齊40塊蒸汽驅(qū)自動混合均質(zhì)取樣裝置研制及應(yīng)用

楊公鵬 （中油遼河油田公司，遼寧 盤錦 124010）

1 原因分析

由水力學知識可知[2-5]，混合液體在管路中的流動狀態(tài)主要有2種：層流和紊流。層流是指液體質(zhì)點呈互不混雜的線性狀或?qū)訝盍鲃?，其特點是液流中各質(zhì)點平行于管道軸線運動，流速較低，粘性力起主導作用。在層流狀態(tài)下，混合液體在油管中流動符合斯托克斯公式，即：

式中：v為流體的速度；ΔP為管路壓差；μ為流體粘度；L為油管長度；r0為油管半徑；r為變量（0-r0）。

由（1）式可知，在壓差一定的條件下，油管橫截面某一半徑圓上質(zhì)點的運動速度與質(zhì)點粘度成反比，由于混合液中的油、水粘度不同（μo＞μw），得出：

可見，vo＜vw，且油管中心軸處流速最大，流速為：

受原油和水密度差的影響，層流狀態(tài)下水平管路中原油分布趨于管路上部和靠近管壁邊緣部位，水則分布于管路中間和下部；在豎直管路中，原油分布趨于管壁邊緣，水則分布于管路中間部位。因此，在層流狀態(tài)下，無論采取橫管還是立管取樣方式，都不能準確反映出原油的含水值[6]。

在紊流狀態(tài)下，混合液中各質(zhì)點的速度是一種脈動，消除了層流時管路斷面各質(zhì)點的速度差異，各質(zhì)點間作用力不斷變化，使浮力減弱。因此，在紊流狀態(tài)下，油水混合液中各相分布是均勻的。

研究證明[7]，不同流體通過不同直徑管路時雖然臨界流速各不相同，但其臨界雷諾數(shù)（Re）卻大致相同，一般輸液管路中，如果Re≤2000即認為是層流，Re＞2000則認為是紊流。由雷諾公式可知，

式中：Re為雷諾數(shù)；v為液體流速，d為管路直徑，μ為運動粘度。

因此，油井產(chǎn)量應(yīng)達到356 m3以上才能使液流在輸油管線中達到紊流狀態(tài)，然而汽驅(qū)井產(chǎn)液量在20-40m3之間，遠不能達到滿足紊流狀態(tài)的條件，混合液體在管線內(nèi)為層流狀態(tài)，這樣就造成取樣化驗含水與實際值偏差較大。

2 技術(shù)思路

由上述分析可知，液體只有處于紊流狀態(tài)（即液體達到充分摻混）時，所采集的油樣才能反映出油井的真實含水，要達到這種狀態(tài)，通過增加流量提高流速是很難實現(xiàn)的，而通過機械的方法對管線內(nèi)的液體進行自動均勻混合[7，8]，實現(xiàn)準確取樣是一種簡便有效的方法。

3 油井自動混合均質(zhì)取樣裝置技術(shù)原理

基于上述技術(shù)思路，研制出油井管線自動混合均質(zhì)取樣裝置[9，10]，該裝置由自動混合器和取樣考克2部分組成，自動混合器對流經(jīng)液體進行混合攪拌，取樣考克進行油井取樣。

自動混合器內(nèi)設(shè)計有多級特種通道，能夠?qū)崿F(xiàn)分流、合流、渦流等多種功能。當油井產(chǎn)出液通過該裝置時，自動混合器不需任何外加動力即可對流經(jīng)的介質(zhì)進行數(shù)萬次的重新分離和組合，打破液體的流動狀態(tài)，達到原油和游離水均勻混合的目的。

3.1 二分流：自動混合器內(nèi)設(shè)有20個分流單元，每個單元使前一分流加倍，可對流經(jīng)液體實現(xiàn)10×104次的分流和重新組合。

3.2 橫流混合：混合單元形成的特殊通道使流體撞擊呈隨機分布，增加了二、二分流的效果。

3.3 反向渦流和反流：液體在每一單元的兩端產(chǎn)生橢圓形的方向相反的渦流，并產(chǎn)生適度的反流，提高了混合效果。

[1]付崇清.齊40塊微地震監(jiān)測汽驅(qū)前沿分析[J].特種油氣藏,2008,10(5)：60-62.

[2]周鷹，宋陽，孫洪安，常棟霞.稠油油藏轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)開采的特殊性分析[J].特種油氣藏,2009,16(2):62-66.

[3]袁恩熙.工程流體力學[M].北京：石油工業(yè)出版社,2008：109-121.