表面活 性剂储腔3、隔板4、聚合物添剂入口 5、表面活性剂添剂入口 6、添剂入口阀门7、引压阀28、 组配阀29、连接法兰30等。首先将多相流减阻剂组配器通过法兰30与多相流管道连接，而后关闭引压阀28 和组配阀29，使储剂器1与多相流管道的压力隔绝，打开添剂入口阀门7，将聚合物减阻剂 从添剂入口 5加入到聚合物减阻剂储腔2，将表面活性剂从添剂入口 6加入到表面活性剂储 腔3。添剂完成后，关闭添剂入口阀门7。对于聚合物减阻剂和表面活性剂，关闭泡状流、间 歇流、环状流、分层流对应的所有流型的注剂阀8、10、12、14、16、18、20、22。依据管道中的多相流流型开启相应的注剂阀管道中如果是环状流，则开启环状 流聚合物注剂阀8和环状流表面活性剂注剂阀10，使其他各流型的注剂阀都处于关闭状 态；管道中如果是间歇流，则开启间歇流聚合物注剂阀12和间歇流表面活性剂注剂阀14， 使其他各流型的注剂阀都处于关闭状态；管道中如果是泡状流，则开启泡状流聚合物注剂 阀16和泡状流表面活性剂注剂阀18，使其他各流型的注剂阀都处于关闭状态；管道中如果 是分层流，则开启分层流聚合物注剂阀20和分层流表面活性剂注剂阀22，使其他各流型的 注剂阀都处于关闭状态。打开引压法28，组配器的压力与管道压力连通，多相流体流经吸剂器26产生压 差，驱使储剂器的聚合物与表面活性剂流动。吸剂器26内部几何结构为缩放喷管，利用多 相流体流经缩放喷管所产生的压差将减阻剂吸入多相流中，实现复合减阻剂的加注。对于环状流，聚合物通过注剂阀8和注剂喷嘴9，表面活性剂通过注剂阀10和注剂 喷嘴11，两种减阻剂由组配管24进入组配混合器25，形成复合减阻剂，由吸剂器注入多相 流中，实现环状流复合减阻剂的组配加注。对于间歇流，聚合物通过注剂阀12和注剂喷嘴13，表面活性剂通过注剂阀14和注 剂喷嘴15，两种减阻剂由组配管24进入组配混合器25，形成复合减阻剂，由吸剂器注入多 相流中，实现间歇流复合减阻剂的组配加注。对于泡状流，聚合物通过注剂阀16和注剂喷嘴17，表面活性剂通过注剂阀18和注剂喷嘴19，两种减阻剂由组配管24进入组配混合器25，形成复合减阻剂，由吸剂器注入多 相流中，实现泡状流复合减阻剂的组配加注。对于分层流，聚合物通过注剂阀20和注剂喷嘴21，表面活性剂通过注剂阀22和注 剂喷嘴23，两种减阻剂由组配管24进入组配混合器25，形成复合减阻剂，由吸剂器注入多 相流中，实现分层流复合减阻剂的组配加注。注剂喷嘴包括聚合物减阻剂喷嘴9、13、17、21与表面活性剂注剂喷嘴11、15、19、 23。聚合物减阻剂喷嘴的尺寸与表面活性剂注剂喷嘴的尺寸，其比例大小因不同的多相流 流型而不同，以保证聚合物减阻剂与表面活性剂的组配比例及注剂量因流型而不同。对于 环状流，通过注剂喷嘴9、11使聚合物减阻剂和表面活性剂组配比值为1 3 ；对于间歇流， 通过注剂喷嘴13、15使聚合物减阻剂和表面活性剂的组配比值为1 2 ；对于泡状流，通过 注剂喷嘴17、19使聚合物减阻剂和表面活性剂的组配比值为2 3 ；对于分层流，通过注剂 喷嘴21、23使聚合物减阻剂和表面活性剂的组配比值为0. 5 1。
权利要求
一种多相流减阻剂组配器，其特征在于，包括储剂器、组配混合器、通过法兰与多相流管道连接的吸剂器，所述储剂器由隔板分为聚合物减阻剂储腔和表面活性剂储腔，聚合物减阻剂储腔和表面活性剂储腔上端均通过引压管及引压阀与吸剂器的引压口连通；聚合物减阻剂储腔下端通过一个第一流型匹配器连接组配混合器，表面活性剂储腔下端通过一个第二流型匹配器连接组配混合器，组配混合器通过组配阀与吸剂器的吸剂口连通；所述第一流型匹配器包括分成四路的第一注剂阀及第一注剂喷嘴、第二注剂阀及第二注剂喷嘴、第三注剂阀及第三注剂喷嘴、第四注剂及阀第四注剂喷嘴；所述第二流型匹配器包括分成四路的第五注剂阀及第五注剂喷嘴、第六注剂阀及第六注剂喷嘴、第七注剂阀及第七注剂喷嘴、第八注剂阀及第八注剂喷嘴；其中，第一注剂阀和第五注剂阀用于环状流复合减阻剂组配；第二注剂阀和第六注剂阀用于间歇流复合减阻剂组配；第三注剂阀和第七注剂阀用于泡状流复合减阻剂组配；第四注剂阀和第八注剂阀用于分层流复合减阻剂组配。
2.如权利要求1所述的多相流减阻剂组配器，其特征在于，所述吸剂器内部几何结构 为缩放喷管，引压口位于其上游部分，使用过程中与多相流的气相连通；吸剂口位于其中间 部分，使用过程中与多相流的液相连通。
3.一种复合减阻剂组配方法，基于权利要求1所述的多相流减阻剂组配器，其特征在 于，包括下述步骤将聚合物减阻剂加入到聚合物减阻剂储腔，将表面活性剂加入到表面活 性剂储腔，依据管道中的多相流流型开启第一、第二流型匹配器中相应的注剂阀当管道中 为环状流时，则开启第一注剂阀和第五注剂阀，其它各注剂阀都关闭；当管道中为间歇流 时，则开启第二注剂阀和第六注剂阀，其它各注剂阀都关闭；当管道中为泡状流时，则开启 第三注剂阀和第七注剂阀，其它各注剂阀都关闭；当管道中为分层流时，则开启第四注剂阀 和第八注剂阀，其它各注剂阀都关闭。
4.如权利要求3所述的复合减阻剂组配方法，其特征在于，对于环状流，通过第一注剂 喷嘴、第五注剂喷嘴使聚合物减阻剂和表面活性剂组配比值为1 3 ；对于间歇流，通过第 二注剂喷嘴、第六注剂喷嘴使聚合物减阻剂和表面活性剂的组配比值为1 2 ；对于泡状 流，通过第三注剂喷嘴、第七注剂喷嘴使聚合物减阻剂和表面活性剂的组配比值为2 3 ； 对于分层流，通过第四注剂喷嘴、第八注剂喷嘴使聚合物减阻剂和表面活性剂的组配比值 为0. 5 1。
全文摘要
本发明公开了一种多相流减阻剂组配器与组配方法，用于多相流复合减阻剂的在线组配。组配器由吸剂器、组配混合器、组配管、多相流不同流型注剂喷嘴与注剂阀、储剂器、引压管等连接构成，储剂器分为聚合物减阻剂储腔和表面活性剂储腔，聚合物减阻剂储腔与不同流型的注剂阀及注剂喷嘴连接，表面活性剂储腔与不同流型的注剂阀及注剂喷嘴连接，注剂喷嘴、组配混合器以及引压管等与吸剂器连通。吸剂器与多相流管道连接，利用多相流体流经缩放喷管所产生的压差将减阻剂吸入多相流中，实现复合减阻剂的加注。本发明突破单独采用聚合物减阻剂或表面活性剂减阻的传统方法，对各种多相流流型，能够在输送相同的流体流量下减少动力消耗，获得最佳减阻效应。
文档编号F17D1/16GK101922612SQ20101024254
公开日2010年12月22日 申请日期2010年8月2日 优先权日2010年8月2日
发明者刘磊 申请人:西安交通大学