低剪切流量控制阀的发展状况.pdf

《低剪切流量控制阀的发展状况.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低剪切流量控制阀的发展状况.pdf（3页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、2 0 0 1 年第6期 阀 门 文章编 号 ：1 0 0 2 5 8 5 5 I 2 0 0 1 )0 6 0 0 3 1 0 3 低 剪 切 流 量 控 制 阀 的 发 展 状 况 倪 玲 英 。 张建 1 石 油 大学l 华 东 )石 油 工程 学院 山东东营2 5 7 0 6 2 ； 2 中 国石 化胜 利 油 田有限 公 司规划设 计 研 究院 。 山 隶东营2 5 7 0 0 0 ) 摘要介 绍 1聚台物溶 液增粘及 机械降解机理 ，阐述 1低 剪切流 量控 制闷的发展状 况 。 关键词流量控期阀 ；低剪切 ；聚合物溶液；降牯 中 囝分 类号 ：T HI 3 4 文献 标识 码 ：

2、A De v e l o pm e nt c o ndi t i o n o f l o w s he r a i ng f l ow c o nt r o l l i ng v a l v e NI Li n g y i n g Z HANG J i a n ( 1 Uni v e r s i t y o f P e t r o l e u m， Oo n g n g 2 5 7 0 6 2 Ch i n a ； 2 Th e P r o a mme De s i g n Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Ch i n a Pe t r o c h e

3、 mi s t r y s h Oi l f i e l d Co ，L t d Do n s y i n g 2 5 7 0 0 0Ch i n a ) Ab s t r a c t ： Th e t e x t ma i n l y i n t r o d u c e me c h a n i s m f o r a d d i n g a n d f a l l i n g v i s c o s i t y o f s o l u t i o n o f p l o y me r ， a n d e x p l a i n d e v e l o p me n t c o n d i

4、t i o n o f l o w s h e r a i ng f l o w c o n t r o l l i n g v a l v e f o r t e c hn o log y o f p l o y me r f l o o d i ng o f o i l t h i r d l y r e c o v e r y i n o i l fi e l d Ke y wo r d s ： fl o w e o n t r o l l i ng v a l v e ； l o w s h e r a i n g； c o n d i t i o n； s o l u t i o n

5、 o f p l o y me r ； f a l l v i s c o s i t y 1 聚 合物溶 液性能 1 1 增粘原 理 三次采油 技术 已经 成为 油 田开发 后期稳产 的重 要手段 。三 次采油 中起决 定性作用 的高分 子聚合 物主要是 聚丙烯酰胺 。 H H H H H H l l J l J 一 0C eCe一一 l J l l l l H c = 一OH = = oH = = 0 1 1 1 N H 2 O H N H 2 柔顺 的线 性碳一 碳链是 其高分子 骨架，分 子 中带有 强极 性的亲水基 团，这些基 团与分子 水能通过 氢键 等发 生强烈 的相 互作用 ，

6、在其溶 液 中，水分 子在 高分子 周 围形 成溶剂层 或成为 束缚 水， 同时 因带 电基 团间的静 电斥力而 使聚 作者筒升 ：傀玲英( 1 9 6 4 ) ，女，副教授，从事教学和科研工作。 合物分 子更 加舒 展 ，分子 无规 线 团体 积 增 大 这都 使分 子 运 动 的 内摩 擦 增 大 流 动 阻 力 增 大，从而增加 了水 的粘度 。 聚合物水溶 液用于提高 采收率主 要是 为 了 增加驱替水的粘度 降低水的流速，从而降低 油水 的流速 比， 以减缓指进现 象，改善油层 及 微观孔隙结构的非均质状况，缓解窜流、绕流 等现象 增 加驱 替水 的波 及体 积。 因此，提 高 并保

7、持聚合 物溶液 的粘度是 聚合物驱提 高采 收 率 方法 的关键 所在 。 1 2 机 械 降解 聚合物溶 液的流变 曲线如 图 1所示 。聚 合 物溶液粘度随剪切速率的变化与高分子在溶液 中的形态结构有关。在很小的剪切速率下，大 分子构象分布不改变，流动对结构没有影响， 维普资讯 http:/ VALVE DESIGN QQ：40444436 VALVE DESIGN QQ群号：40444436 一 3 2 一 阀 门 2 0 0 1 年第 6 期 聚合物溶液的粘度不随剪切速率而变化。当剪 切速 率较大 时 ，在 切应力作 用下高分子构 象发 生 了变化 可 能受 到高 应力 作用 ， 当所

8、承受的 剪切力增大 至足以使分子断 裂 时，它 将产生机 械降解，降解的结果 将导致分子量和粘 度降 低 ，从而 降低聚合物驱 效果 。 图 1 聚合 物 溶 液流变 曲线 油 田聚合物溶 液的配制 和注入系统是保证 驱油 效果的重要设 备和技术 。配 制好 的聚 合物 溶液 ，经高 压往 复泵 增 压，接 配制 要 求计 量 ， 注入到高压注水 管线 中，与注入 的水 ，经静态 混合器稀释 注入井 中。 目前，油 田配 制注入工 程有 2种实施 方 案，一 种是集 中配 制，分散 注 入 。另一种 是分散配制 ，分散注入 。 由于聚合物配制 系统工艺 比较 复杂 、设 备 较多 ，这将 会导

9、致分散 配制 的设 备费用大于 集 中配 制方案 。据大庆 油 田介绍 ，集中配制方 案 的设备及相关配套工程投资比分散配置方案节 约 4 0 。为了节省工 程建设投资，降低运行 维 护费用 ，通 常采用集 中配液 分散注入 和一泵 多井注聚工艺 。在集 中配制方案 中，为了减小 剪切引起 的粘度 损 失， 流量分 配 采用 螺 杆泵 ， 造 成泵用 量多，投资大 ，运行费用高 ，且操作 不方便 ，难 以保证注聚 过程 中的压力及 浓度平 稳 。影响聚 合物驱效果 。一泵 多井注 聚工艺 是 指用一 台注聚泵 通过几 个流量控制 阀同时给 多 口井提供 聚合物母液 的工艺 ，如采用 常规 的阀

10、 门来 控制 流量。聚 合物溶液粘 度损失率有 时高 达 4 0 。所 以，研 制 开发 低 剪 切 流 量 控 制 阀 是解 决以上问题 的关 键技术 。美国和加 拿大等 石 油工业 比较发达 的 国家在 低剪切流量控 制阀 方面 的研 究较早 ，已经取得 了较大 进展 。 2 流量控 制方法 低剪切流量控制阀采用阻力控制法和外部 能耗 式流量控 制装置达 到控制 流量的 目的 。 2 1 阻力控制法 ( 1 )盘管式 阻尼器 盘 管式阻尼器是利 用溶液 在盘 管 流动 ( 图 2 )过程 中产生 的沿程 阻 力，通 过选 择不 同管 长和管 径的 圆管 进行 组合 ，得 到各种 不 同的流

11、 量一 压降特性 ，来调 控流 量。 由于 圆管阻 力系 数 很小，一般 需要较长 的管路 ，同时为结 构上 的紧凑 ，采 用 了盘管方式 。盘 管 阻尼器 的最大 优 点是简单 易行 ，但结 构庞大 ，不易实 现流量 连 续调节 。 日本 MC Y公司 在大 港 油 田建 有单 流量盘管 阻尼器，该装 置的一组 盘管 只有一个 阻力可 以满 足 一 种 流 量， 在 需 要 改 变 流 量 时 ，应更 换盘管 这 给生产和 运行带 来很大 不 便 。由于圆管 内 的沿程 剪 切 的 累积 效 应 较大， 以及 盘管 中的螺旋 弯 曲而产 生二次 流动，是 产 生流动剪切 的重要原 因。据 统

12、计 ，盘管阻 尼器 因流动剪切 引起的粘 度损 失一般 在 9 1 6 之 间。这种 装置 已得到改进 ，在长 盘管 中间有 多处抽头 不同 的排 列组 合可 以产生 不同的阻 力和不 同的流量 ，改变 了原有 盘管 的一套盘 管 调节一种 流量 的缺 点 但 体 积 仍然 比较 庞大 ， 并 且不 能对流量进行 连续 调节 。 图 2盘 管 流动 国外一专利是在聚合物输送管线上安装一 系列流 动限制 器 ，流动 限制器使 用 的是 小直径 圆管 ，这 种圆管被安放 在两大管 径管子 或两 螺 纹段之 间。该流动控制 器 的结构 是让 流体在 不 同直 径 的通 道 内流动 ，可 以实 现 大

13、 压 降 ( 如 3 4 4 MP a )情况 下，流过 的聚 合物 基本 没有 剪 维普资讯 http:/ VALVE DESIGN QQ：40444436 VALVE DESIGN QQ群号：40444436 2 0 0 1 年第 6期 阀 门 切降解。它可通过安装流动控制器的数量来实 现压降的变化从而控制流量。 ( 2 )局部 阻尼控制方 法 产生局部 阻尼的方法很 多，如 突然改变 阀 门 口径等。据 报道，针形 阀能实现低 剪切 流量 控制 。针形 阀是 标准球 阀的变形 ，控制孔尺 寸 较小 ， 阀门元 件细长，可 以比较精 确 的控制 流 量 。针形 阀一般 用于2 5 4 mm

14、 的管路 中。 这 种调节装置 包含 一个渐缩 的或针孔状 的 调节部 件，通过相 互间位置 的改变调 节溶液 的 流 量 。 曾 经 有 人 做 过 试 验 ， 将 一 孔 径 为 6 3 5 mm 的球形 阀和相 同孔径 的针形 阀放在 相 同尺寸 的流 道上 ，让他 们处于相 同的流动环境 下，调节 聚 合 物 水 溶 液 时，球 阀 的 降解 率 为 2 0-2 5 ，而 针形阀基本 上不发生 降解。其 低 剪切 机理 尚不 清楚，需要研 究。 ( 3 )砂袋式 流量控制装置 砂 袋式流量 控制 装置是利 用砂 袋渗流产 生 阻力 来 控 制 流 量( 图 3) 。该 方 法 简 单

15、易 行， 但 由于需 要多 个 砂袋 的组 合 ，装 置 比较 笨 重， 且操作不方 便，需大 量人力 和 时间，流量调节 范 围也有 限 ，调节精度 很难 控制，误 差较大 。 图 3 砂袋 式 流量控 制 装 置 2 2 外 部 能耗法 外部 能耗式流 量 控制 装置 主 要 由驱 动机 、 能耗 器 和联 轴器 组 成 ( 图 4 ) 。它是 利用 聚 合 物溶液 流动 的 能量 带动 驱动 机 ，通 过 连轴 器 ， 驱动 外部能耗器 ，实现液体对外 做功 ，达到 控 制流量 的 目的。由于螺 杆泵对聚合物 的剪切 很 小，马达 消耗 的能量又 不直接 ，驱 动机可采 用 螺杆式液 力

16、马达 。外部 能耗 装置采 用齿轮泵和 空气压缩机 的系统 。通过改 变空压机 的输 出压 力和齿轮 泵的转数 ，来控制 聚合物溶 液的流速 和流量 。在这种设计 中 ，既 不是 消耗 掉溶 液 的 能量 ，也不是 使其进 行 内部转 换，而是通过 外 部干扰 ，对 聚合物溶 液进 行控 制。 图 4外 部 能 耗 流量控 制 装置 外部能耗 散式流量 控制装置原理 成熟 ，技 术 可行 ，移动 方便，既 可调 节流量又 可调节流 速 。但 由于需要 驱动机 和外部能耗装置 ，结构 复 杂，投资较大 。 3 结语 从 已开发 出的 各 种流量 控制 阀可 以看 出 它 们都具 有一个共性 ，即

17、控制 阀都 不是直接 对 流体进行 干预 的 ，它 们或是通过 阻力进 行能量 消耗 ，或 是 将 聚 合 物 溶 液本 身 的 能量 进 行 转 换。总 的思路 就是通过 能量的转换 ，影响流 体 的流动速度 ，尽可能 的降低速度梯度 ，再通 过 改变 流通面积 的方 法 ，实现在低剪切 下的流 量 调节 。研制 一种 结构 简单 ，体积 小 、投 资少 ， 运行维 护费用低 ，在大压差 下可以实 现连 续调 节 ，并 有足够理论 支持 的低剪切 流量控制 阀是 今后发展 的趋势和方 向。 参考文献 1 倪玲英 注囊工艺 中低剪 切漉量控制阀 的开发前景 【 J 】 阀门 2 0 0 1 (

18、 1 ) ：2 9 -3 1 【 2 胡 博 仲聚 台 物 驱 采 油 工 程 P 中 国 专 利 Z L9 2 22 5 52 3 1 9 93 【 UK P a mm Ap ka t i o n G B 2 1 2 3 5 7 7 【 4 Wa y n e EL u e t z e l s c h wa b L i t d e 的n 。 C o bMe t h o d。 f U8 iI Ig Po l y me r Fl o w C0 叶 Ap pa t u s 1 98 5 US 45 3 58 8 4 ( 慢揭 日期 ：2 0 01 0 5 2 3 ) 欢 迎 投 稿 欢 迎 订 阅 欢 迎 刊 登 广 告 维普资讯 http:/ VALVE DESIGN QQ：40444436 VALVE DESIGN QQ群号：40444436