一种基磁流变弹性体智能减震的天然气井超音速分离装置的制作方法

本发明属于天然气生产技术领域，特别涉及一种基磁流变弹性体智能减震的天然气井超音速分离装置。

背景技术：

近年来，随着人们对天然气资源的深入研究，天然气的净化技术水平也逐渐提升。天然气是由多种组分共同组成的，除了主要的成分甲烷，还含有水、硫化氢、二氧化碳等杂质，其中的水分在天然气的运送及处理过程中极易由气态转为液态水，这些液态水可以和天然气中的某些成分形成水合物，过多的水合物堆积很容易引起管道的堵塞，影响生产。而且，液态水容易溶解天然气中的酸性气体，形成酸性溶液，对管线，阀门等设备造成严重腐蚀，减少设备的使用寿命，提高了生产成本。

超音速分离器由超音速翼(即分离叶片)、拉伐尔喷管、超音速整流管、扩压管等构件组成,这些构件形成了一个连通的管道,保证流体能够顺利通过。在超音速旋流分离器中,气液混合物首先形成强烈的旋流场，随后通过拉伐尔喷管绝热膨胀至超音速,其温度和压力将降低,天然气中的重烃和水蒸汽达到过饱和状态开始凝结,发生成核现象,液滴开始生长,形成气液混合物。最后在离心力的作用下,混合流动中的液滴旋流到管壁处。居于管道内壁的流体将沿管壁流动,管壁处的流体包含部分重烃和水分成份，通过分离器将气流外层与中心处气流分离,实现气体和凝析液的分离,居于管道中心处的气流变成干气，干气流入扩压管减速升压，恢复部分压降损失。目前，超音速分离器存在的主要问题是:高速气体与旋流叶片碰撞会产生一系列激波，造成渐缩管、喉管以局部渐扩管等部位的震动，产生能量损失，严重时甚至影响流场，破坏低温低压环境，引起液滴在分离段的挥发，从而降低分离效率。

磁流变弹性体是将微米尺度的铁磁性颗粒掺入到高分子聚合物中，在磁场环境下固化，从而基体内的颗粒具有链或柱状结构。这种材料的弹性模量可随外加磁场强度而变化，因此有望在变刚度器件等方面得到广泛的应用。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种基磁流变弹性体智能减震的天然气井超音速分离装置，不但具有可控性、可逆性、响应迅速等特征，还具有稳定性好的优点。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种基磁流变弹性体智能减震的天然气井超音速分离器，坐封在井筒套管1内且位于井筒底部液面之上；包括依次同轴固定连接的入口等直段8，亚音速收敛段9，超音速整流段10、以及超音速膨胀段12；

所述的入口等直段8为预处理天然气的进口，入口处设有旋流器2，旋流器2边缘齿轮外接小型发电机3；

所述亚音速收敛段9的外部包裹着由密封圈6包覆的磁流变弹性体4，内部为连续收缩的轴回转曲面，所述的电机3正极外设一条导线5，导线5穿过磁流变弹性体4后，连回电机3的负极，形成回路；

所述亚音速收敛段9和超音速整流段10连接截面为渐缩渐扩的喉道截面。

述超音速整流段10的末尾半径等于超音速膨胀段12起始段的内部流道的半径。

所述超音速膨胀段12的外部填充有由密封圈6包覆的磁流变弹性体4，内部为连续扩张的圆弧曲面，所述超音速膨胀段12内部流道形成圆台，圆台设有多相流出口11。

所述亚音速收敛段9连续收缩圆弧的半径与入口等直段8圆弧的半径相同。

所述超音速膨胀段12整体的膨胀半径大于超音速整流段10内部流道的半径。

本发明与现有技术相比，至少具有如下的有益效果：

当天然气流经入口等直管8内的旋流器2时，旋流器2产生的旋转机械力为电机3供电，电机3内的电流经导线流经磁流变弹性体，磁流变弹性体的弹性模量速度发生变化，当流进喉口的天然气速度高时，电机2内的电流增大，磁流变弹性体弹性模量随之增大，可牢牢抓住超因素喷管，当流经喉口的天然气速度降低后，电机2内的电流变小，磁流变弹性体的弹性模量随之减小，可放松对超音速喷管的“束缚”。磁流变弹性体的一张一弛，不仅体现了磁流变弹性体弹性模量随进口流速的智能调节，而且实现了套管与超音速喷管之间减震，缓冲的作用，延长超音速喷管使用寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

参照图1，一种基磁流变弹性体智能减震的天然气井超音速分离装置，坐封在井筒套管1内且位于井筒底部液面之上；包括依次同轴固定连接的入口等直段8，亚音速收敛段9，超音速整流段10、以及超音速膨胀段12；

所述的入口等直段8为预处理天然气的进口，入口处设有旋流器2，旋流器2边缘齿轮外接小型发电机3，电机3正极外设一条导线5，导线5穿过磁流变弹性体4后，连回电机3的负极，形成回路；

所述亚音速收敛段9的外部包裹着由密封圈6包覆的磁流变弹性体4，内部为连续收缩的轴回转曲面；

所述亚音速收敛段9和超音速整流段10连接截面为渐缩渐扩的喉道截面，由于喉道是渐缩渐扩，流体在喉道节流降压，而降压就会导致流体降温，从而将水分从流体中凝析出来，达到气水分离的目的；

所述超音速整流段10的末尾半径等于超音速膨胀段12起始段的内部流道的半径；

所述超音速膨胀段12的外部同样填充着由密封圈6包覆的磁流变弹性体4，内部为连续扩张的圆弧曲面，所述超音速膨胀段12内部流道形成圆台，圆台设有多相流出口11，可供天然气内凝析的液体流出。

所述超音速膨胀段12整体的膨胀半径大于超音速整流段10内部流道的半径。

所述亚音速收敛段9连续收缩圆弧的半径与入口等直段8圆弧的半径相同。

所述的由密封圈6包覆的磁流变弹性体4密封在发生震动的空回转体部位，比如渐缩管、喉管以及局部渐扩管等部位。

本发明的工作原理：

基磁流变弹性体4智能减震的天然气井超音速分离器，坐封在井筒套管1内(位于井筒底部液面之上)；气液混合物首先经过入口等直段内的旋流器2，随后通过亚音速收敛段9，预处理天然气温度和压力将降低,天然气中的重烃和水蒸汽达到过饱和状态开始凝结,发生成核现象,液滴开始在超音速整流段10生长,形成气液混合物。最后在离心力的作用下,混合流动中的液滴旋流到管壁处从超音速膨胀段12内的多相流出口11流出。从多相流出口11流出的流体包含部分重烃和水分成份，通过分离器将气流外层与中心处气流分离,实现气体和凝析液的分离,居于超音速膨胀段12中心处的天然气变成干气，干气逐渐减速升压，恢复部分压降损失。所述的磁流变弹性体4密封在超音速喷容易发生震动的空回转体部位，比如渐缩管、喉管以及局部渐扩管等部位；所述的电机3外设导线5，导线5串联在磁流变弹性体4内并形成回路；所述天然气流经入口等直管内8的旋流器2时，旋流器2产生的旋转机械力为电机3供电，电机3内的电流经导线5流经磁流变弹性体4，磁流变弹性体4的弹性模量速度发生变化，当流进喉口的天然气速度高时，电机3内的电流增大，磁流变弹性体4弹性模量随之增大，可牢牢抓住超音速喷管，当流经喉口的天然气速度降低后，电机3内的电流变小，磁流变弹性体4的弹性模量随之减小，可放松对超音速喷管的“束缚”。

技术特征：

1.一种基磁流变弹性体智能减震的天然气井超音速分离装置，坐封在井筒套管(1)内且位于井筒底部液面之上；其特征在于，包括依次同轴固定连接的入口等直段(8)，亚音速收敛段(9)，超音速整流段(10)、以及超音速膨胀段(12)；

所述的入口等直段(8)为预处理天然气的进口，入口处设有旋流器(2)，旋流器(2)边缘齿轮外接小型发电机(3)；

所述亚音速收敛段(9)的外部包裹着由密封圈(6)包覆的磁流变弹性体(4)，内部为连续收缩的轴回转曲面，所述的电机(3)正极外设一条导线(5)，导线(5)穿过磁流变弹性体(4)后，连回电机(3)的负极，形成回路；

所述亚音速收敛段(9)和超音速整流段(10)连接截面为渐缩渐扩的喉道截面。

述超音速整流段(10)的末尾半径等于超音速膨胀段(12)起始段的内部流道的半径；

所述超音速膨胀段(12)的外部填充有由密封圈(6)包覆的磁流变弹性体(4)，内部为连续扩张的圆弧曲面，所述超音速膨胀段(12)内部流道形成圆台，圆台设有多相流出口(11)。

2.根据权利要求1所述的一种基磁流变弹性体智能减震的天然气井超音速分离装置，其特征在于，所述亚音速收敛段(9)连续收缩圆弧的半径与入口等直段(8)圆弧的半径相同。

3.根据权利要求1所述的一种基磁流变弹性体智能减震的天然气井超音速分离装置，其特征在于，所述超音速膨胀段(12)整体的膨胀半径大于超音速整流段(10)内部流道的半径。

技术总结
一种基磁流变弹性体智能减震的天然气井超音速分离装置，超音速分离器坐封在井筒套管内，从前至后依次包括入口等直段，亚音速收敛段，初始超音速膨胀段、以及超音速膨胀段；其中，旋流器设于入口段且外接与发电机啮合的齿轮，电机内的导线贯穿于磁流变弹性体内，磁流变弹性体密封在超音速喷容易发生震动的空回转体部位，比如渐缩管、喉管以局部渐扩管；本发明中磁流变弹性体的弹性模量可随超音速喷管入口流速的大小智能调节，实现套管与喷管之间的减震，缓冲的作用，延长超音速喷管使用寿命，对天然气的开发具有重大的经济价值。

技术研发人员：王治国;蔺靖杰
受保护的技术使用者：西安石油大学
技术研发日：2019.09.27
技术公布日：2019.12.10