一種應(yīng)用于石油工業(yè)的低密度顆粒的加注裝置

江文博　何錛丞　都旭　孫榮

【摘 要】針對油氣藏開采過程中低密度顆粒封堵洞空隙時注入效率較低、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)簡單、實用性強(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，市場上現(xiàn)有加注裝置雖能夠?qū)⒉糠值兔芏阮w粒混入水中，但注入效率較低，且會出現(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)計能夠解決該問題的一種低密度顆粒的加注裝置成為一個亟待解決的問題。到目前為止，市場上尚未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單，實用性強(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)隊在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，基于工程上的實際需要設(shè)計了一種可應(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

1.1 裝置構(gòu)造

如圖1所示，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.分支管；2.固液混合裝置；3.主水管；4.加壓泵

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2-1—加料口；2-2a —柱面外殼；2-2b—固定后底面外殼；2-2c—可旋轉(zhuǎn)前底面外殼；2-3—葉輪；2-4—可伸縮滑片；2-5—帶孔外圈；2-6—軌道；2-7—排水口；2-8—滾柱軸承；2-9—注水口；2-10—固液混合物出口；2-11—內(nèi)圈

圖2 固液混合裝置左剖視圖及主視圖

（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，葉輪（其上裝有滑片）固定在前輪盤上，驅(qū)動裝置帶動前輪盤和葉輪一起轉(zhuǎn)動。

（2）葉輪。葉輪前端有可自由伸縮的滑片，葉輪旋轉(zhuǎn)時，前端的滑片在固定軌道上運(yùn)動。

（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，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)動軸的安裝位置采用偏心設(shè)計，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，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)，裝置啟動后，由動力裝置帶動固定在前輪盤上的葉輪逆時針旋轉(zhuǎn)，從而攜帶顆粒隨葉輪一起向下運(yùn)動。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，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。葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，到達(dá)固液混合裝置腔體的右側(cè)時，滑片收縮，腔體的體積變小，利用偏心的設(shè)計，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)，可實現(xiàn)低密度顆粒的連續(xù)加注。

其中，裝置噴出的水流來源于主水管分出的一條分支路管?；瑒舆^程中始終受到外側(cè)軌道的約束。

2 裝置優(yōu)勢與預(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，且對低密度顆粒低壓混流時有較好表現(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，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)，給流體提供一個外在吸力，喉管處水流速較快，便于顆粒被水流迅速沖走，有利于提高液體攜帶顆粒的效率。

（2）本裝置可實現(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，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)簡單，所需驅(qū)動的泵裝置較少，造價低。裝置的構(gòu)成部件簡單且方便加工，同時，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)動裝置來進(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。endprint