具有循环功能的气液双动能负压射吸装置

摘要

本发明涉及一种具有循环功能的气液双动能负压射吸装置。其技术方案是：连续油管的一端连接地层旋转喷嘴，另一端连接高压泵，通过高压泵将供液池的液体通过连续油管注入地层，在连续油管的中部负压腔处连接龙卷风发生器的上端，龙卷风发生器的下端连接气动悬浮加料箱，龙卷风发生器的下侧连接空气压缩机；龙卷风发生器的上侧连接气体循环管，气体循环管通过单流阀连接到气动悬浮加料箱。有益效果是：本发明通过在连续油管的负压腔连接龙卷风发生器，而龙卷风发生器产生的龙卷风吸力较大，进而带动颗粒状药剂沿着负压吸射管向上输送，实现了气液双动能负压射吸，解决了大部分药剂的输送问题；提高了注入效果，并实现龙卷风的循环利用。

权利要求

1.一种具有循环功能的气液双动能负压射吸装置，其特征是：包括连续油管（1）、地层旋转喷嘴（2）、封隔器（3）、龙卷风发生器（4）、喷射定向器（5）、高压泵（6）、供液池（7）、空气压缩机（8）、气动悬浮加料箱（9）、单流阀（11）、气体排放阀（12），所述连续油管（1）的一端连接地层旋转喷嘴（2）并安装在地层下的套管内，连续油管（1）的另一端连接地面上的高压泵（6），通过高压泵（6）将地面的供液池（7）的液体通过连续油管（1）注入地层，在连续油管（1）的中部设有喷射定向器（5），使通过的液体进一步提高速度，从而形成负压腔，负压腔通过负压射吸管连接龙卷风发生器（4）的上端，龙卷风发生器（4）的下端通过负压射吸管连接气动悬浮加料箱（9），龙卷风发生器（4）的下侧连接空气压缩机（8）；龙卷风发生器（4）的上侧连接气体循环管（13），气体循环管（13）通过单流阀（11）连接到气动悬浮加料箱（9），利用龙卷风发生器（4）生成的气体对气动悬浮加料箱（9）内的药剂提供初始悬浮力；

所述龙卷风发生器（4）包括负压吸射管（4.1）、气旋发生管（4.2）、气旋管外套（4.3）、进气口（4.5）、出气口（4.6）和吸附孔（4.7），所述负压吸射管（4.1）的外侧套有气旋管外套（4.3），在气旋管外套（4.3）和负压吸射管（4.1）之间的环空安装螺旋状的气旋发生管（4.2），且气旋发生管（4.2）和负压吸射管（4.1）上设有吸附孔（4.7），气旋发生管（4.2）的下端为进气口（4.5），上端为出气口（4.6），进气口进入高压气体，高压气体沿着气旋发生管（4.2），从出气口（4.6）排出，进而通过吸附孔（4.7）形成龙卷风，并带动药剂沿着负压吸射管（4.1）向上输送。

2.根据权利要求1所述的具有循环功能的气液双动能负压射吸装置，其特征是：所述气动悬浮加料箱（9）包括供料口（9.1）、箱体（9.2）、定向筛孔挡板（9.3）、安全阀（9.4）、循环进气口（9.5）、出料口（9.6），所述箱体（9.2）的上部一侧设有供料口（9.1），另一侧设有出料口（9.6），在箱体（9.2）的下部一侧设有循环进气口（9.5），另一侧设有安全阀（9.4），在箱体（9.2）中设有定向筛孔挡板（9.3）。

3.根据权利要求1所述的具有循环功能的气液双动能负压射吸装置，其特征是：所述气旋发生管（4.2）的内壁沿着螺旋线设置多个外孔，负压吸射管（4.1）外壁设有多个切线孔，气旋发生管（4.2）套在负压吸射管（4.1）外壁，使外孔与切线孔分别对应连接形成吸附孔（4.7）。

4.根据权利要求3所述的具有循环功能的气液双动能负压射吸装置，其特征是：所述负压吸射管（4.1）的上部内腔设有带有多个小孔的均化网（4.4），通过龙卷风带动的药剂穿过均化网（4.4），使药剂分布的更加均匀。

5.根据权利要求3所述的具有循环功能的气液双动能负压射吸装置，其特征是：所述的切线孔的下端位于负压吸射管（4.1）的内壁，上端位于负压吸射管（4.1）的外壁，且切线孔沿着气旋发生管（4.2）的内壁切线方向设置，并且沿着气旋发生管（4.2）的螺旋线的位置设有多个切线孔。

6.根据权利要求1所述的具有循环功能的气液双动能负压射吸装置，其特征是：所述连续油管（1）与龙卷风发生器（4）的负压吸射管（4.1）的夹角在23.5—47度之间。

说明书

具有循环功能的气液双动能负压射吸装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种地层能量补充装置及方法，特别涉及一种具有循环功能的气液双动能负压射吸装置。

背景技术

[0002] 在石油开采过程中，由于地质结构比较复杂，需要向地层注入一些药剂，以提高石油产量，添加的药剂如：交联剂、发泡剂、堵水剂、解堵剂、膨化剂等，这些药剂材料有的呈絮状、微小颗粒状，大部分对人体有害；另外，有的粘稠，有的是固体颗粒状；有的药剂不容易水，在水溶液中容易堵塞等问题，因此需要一种稳定的、均匀的添加方法。目前一般是采用搅拌机搅拌，通过压力泵将其沿着注入管线注入地层相应位置，其存在的问题是：一是搅拌不均匀，容易对管线造成堵塞，二是絮状物容易漂浮，污染环境；三是大多数注入的药剂有毒，容易对操作人员造成身体的伤害；

[0003] 另外采用的注入办法是负压吸入的办法，如中国专利文献公开号为103670333B，专利名称为《一种注水井井口高压射流加药装置》，就是为实现注水井单井定点加药及高压井井口的无动力加药而设计的，即负压发生腔一端连接带喷嘴的压力管线，另一端依次连接喉管、扩散管和排出管路，同时加药管线两端分别连接储药罐和负压发生腔。本发明先对喷嘴内壁堆焊耐磨蚀涂层，然后在井口设置射流装置，接入高压流体使负压发生腔产生负压，将药液吸入喉管，进行能量转换后经排出管路注入水井。其存在的问题是：仅通过高压液体通过喷嘴产生负压，吸走需要加入的药剂，自吸能力有局限性，呈絮状、微小颗粒状的药剂可以满足要求，但是，遇到固体颗粒状的药剂的液体，就没有能力将其吸入注水管线中，因此，该装置具有一定的使用局限性。

发明内容

[0004] 本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种具有循环功能的气液双动能负压射吸装置，通过高压液体经过喷射定向器产生的负压，以及龙卷风发生器输送的药剂，实现气液双动能的输送药剂，可以满足绝大多数的药剂注入，另外，也提高了药剂的注入剂量，使注入的药剂更加稳定，并且注入的药剂的均化程度得到大幅提高。

[0005] 本发明提到的一种具有循环功能的气液双动能负压射吸装置，其技术方案是：包括连续油管（1）、地层旋转喷嘴（2）、封隔器（3）、龙卷风发生器（4）、喷射定向器（5）、高压泵（6）、供液池（7）、空气压缩机（8）、气动悬浮加料箱（9）、单流阀（11）、气体排放阀（12），所述连续油管（1）的一端连接地层旋转喷嘴（2）并安装在地层下的套管内，连续油管（1）的另一端连接地面上的高压泵（6），通过高压泵（6）将地面的供液池（7）的液体通过连续油管（1）注入地层，在连续油管（1）的中部设有喷射定向器（5），使通过的液体进一步提高速度，从而形成负压腔，负压腔通过负压射吸管连接龙卷风发生器（4）的上端，龙卷风发生器（4）的下端通过负压射吸管连接气动悬浮加料箱（9），龙卷风发生器（4）的下侧连接空气压缩机（8）；龙卷风发生器（4）的上侧连接气体循环管（13），气体循环管（13）通过单流阀（11）连接到气动悬浮加料箱（9），利用龙卷风发生器（4）生成的气体对气动悬浮加料箱（9）内的药剂提供初始悬浮力。

[0006] 所述气动悬浮加料箱（9）包括供料口（9.1）、箱体（9.2）、定向筛孔挡板（9.3）、安全阀（9.4）、循环进气口（9.5）、出料口（9.6），所述箱体（9.2）的上部一侧设有供料口（9.1），另一侧设有出料口（9.6），在箱体（9.2）的下部一侧设有循环进气口（9.5），另一侧设有安全阀（9.4），在箱体（9.2）中设有定向筛孔挡板（9.3）。

[0007] 优选的，上述定向筛孔挡板（9.3）包括底部筛孔板（9.3.1）、中部斜向筛孔板（9.3.2）和上部无孔平板（9.3.3）连接组成，所述底部筛孔板（9.3.1）设置在循环进气口（9.5）的上部，底部筛孔板（9.3.1）的右端连接中部斜向筛孔板（9.3.2）的左端，且中部斜向筛孔板（9.3.2）的筛孔与出料口（9.6）相对应，所述中部斜向筛孔板（9.3.2）的右端连接上部无孔平板（9.3.3），所述上部无孔平板（9.3.3）的上方对应供料口（9.1），且安全阀（9.4）安设在中部斜向筛孔板（9.3.2）和上部无孔平板（9.3.3）形成的空腔中。

[0008] 优选的，上述地层旋转喷嘴（2）包括旋转中心管（2.1）、旋转定位器（2.2）、旋转销（2.3）、旋转外套（2.4）、滚珠卡子（2.5）、旋转滚珠（2.6），所述旋转中心管（2.1）的上端与连续油管活动连接，旋转中心管（2.1）的上侧外壁焊接旋转定位器（2.2），在旋转定位器（2.2）的上侧外壁设有一圈凹槽，下侧外壁通过滚珠卡子（2.5）固定多个旋转滚珠（2.6），从而通过旋转销（2.3）和旋转滚珠（2.6）将旋转外套（2.4）活动连接在旋转定位器（2.2）的外侧，旋转外套（2.4）上分布多个出液孔（2.7），使旋转外套（2.4）绕着旋转定位器（2.2）做圆周旋转运动。

[0009] 优选的，上述出液孔（2.7）为斜孔，斜孔沿着旋转外套（2.4）的内圆的切线方向设置。

[0010] 优选的，上述龙卷风发生器（4）包括负压吸射管（4.1）、气旋发生管（4.2）、气旋管外套（4.3）、进气口（4.5）、出气口（4.6）和吸附孔（4.7），所述负压吸射管（4.1）的外侧套有气旋管外套（4.3），在气旋管外套（4.3）和负压吸射管（4.1）之间的环空安装螺旋状的气旋发生管（4.2），且气旋发生管（4.2）和负压吸射管（4.1）上设有吸附孔（4.7），气旋发生管（4.2）的下端为进气口（4.5），上端为出气口（4.6），进气口进入高压气体，高压气体沿着气旋发生管（4.2），从出气口（4.6）排出，进而通过吸附孔（4.7）形成龙卷风，并带动药剂沿着负压吸射管（4.1）向上输送。

[0011] 优选的，上述气旋发生管（4.2）的内壁沿着螺旋线设置多个外孔，负压吸射管（4.1）外壁设有多个切线孔，气旋发生管（4.2）套在负压吸射管（4.1）外壁，使外孔与切线孔分别对应连接形成吸附孔（4.7）。

[0012] 优选的，上述负压吸射管（4.1）的上部内腔设有带有多个小孔的均化网（4.4），通过龙卷风带动的药剂穿过均化网（4.4），使药剂分布的更加均匀。

[0013] 优选的，上述的切线孔的下端位于负压吸射管（4.1）的内壁，上端位于负压吸射管（4.1）的外壁，且切线孔沿着气旋发生管（4.2）的内壁切线方向设置，并且沿着气旋发生管（4.2）的螺旋线的位置设有多个切线孔。

[0014] 优选的，上述连续油管（1）与龙卷风发生器（4）的负压吸射管（4.1）的夹角在23.5—47度之间。

[0015] 本发明的有益效果是：本发明通过在连续油管的负压腔连接龙卷风发生器，而龙卷风发生器产生的龙卷风吸力较大，进而带动颗粒状药剂沿着负压吸射管向上输送，直至通过均化网，使药剂分布更加均匀，然后药剂继续在惯性的作用下上移至连续油管的负压腔，与高压泵打入的高压液体均匀混合后注入井下；从而实现了气液双动能负压射吸，解决了大部分药剂的输送问题；而且龙卷风发生器的出气口连接气体循环管，气体循环管通过单流阀连接到气动悬浮加料箱，利用龙卷风发生器生成的气体对气动悬浮加料箱内的药剂提供初始悬浮力，不仅实现了气体的循环利用，而且提供了药剂的初始悬浮力，进一步降低了能耗；另外，通过连续油管末端的地层旋转喷嘴将混合好药剂的高压液体旋转着注入地层中，提高了注入效果，从而进一步快速完成地层修复工作，也避免了操作过程中，有毒药剂对操作人员的人体伤害。

附图说明

[0016] 附图1是本发明的结构示意图；

[0017] 附图2是地层旋转喷嘴的结构示意图；

[0018] 附图3是龙卷风发生器的结构示意图；

[0019] 附图4是气动悬浮加料箱的结构示意图；

[0020] 附图5是定向筛孔挡板的结构示意图；

[0021] 上图中：连续油管1、地层旋转喷嘴2、封隔器3、龙卷风发生器4、喷射定向器5、高压泵6、供液池7、空气压缩机8、气动悬浮加料箱9、气体控制阀10、单流阀11、气体排放阀12、气体循环管13；地层旋转喷嘴2包括旋转中心管2.1、旋转定位器2.2、旋转销2.3、旋转外套2.4、滚珠卡子2.5、旋转滚珠2.6、出液孔2.7；负压吸射管4.1、气旋发生管4.2、气旋管外套
4.3、均化网4.4、进气口4.5、出气口4.6和吸附孔4.7；供料口9.1、箱体9.2、定向筛孔挡板
9.3、安全阀9.4、循环进气口9.5、出料口9.6，底部筛孔板9.3.1、中部斜向筛孔板9.3.2和上部无孔平板9.3.3。

具体实施方式

[0022] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

[0023] 参照附图1，本发明提到的一种具有循环功能的气液双动能负压射吸装置，其技术方案是：包括连续油管1、地层旋转喷嘴2、封隔器3、龙卷风发生器4、喷射定向器5、高压泵6、供液池7、空气压缩机8、气动悬浮加料箱9、单流阀11、气体排放阀12，所述连续油管1的一端连接地层旋转喷嘴2并安装在地层下的套管内，连续油管1的另一端连接地面上的高压泵6，通过高压泵6将地面的供液池7的液体通过连续油管1注入地层，在连续油管1的中部设有喷射定向器5，使通过的液体进一步提高速度，从而形成负压腔，负压腔通过负压射吸管连接龙卷风发生器4的上端，龙卷风发生器4的下端通过负压射吸管连接气动悬浮加料箱9，龙卷风发生器4的下侧连接空气压缩机8；龙卷风发生器4的上侧连接气体循环管13，气体循环管13通过单流阀11连接到气动悬浮加料箱9，利用龙卷风发生器4生成的气体对气动悬浮加料箱9内的药剂提供初始悬浮力。

[0024] 参照附图4，本发明的气动悬浮加料箱9包括供料口9.1、箱体9.2、定向筛孔挡板9.3、安全阀9.4、循环进气口9.5、出料口9.6，所述箱体9.2的上部一侧设有供料口9.1，另一侧设有出料口9.6，在箱体9.2的下部一侧设有循环进气口9.5，另一侧设有安全阀9.4，在箱体9.2中设有定向筛孔挡板9.3，药剂通过供料口9.1加入，落在定向筛孔挡板9.3的右侧，并顺着定向筛孔挡板滑向箱体内腔。

[0025] 其中，定向筛孔挡板9.3包括底部筛孔板9.3.1、中部斜向筛孔板9.3.2和上部无孔平板9.3.3连接组成，所述底部筛孔板9.3.1设置在循环进气口9.5的上部，底部筛孔板9.3.1的右端连接中部斜向筛孔板9.3.2的左端，且中部斜向筛孔板9.3.2的筛孔与出料口
9.6相对应，所述中部斜向筛孔板9.3.2的右端连接上部无孔平板9.3.3，所述上部无孔平板
9.3.3的上方对应供料口9.1，且安全阀9.4安设在中部斜向筛孔板9.3.2和上部无孔平板
9.3.3形成的空腔中；其中，底部筛孔板9.3.1、中部斜向筛孔板9.3.2均设有透气筛孔，便于循环回来的龙卷风尾气吹动上部的药剂，使颗粒状药剂能够悬浮起来，更有利于通过出料口9.6吸出；而上部无孔平板9.3.3无透气筛孔，这样，避免从供料口投入的药剂直接漏出；
而且，中部斜向筛孔板9.3.2与出料口9.6连接的负压吸射管4.1呈相互垂直的关系，这样，中部斜向筛孔板9.3.2的风直接将药剂吹向负压吸射管4.1。

[0026] 参照附图2，地层旋转喷嘴2包括旋转中心管2.1、旋转定位器2.2、旋转销2.3、旋转外套2.4、滚珠卡子2.5、旋转滚珠2.6，所述旋转中心管2.1的上端与连续油管活动连接，旋转中心管2.1的上侧外壁焊接旋转定位器2.2，在旋转定位器2.2的上侧外壁设有一圈凹槽，下侧外壁通过滚珠卡子2.5固定多个旋转滚珠2.6，从而通过旋转销2.3和旋转滚珠2.6将旋转外套2.4活动连接在旋转定位器2.2的外侧，旋转外套2.4上分布多个出液孔2.7，使旋转外套2.4绕着旋转定位器2.2做圆周旋转运动。

[0027] 其中，地层旋转喷嘴的出液孔2.7为斜孔，斜孔沿着旋转外套2.4的内圆的切线方向设置，这样可以使旋转外套2.4在高压液体的作用下实现无动力旋转，使其出液效果更好，对地层进行更好的修复。

[0028] 参照附图3，龙卷风发生器4包括负压吸射管4.1、气旋发生管4.2、气旋管外套4.3、进气口4.5、出气口4.6和吸附孔4.7，所述负压吸射管4.1的外侧套有气旋管外套4.3，在气旋管外套4.3和负压吸射管4.1之间的环空安装螺旋状的气旋发生管4.2，且气旋发生管4.2和负压吸射管4.1上设有吸附孔4.7，气旋发生管4.2的下端为进气口4.5，上端为出气口4.6，进气口进入高压气体，高压气体沿着气旋发生管4.2，从出气口4.6排出，进而通过吸附孔4.7形成龙卷风，并带动药剂沿着负压吸射管4.1向上输送。

[0029] 其中，气旋发生管4.2的内壁沿着螺旋线设置多个外孔，负压吸射管4.1外壁设有多个切线孔，气旋发生管4.2套在负压吸射管4.1外壁，使外孔与切线孔分别对应连接形成吸附孔4.7。

[0030] 另外，负压吸射管4.1的上部内腔设有带有多个小孔的均化网4.4，通过龙卷风带动的药剂穿过均化网4.4，使药剂分布的更加均匀。

[0031] 另外，上述的切线孔的下端位于负压吸射管4.1的内壁，上端位于负压吸射管4.1的外壁，且切线孔沿着气旋发生管4.2的内壁切线方向设置，并且沿着气旋发生管4.2的螺旋线的位置设有多个切线孔，在空气压缩机的作用下，气体通过进气口进入气旋发生管4.2，快速实现气体的旋转形成龙卷风，此时，由于切线方向设有多个外孔，外孔与切线孔组成吸附孔，螺旋线上的多个吸附孔形成负压将颗粒状固体吸附并使其向上移动、加速，直至穿过均化网，并在连续油管的负压腔的作用下，将颗粒状固体吸入到连续油管中与高压液体混合，提高了输送效率。

[0032] 优选的，上述连续油管1与龙卷风发生器4的负压吸射管4.1的夹角在23.5—47度之间，经过大量实验，在此角度下，负压腔对药剂的吸附能力最好。

[0033] 另外，龙卷风发生器的制作方法如下：

[0034] 1、先将龙卷风发生器中心的负压吸射管4.1开设有切线孔，且在切线孔外端设有弧形过渡槽，该切线孔的方向根据气旋发生管4.2的螺旋线方向计算确定；

[0035] 2、根据气旋发生管4.2的螺旋线要求，先加工多个外孔，然后进行螺旋加工，使外孔正好位于螺旋线的内侧，加工好的气旋发生管4.2再套在负压吸射管4.1，且正好使外孔与负压吸射管4.1的切线孔相对应，由于切线孔外设有弧形过渡槽，所以，外孔与切线孔可以实现紧密连接，也可以对其进行点焊固定；

[0036] 3、在气旋发生管4.2外套有气旋管外套4.3，且露出进气口和出气口。

[0037] 本发明提到的一种具有循环功能的气液双动能负压射吸装置，其使用过程如下：

[0038] 1、在采油作业过程中，当需要进行地层改造时，先起出井下的采油管柱，向井下再下入带地层旋转喷嘴2和封隔器3的连续油管1，连续油管的另一端连接到供液池旁边的高压泵6；再将龙卷风发生器4和气动悬浮加料箱9连接到连续油管的中部；

[0039] 2、先启动空气压缩机8，再启动高压泵6，开始向地层试挤，高压泵6带动液体卤水或者酸液沿着连续油管1注入井下，并通过地层旋转喷嘴2喷出注入地层；由于在连续油管1的中部设有喷射定向器5，高压液体经过喷射定向器5时因为直径变小，其流速加快会形成负压腔；负压腔处连接通过负压吸射管4.1龙卷风发生器4；当连续油管内的液体压力达到1.5兆帕时，开始从气动悬浮加料箱9的供料口处加入需要加入地层的药剂，龙卷风发生器4产生的龙卷风带动药剂沿着负压吸射管4.1向上输送，直至通过均化网4.4，使药剂分布更加均匀，然后药剂继续在惯性的作用下上移至连续油管的负压腔，与高压液体均匀混合后注入井下，并通过连续油管末端的地层旋转喷嘴2旋转注入地层中；

[0040] 龙卷风发生器4产生的龙卷风经过气旋发生管4.2的出气口后连接气体循环管13，气体循环管13通过单流阀11连接到气动悬浮加料箱9，利用龙卷风发生器4生成的气体尾气对气动悬浮加料箱9内的药剂提供初始悬浮力，不仅实现了气体的循环利用，而且提供了药剂的初始悬浮力，进一步降低了能耗；

[0041] 当连续油管的压力升至设定值15-25兆帕时，说明地层改造完成，此时，供料口处停止加入药剂；

[0042] 3、药剂停止加入后，空气压缩机和高压泵继续打压一段时间，之后，先将高压泵6停止，高压液体停止注入，再停止空气压缩机8；然后，先拆除龙卷风发生器4和气动悬浮加料箱9及管线，再拆除高压泵6和连续油管1，完成整个药剂注入过程。

[0043] 以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。