[发明专利]多相流减阻剂组配器与组配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多相流减阻剂组配器与组配方法，用于多相流减阻剂在不同流型条件下的在线组配，适合于油气田生产管道、油气输送管道以及海底多相流管道的减阻。

背景技术

多相流(气液两相流与油气水三相流)存在不同的流型，这是多相流减阻与单相流减阻的重要区别之一，必须针对多相流的不同流型组配复合减阻剂，这是本发明的基本出发点。

从工程背景来看，高摩擦与高能耗是两相与多相流的基本特征，不利于油气、气液或者油气水等多相流体的管道输送。多相流减阻技术是为了解决管道多相流的高流动阻力问题，例如，海底油气管线的多相流减阻，其主要目的有二：其一是通过减小管线的阻力损耗使油井的背压损失降低，可以使油井提高产量；其二是随着井数的增多和产能的提高，提升现有油气管线的运力，这要比铺设新管线来增加运力要经济得多。

多相流流型是相界面的几何分布形态，通常分为泡状流、间歇流、环状流、分层流等多种流型。多相流管道，例如油气田生产管道、油气输送管道以及海底油气管道，通常是包含有泡状流、间歇流、环状流、分层流等多种流型的复杂管路系统，其中，间歇流又包含弹状流(段塞流)、塞状流和块状流；分层流又包含光滑分层流、波状分层流。单纯依赖于减少摩擦阻力的常规减阻方法并不能有效减小该系统中的流动阻力。多相流减阻技术不仅仅是要降低流动摩擦阻力，在一些流动工况下，多相流减阻的主要目的之一是降低管道持液率。在油气生产与输送系统中，持液是指管中积存的液体不能随气流排出而持续地在管道局部区域积留的现象，这一现象也称为积液。持液率定义为液体在管道中所占的体积与管道中的总体积之比。气体管道中的持液现象往往是一种特殊的局部现象，此时持液区的流动状态为含液率较高的气液两相流弹状流或块状流，而非持液区则为含液量非常低的雾状气流。持液现象发生时，管道持液区域的含液率要比非持液区中的含液率大一个甚至几个数量级，多相流的流动阻力显著增大。

多相流减阻剂有两大类，一类是聚合物减阻剂，这是一类可以抑制湍流脉动的高分子物质，其作用机理是减小湍流摩擦阻力；一类是表面活性剂，其作用机理是减小表面张力，降低多相流的持液率。减阻剂在多相流中的减阻作用是摩擦阻力、持液率等因素的综合效应，要从总体上使多相流的减阻率最大，需要从降低摩擦阻力和减小持液率两个方面着手。减阻复合制剂并不是简单地加入多相流管道就可以进行有效地减阻，只有将减阻复合制剂的特性与多相流体动力学的基本规律相互匹配，针对多相流的不同流型进行科学地设计，才可获得最佳减阻效应。对于多相流的减阻，聚合物减阻剂和表面活性剂具有各自的优点和不足。这就需要针对不同的多相流流型，对不同类型的减阻剂进行组配，得到适用于不同多相流动状态的复合减阻剂，使管线的摩擦阻力和持液率都降低到一定水准，这样的减阻技术对于多相流才具有实用性。针对不同的流型，组配复合型减阻剂，同时降低多相流的摩擦阻力和持液率，这是本发明的重要技术背景。

发明内容

本发明依据不同多相流体动力学条件下减阻复合制剂在管线中的扩散传播及其减阻效应，提供了一种多相流减阻剂组配器与组配方法来解决复合减阻剂(聚合物减阻剂和表面活性剂)的类型及其所适用的管道多相流工况，包括泡状流、间歇流、环状流、分层流等多相流流型，实现复合减阻剂的在线组配，使其用法用量与多相流流型之间协调匹配，将多相流的摩擦阻力和持液率降低到一定水准，获得最佳减阻效应。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种多相流减阻剂组配器，其特征在于，包括储剂器、组配混合器、通过法兰与多相流管道连接的吸剂器，所述储剂器由隔板分为聚合物减阻剂储腔和表面活性剂储腔，聚合物减阻剂储腔和表面活性剂储腔上端均通过引压管及引压阀与吸剂器的引压口连通；聚合物减阻剂储腔下端通过一个第一流型匹配器连接组配混合器，表面活性剂储腔下端通过一个第二流型匹配器连接组配混合器，组配混合器通过组配阀与吸剂器的吸剂口连通；所述第一流型匹配器包括分成四路的第一注剂阀及第一注剂喷嘴、第二注剂阀及第二注剂喷嘴、第三注剂阀及第三注剂喷嘴、第四注剂及阀第四注剂喷嘴；所述第二流型匹配器包括分成四路的第五注剂阀及第五注剂喷嘴、第六注剂阀及第六注剂喷嘴、第七注剂阀及第七注剂喷嘴、第八注剂阀及第八注剂喷嘴；其中，第一注剂阀和第五注剂阀用于环状流复合减阻剂组配；第二注剂阀和第六注剂阀用于间歇流复合减阻剂组配；第三注剂阀和第七注剂阀用于泡状流复合减阻剂组配；第四注剂阀和第八注剂阀用于分层流复合减阻剂组配。