石油工業(yè)的低密度顆粒的加注裝置

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【摘要】針對(duì)油氣藏開采過程中低密度顆粒封堵洞空隙時(shí)注入效率較低、混入效果較差的問題，研制了一種低密度顆粒的加注裝置。低密度顆粒加注裝置主要是由分支管、固液混合裝置、主水管、加壓泵等組成。低密度顆粒加注裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、效率高、安全性高等特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】油氣藏開采；封堵孔隙；低密度顆粒；加注裝置

0引言

在碳酸鹽巖油氣儲(chǔ)層開采過程中常使用水驅(qū)采油技術(shù)，但在工程注水作業(yè)中水流往往會(huì)向非期望的縫洞滲透。用低密度顆粒（密度略小于水）封堵縫洞空隙是工程中解決上述問題的一種常見方案。目前，市場(chǎng)上現(xiàn)有加注裝置雖能夠?qū)⒉糠值兔芏阮w?；烊胨?，但注入效率較低，且會(huì)出現(xiàn)低密度顆粒漂浮在水面上的問題，混入效果較差，遠(yuǎn)不能滿足工程上作業(yè)的需求。因此設(shè)計(jì)能夠解決該問題的一種低密度顆粒的加注裝置成為一個(gè)亟待解決的問題。到目前為止，市場(chǎng)上尚未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，效率高，安全性高的一種低密度顆粒的加注裝置。我們的團(tuán)隊(duì)在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，基于工程上的實(shí)際需要設(shè)計(jì)了一種可應(yīng)用于石油工業(yè)的低密度顆粒的加注裝置。

1裝置設(shè)計(jì)

1.1裝置構(gòu)造

該裝置包括分支管、固液混合裝置、主水管、加壓泵。其中，如圖2所示，固液混合裝置包括顆粒入口、外殼、帶滑片葉輪、旋轉(zhuǎn)輪軸、注水口、混合液體出口。（1）輪盤。輪盤分為前輪盤和后輪盤，其中后輪盤固定，前輪盤可旋轉(zhuǎn)。工作時(shí)，葉輪（其上裝有滑片）固定在前輪盤上，驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)前輪盤和葉輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)。（2）葉輪。葉輪前端有可自由伸縮的滑片，葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，前端的滑片在固定軌道上運(yùn)動(dòng)。（3）主水管和分支管。主水管與分支水管連通，分支管內(nèi)的水流流經(jīng)固液混合裝置后與主水管中的水流匯合。（4）喉管。分支管道與主水管相連處的管徑突縮，文丘里管式的設(shè)計(jì)，收縮段錐角20°，擴(kuò)散段錐角8°，用以提高固液二相的混入效率。（5）加壓水泵。將管道內(nèi)液體的壓強(qiáng)由1MPa左右加壓到10MPa以上。（6）偏心軸的外殼。圓柱形外殼，驅(qū)動(dòng)軸的安裝位置采用偏心設(shè)計(jì)，以便于腔體內(nèi)多余水分的排出。（注：各零件采用可拆卸設(shè)計(jì)，如出現(xiàn)磨損可以單獨(dú)更換）

1.2工作原理

輕質(zhì)顆粒通過裝置上方的顆粒入口進(jìn)入固液混合裝置的腔體內(nèi)，裝置啟動(dòng)后，由動(dòng)力裝置帶動(dòng)固定在前輪盤上的葉輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而攜帶顆粒隨葉輪一起向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)顆粒隨葉輪到達(dá)分支管在固液混合裝置的入口處時(shí)，在豎直向下的水流沖刷下，固體顆粒與管道內(nèi)的液體混合，匯入下方主水管。固液混合流出口處的分支管道與下方主管道的喉管相連，利用文丘里效應(yīng)，固液混合流由此迅速向下流動(dòng)匯入下方主管道內(nèi)，在主管道內(nèi)單向水流的作用下，顆粒隨水流向右流動(dòng)。葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，到達(dá)固液混合裝置腔體的右側(cè)時(shí)，滑片收縮，腔體的體積變小，利用偏心的設(shè)計(jì)，使得從固液混合處進(jìn)入右側(cè)腔體中多余的水從右側(cè)的排水口被順利排出，而后葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，到達(dá)顆粒入口處，進(jìn)行下一輪運(yùn)送。該過程如此循環(huán)往復(fù)，可實(shí)現(xiàn)低密度顆粒的連續(xù)加注。其中，裝置噴出的水流來(lái)源于主水管分出的一條分支路管?；瑒?dòng)過程中始終受到外側(cè)軌道的約束。

2裝置優(yōu)勢(shì)與預(yù)期效果

2.1預(yù)期效果

（1）該裝置可應(yīng)用于石油工業(yè)中碳酸鹽巖儲(chǔ)層封堵裂縫過程中鉆井液管道內(nèi)超輕封堵顆粒的注入。（2）該裝置可應(yīng)用于石油工業(yè)對(duì)井下作業(yè)液成分進(jìn)行必要的添加。（3）該裝置可擴(kuò)展到其他領(lǐng)域應(yīng)用于管道內(nèi)固液二相的混合，且對(duì)低密度顆粒低壓混流時(shí)有較好表現(xiàn)。（ρ顆粒/ρ液體≈1.0，P<=1.5MPa）

2.2裝置優(yōu)點(diǎn)

本裝置主要有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：（1）與傳統(tǒng)的工藝相比，本裝置較好的解決了輕質(zhì)顆粒無(wú)法下沉的問題。注入固體顆粒后，固體顆粒在旋轉(zhuǎn)葉片的帶動(dòng)下與管道內(nèi)的水流匯合，與本裝置相連的管道內(nèi)的水流具有較大的流速，且只能單向向下流動(dòng)，可有效的攜帶顆粒進(jìn)入管道內(nèi)部。固液混合處的下方的主水管的管徑較細(xì)，降低了匯流處的壓強(qiáng)，給流體提供一個(gè)外在吸力，喉管處水流速較快，便于顆粒被水流迅速?zèng)_走，有利于提高液體攜帶顆粒的效率。（2）本裝置可實(shí)現(xiàn)向中高壓的管道內(nèi)注入顆粒且具有良好的密封性能。葉輪只能單向旋轉(zhuǎn)（逆時(shí)針），有效的避免了管道內(nèi)的液體通過裝置而噴出的問題，該裝置可在中高壓管道的條件下工作；此外，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力以及裝置的偏心設(shè)計(jì)，都更加有利于該裝置中由出水口進(jìn)入右側(cè)腔體內(nèi)的多余液體的排出。（3）裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需驅(qū)動(dòng)的泵裝置較少，造價(jià)低。裝置的構(gòu)成部件簡(jiǎn)單且方便加工，同時(shí)，裝置內(nèi)的所有部件都可拆卸?；描T鐵材料制成，有效地增強(qiáng)了該裝置的密閉性能。如有損壞磨損（特別是滑片），可及時(shí)拆卸更換。（4）顆粒的混入速度可調(diào)節(jié)。裝置葉輪的轉(zhuǎn)速可通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而達(dá)到控制加入輕質(zhì)顆粒速度的目的，以滿足不同工程條件下的生產(chǎn)需要。

作者:江文博 何錛丞 都旭 孫榮 單位:西南石油大學(xué)