声波涡流防蜡技术及其现场应用_佀传龙.pdf
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1、2023 年 第 7 期 化学工程与装备 2023 年 7 月 Chemical Engineering&Equipment 99 声波涡流防蜡技术及其现场应用 声波涡流防蜡技术及其现场应用 佀传龙(大庆油田公司第二采油厂工艺研究所,黑龙江 大庆 163000)摘 要:摘 要:随着油田中转站热洗设备老化、损坏以及机采井热洗管线结垢、腐蚀穿孔等原因造成部分机采井热洗效果差、严重时导致无法流程洗井,从而导致井下杆、管、泵蜡质聚集、凝结,生产运行负荷增加影响产量。针对抽油机井在生产时,管、杆容易结蜡,而目前现场热洗设备无法满足实际生产需求的情况,开展了声波涡流防蜡技术现场试验研究。该技术工艺简单、效
2、果明显,能够有效延长免洗井周期,降低生产成本。关键词:关键词:结蜡;作业;声波涡流;空化作用 前 言 前 言 近年来,随着热洗周期待洗井井数较多且热洗车数量不足,无法满足实际热洗需求,造成部分井清蜡不及时,严重的造成蜡卡无法正常生产。针对上述问题,拟开展井下声波涡流防蜡器技术现场试验,达到有效减缓油井结蜡、延长热洗周期,降低生产成本的目的。声波涡流防蜡技术具有工艺简单、施工方便、成本低、有效期长等特点,能够有效延长免洗井周期以及因结蜡造成的检泵周期,降低生产成本。1 声波涡流防蜡器的技术原理 1 声波涡流防蜡器的技术原理 声波涡流防蜡主要基于机械振动、空化作用、热效应等三方面的原理。1.1 声
3、波的机械振动 声波具有能量,在介质中传播时产生压力,上述两个物理量称为声功率(声强)、声压。该机械能可使介质的质点产生较大的加速度,且频率越高,加速度越大。从而使蜡、胶体等分子产生急速运动,破坏其分子结构,接连发生某些化学反应。声功率与声压关系:质点振动速度与密度、声压关系:其中:I:声功率(W/m2);C:声波传播速度(m/s)。根据质点位移、加速度与频率之间的关系:其中:xa:质点位移(m);a0:加速度(m2/s);f:频率(Hz)因此,超声波可处理溶液中的溶质,加快化学反应速度或提高化学反应产率,也是声波防蜡、降粘的依据。1.2 声空化作用 由于涡流或声波的作用使其在某些地方形成局部的
4、暂时负压区,在液体中产生空穴或气泡。气泡核形成,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。在崩溃瞬间将在周围极限空间产生高温和高压,并将伴随强烈冲击波。影响空化作用主要有液体及声学参数两方面的影响:DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.07.048100 佀传龙:声波涡流防蜡技术及其现场应用 表 1 空化作用主要影响因素(液体)表 1 空化作用主要影响因素(液体)纯洁均匀的水很难空化,所需声压较高,但实际相当低的声压(0.2-5 大气压)条件即可产生。这是由于液体中固体微粒或气体的存在,液体中而形成局部的“弱
5、力点”或薄弱区域。声学参数影响空化作用主要为频率,在不同频率的声波作用下,超声空化阈是不等的,声频率增高,空化现象会变的难以发生。频率增高,则声波膨胀的时间变短,空化核来不及增长到可产生空化效应的空化泡,或者即使空化泡形成了,由于声波的压缩相时间亦短,空化泡可能来不及收缩发生崩溃。机械振动及空化作用对含溶解气原油防蜡机理如下:一是使原油中长链石蜡烃分子、沥青质分子断裂,分子量减小,蜡的熔点降低;二是晶粒越小,溶解度越大,同时,声波的搅拌作用也提高了石蜡晶体的溶解速度,有利于流动的原油把蜡晶带走;三是振动及空化作用对石蜡晶体的生长有抑制作用。1.3 热效应 声波的热作用是一种综合效应,主要包括三
6、个方面:一是声波在介质内部被吸收,结果使声能转化为热能,即声波在原油中传播时,原油介质吸收声能转化成热能;二是机械振动作用使流体内部和悬浮粒子的分界面处出现边界摩擦而产生局部的加热作用;三是空化作用在气泡崩溃瞬间时放出大量的热能。2 声波涡流防蜡器的设计和优化 2 声波涡流防蜡器的设计和优化 2.1 振片长度设计 振片长度与共振频率与声压直接相关,在 50-60mm 长度时,可以产生较高的声压,频率达到 500-700Hz。因此,可根据不同产量优化喷嘴直径,实现不同产量相同流速,使其产生较高的声压参数。图 1 震动频率与振片长度、声压与流速的关系曲线 图 1 震动频率与振片长度、声压与流速的关
7、系曲线 结合我厂生产实际水平,日产液 30-40 吨/天,主流泵型为 57mm 抽油泵,振片长度设计为 60mm。2.2 振片尖劈角设计 对于不同长度振片,在尖劈角为 50时,启振流速最小,同时尖劈角对共振频率也没有影响,因此,50为最优值。2.3 喷嘴设计 通过实验,振片长度为 60mm-80mm 时可产生较高的声压,其中 60mm 最高(12-13KPa),同时有较高的振动频率。设计不同的喷嘴直径,实现不同产量均可达到最佳的流速范围及声压值,结合生产实际选择喷嘴直径 12mm。佀传龙:声波涡流防蜡技术及其现场应用 101 表 2 喷嘴直径对应产量关系 表 2 喷嘴直径对应产量关系 产量(t
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