一种流体动力式双重声波防蜡降粘器及方法

技术领域

本发明属于石油开采装置技术领域，特别涉及一种流体动力式双重声波防蜡降粘器及方法。

背景技术

油田开采出的原油含有一定量的蜡，蜡以局部富集的偏聚、偏析态存在于原油中。原油生产过程中，由于温度压力降低以及轻烃逸出，溶解在原油中的蜡以晶体形式析出，吸附在油管壁、套管壁及其他采油设备上，甚至在油层部位形成蜡的沉积，直接影响输油管道、抽油杆及抽油泵的运行，一定程度上影响开采速度、效率及原油质量，严重时导致输油管道堵塞，无法展开相应油田作业。

针对目前清防蜡方法中化学清防蜡技术污染地层环境，随着化学药剂的应用，药物用量的增大，加药时间的延长；热力清防蜡技术耗费能源成本较高，高温下的井眼套管容易变形；机械清蜡技术容易造成设备磨损，不能预防蜡的形成；微生物清防蜡技术不具有普适性，微生物生存环境严酷，易造成防蜡措施的失败等问题。

现有清防蜡技术中存在作业成本高,作业次数频繁,需停井作业,尤其是防蜡效果不明显,易回复。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种流体动力式双重声波防蜡降粘器及方法，解决现有清防蜡技术中存在作业成本高,作业次数频繁,需停井作业,尤其是防蜡效果不明显,易回复的缺点，利用了超声波叠加原理和涡流增速破乳技术，通过双重声波发生器和涡流导流喷射装置，对原油产液进行先导处理，使其物理性质发生变化，从而改善产液物性，实现防蜡、降粘、节能、降耗。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种流体动力式双重声波防蜡降粘器，包括依次连接的下接头1、喷腔2、壳体3、连接筒体一7、空化腔10、螺旋槽一12、上接头13、阀座14、钢球15和螺旋槽二16；

所述壳体3内部为谐振腔4、帕尔曼式双重声波发生装置5；谐振腔4和帕尔曼式双重声波发生装置5相连。

所述空化腔10与螺旋槽一12依次通过螺纹连接，所述空化腔10通过声波的空化作用将产生的原油气泡在空化腔处形成瞬间扩张和压缩的交变状态。

所述空化腔10与螺旋槽一12连接的外侧设置连接筒体二11。

所述螺旋槽一12、上接头13、阀座14、钢球15和螺旋槽二16依次通过螺纹连接，所述螺旋槽一12使得连接筒体二11中的原油从平流上升变为涡流旋转上升状态，阀座14、钢球15和螺旋槽二16组成涡流增速喷射装置，涡流增速喷射装置采用了涡流增速破乳，用于加快井液流动速度，减少蜡的沉积。

所述喷腔2为结构梯，结构梯由金属制作，形状为漏斗状，通过压缩截面由宽至窄的变化改变流体流速，原油从其宽的入口流入，从顶端的狭长契口排出至壳体3内部。

所述谐振腔4为金属空腔，金属空腔内部使高频声波场在其内持续振荡，由于声波场完全集中于腔内，没有辐射损耗。

所述螺旋槽一12与螺旋槽二16为金属圆管，金属圆管为大导程内螺纹结构，内部形成螺旋槽纹，流体在金属圆管内流动时受螺旋槽纹的引导，靠近壁面的部分流体顺槽旋转；另一部分流体顺壁面沿轴向流动时，螺旋槽纹的螺旋形的凸起也使流体产生周期性的扰动。

所述帕尔曼式双重声波发生装置5包括流体动力式声波发生器和超声波振荡腔两部分；

所述声波发生器通过固定座9固定在连接筒体一7内；所述固定座9前端设有射流孔6，射流孔6通过过油间隙形成喷油口，固定座9并排装有两块振动弹片8，振动弹片8悬空布置，振动弹片8两侧装有复位弹簧；在射流介质冲击作用下，射流体的动能激发复位弹簧发生高频至超声波振荡腔超声振动，使蜡的结晶析出组织受到极大破坏，产生防蜡降粘作用。

所述帕尔曼式双重声波发生装置5为双重声波发生器，用于产生声波，发射高频超声波。

所述阀座14为单向导向阀。

一种流体动力式双重声波防蜡降粘器的运行方法，包括以下步骤；

原油通过喷腔2由梯形漏斗状喷嘴进口流入，通过压缩截面从其顶端的狭长契口排出；

超声波振荡器由谐振腔4和帕尔曼式双重声波发生装置5两部分组成，通过螺纹装配在壳体3内部，当射流介质与振动弹片8发生碰撞时，射流的动能会引起回位弹簧的高频振荡，使其产生三种效应：一是机械振动，使晶体晶格与长分子链断裂；二是“空化”，即原油介质中的气泡处于一种瞬时膨胀和压缩的交变状态；三是加热作用，加热介质，使蜡晶不容易沉淀；

在原油介质螺旋槽一12、阀座14与钢球15的作用下，从平流上升到漩涡上升，介质的向心加速，增加油量，节约能源，并利用涡流导向阀挤压、爆破、加速介质；其次为阀座14，可在下行程和抽油过程中避免原油的倒流，原油介质通过钢球15和螺旋槽二16增强漩涡，维持原油介质在主泵中的旋涡上升，从而进一步加速、增油和节能。

本发明的有益效果：

本发明可将油、气、水等大群细化至毫米至微米，从而将蜡颗粒充分分散于油中，同时油颗粒则充分分布于水与微泡之间，蜡粒必须突破间隔相的层层“封锁”，超声波防蜡是使用超声波装备，发射高频超声波，利用声波破碎石蜡的高分子结构，使其破碎为小分子结构，从而不易结蜡。

本发明采用声学叠加的原理，设计了一种双重声波发生器。原油经过射流楔形通孔后，流速急剧增加，并形成射流，在射流过程中，蜡的结晶物经过一次快速的挤压变形和一次快速膨胀的变形破裂，使蜡的结晶沉淀结构遭到严重破坏，从而达到抗蜡降粘的效果。在喷流强烈的交流作用力下，原油流经双喷孔后，在超声波振荡片上产生的振动波是单次射流孔的两倍。蜡状结晶在油管中基本上不会发生蜡堵，不易回复，改善产液物性，实现防蜡、降粘、节能、降耗等多方面功效。

附图说明

图1为流体动力式双重声波防蜡降粘器结构图。

图2为本发明连接筒体结构图。

图3为本发明谐振腔结构图。

图4为本发明喷腔结构图。

图5为本发明下接头结构图。

其中：1.下接头2.喷腔3.壳体4.谐振腔5.帕尔曼双重声波发生装置6.射流孔7.连接筒体一8.振动弹片9.固定座10.空化腔11.连接筒体二12.螺旋槽一13.上接头14.阀座15.钢球16.螺旋槽二；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1-图5所示：

一种流体动力式双重声波防蜡降粘器，包括下接头1、喷腔2、壳体3、谐振腔4、帕尔曼式双重声波发生装置5、射流孔6、连接筒体一7、振动弹片8、固定座9、空化腔10、连接筒体二11、螺旋槽一12、上接头13、阀座14、钢球15、螺旋槽二16；

本系统以井下高速流体作为动力源，采用流体动力式声波发生装置，结构简单、成本低、操作简单，具有很好的应用前景。

连接筒体一8、空化腔10与螺旋槽依次通过螺纹连接，原油通过空化腔10时，由声波的空化作用产生的原油气泡在空化腔处瞬间扩张和压缩的交变状态，能够破坏介质中的结晶晶格和大分子团。

螺旋槽一12、上接头13、阀座14、钢球15和螺旋槽二16依次通过螺纹连接，原油流经涡流导流阀时，使原油从平流上升变为涡流旋转上升状态，阀座14、钢球15与螺旋槽二16组成涡流增速喷射装置，采用了涡流增速破乳技术，加快井液流动速度，减少蜡的沉积，起到防蜡降粘的作用。

如图4所示：喷腔2结构梯由金属制作，形状类似于漏斗状，通过压缩截面由宽至窄的变化改变流体流速，原油从其宽的入口流入，从顶端的狭长契口排出。

如图3所示：谐振腔4结构由金属空腔体制作，以使高频声波场在其内持续振荡的金属空腔，由于声波场完全集中于腔内，没有辐射损耗。

空化腔10结构由金属空腔体制作，以满足声波的空化作用，使气泡核的形成，在声压作用下，负压会使气泡核膨胀，正压会使其压缩，正负压综合作用将使气泡核产生振荡、生长、收缩及崩溃等过程。

螺旋槽一12与螺旋槽二16结构由大导程内螺纹的金属圆管制作，流体在管内流动时受螺旋槽纹的引导，靠近壁面的部分流体顺槽旋转；另一部分流体顺壁面沿轴向流动时，螺旋形的凸起也使流体产生周期性的扰动。

所述帕尔曼式双重声波发生装置5由流体动力式声波发生器和超声波振荡腔两部分组成。

所述帕尔曼式双重声波发生装置5为双重声波发生器；所述声波发生器连接的固定座，固定在连接筒体内；所述固定座9前端设有射流孔，射流孔通过过油间隙形成喷油口，固定座并排装有两块振动弹片8，振动弹片悬空布置，振动弹片两侧装有复位弹簧；在射流介质冲击作用下，射流体的动能激发复位弹簧发生高频至超声振动，使蜡的结晶析出组织受到极大破坏，产生防蜡降粘作用。

所述的帕尔曼式双重声波发生装置5产生的声波，发射高频超声波，利用声波破碎石蜡的高分子结构，使其破碎为小分子结构，从而不易结蜡，在产油层中形成了一种声波场，具有解堵、增渗、导流等作用，对油气藏的产能有很大的促进作用。

所述的螺旋槽一12由大导程内螺纹的金属圆管制作，原油在经过螺旋导流作用使原油从平流上升到漩涡上升；原油经过螺旋槽一12、阀座14与钢球15时发生挤压、爆破、加速介质，加快井液流动速度，减少蜡的沉积，起到防蜡降粘的作用。

如图2所示：连接筒体结构由无缝钢管制作，长度较短的容器可直接在一个圆筒的两端连接封头，构成一个封闭的压力空间，构成压力容器外壳。

如图5所示：下接头1结构金属筒体制作，将两个零件在接头处通过螺纹连接起来，有部分重合在一起，中面相互平行。

本发明的工作原理：

原油通过喷腔2由梯形漏斗状喷嘴进口流入，通过压缩截面从其顶端的狭长契口排出，具有三个作用：一是平流变喷射，使其流速大幅度增加；二是在连续的漏斗形压缩截面内，由于原油介质中的蜡晶结晶破裂；三是喷射后的介质爆炸扩展，使结晶颗粒和大分子链进一步破裂。

超声波振荡器由谐振腔4和帕尔曼式双重声波发生装置5两部分组成，当射流介质受到撞击时，射流的动能会引起回位弹簧的高频振荡，使其产生三种效应：一是机械振动，使晶体晶格与长分子链断裂；二是“空化”，即原油介质中的气泡处于一种瞬时膨胀和压缩的交变状态，可以使介质中的晶体晶格和大分子团发生破碎；三是加热作用，加热介质，使蜡晶不容易沉淀。

原油介质螺旋槽一12、阀座14与钢球15在的作用下，从平流上升到漩涡上升，介质的向心加速，增加油量，节约能源，并利用涡流导向阀挤压、爆破、加速介质；其次为单向导向阀，可在下行程和抽油过程中避免原油的倒流，原油介质可以通过涡流喷嘴来增强漩涡，维持原油介质在主泵中的旋涡上升，从而进一步加速、增油和节能。