一种连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置及其应用

摘要

本发明公开了一种连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置及其应用。所述装置包括设于钢管内的锁水模块、剪切震荡模块和储水混合模块。锁水模块可减缓二氧化碳的窜流问题，有利于超干二氧化碳泡沫的高效生成；剪切震荡模块，通过改变气液剪切模型的排列方式，建立新的超干二氧化碳泡沫流动通道，进而改变超干二氧化碳泡沫的流态，强化气液混合；储水混合模块，通过球形储水格进行二次储水，并与后续气体混合，抑制气液段塞流的发生，提高超干二氧化碳泡沫的再生成能力，抑制粉煤灰颗粒的团聚、沉积现象。本发明装置可在高温高压的苛刻环境下稳定工作；与连续油管配合作业，降低超干二氧化碳泡沫发生的难度和复杂程度，利于超干二氧化碳泡沫体系的推广应用。

权利要求

1.一种连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置，包括锁水模块、剪切震荡模块和储水混合模块，均设于一钢管内；

所述钢管内，沿所述超干二氧化碳泡沫发生装置的注入口与排出口依次设置一级螺旋导流槽、所述锁水模块、二级螺旋导流槽、所述剪切震荡模块、三级螺旋导流槽、储水混合模块和四级螺旋导流槽；

所述锁水模块包括沿气液流动方向依次布置的若干排毛细锁水孔板，每相邻两个所述毛细锁水孔板之间设有一排漏斗形导流管，所述漏斗形导流管的大口作为气液入口；沿气液流动方向，所述漏斗形导流管的尺寸逐渐减小；

所述剪切震荡模块包括沿气液流动方向依次布置的若干毛细孔板，每相邻两排所述毛细孔板之间设有一组气液剪切模型；每组所述气液剪切模型包括依次配合的第一排气液剪切模型、第二排气液剪切模型和第三排气液剪切模型；

沿气液流动方向，所述第一排气液剪切模型包括若干柱体Ⅰ，所述柱体Ⅰ由半球体Ⅰ、同心圆柱体Ⅰ和圆台Ⅰ组成，所述圆台Ⅰ的大口径端与所述同心圆柱体Ⅰ配合；所述第二排气液剪切模型包括若干柱体Ⅱ，所述柱体Ⅱ由半球体Ⅱ、同心圆柱体Ⅱ和圆台Ⅱ组成，所述圆台Ⅱ的大口径端与所述同心圆柱体Ⅱ配合；所述第三排气液剪切模型包括若干柱体Ⅲ，所述柱体Ⅲ由半球体Ⅲ、同心圆柱体Ⅲ和圆台Ⅲ组成，所述圆台Ⅲ的大口径端与所述同心圆柱体Ⅲ配合；所述柱体Ⅰ固定于所述柱体Ⅱ上，所述柱体Ⅱ固定于所述柱体Ⅲ上，所述柱体Ⅲ固定于所述毛细孔板上；若干所述柱体Ⅰ紧密排列形成的缝隙作为气液流动通道Ⅰ，若干所述柱体Ⅱ紧密排列形成的缝隙作为气液流动通道Ⅱ，若干所述柱体Ⅲ紧密排列形成的缝隙作为气液流动通道Ⅲ，所述气液流动通道Ⅰ、所述气液流动通道Ⅱ与所述气液流动通道Ⅲ交错布置；其中，所述柱体Ⅰ和所述柱体Ⅱ分别通过所述半球体Ⅱ和所述半球体Ⅲ上设置的凹槽固定；所述圆台Ⅰ与三个所述半球体Ⅱ上的三个所述凹槽形成的腔体配合；所述圆台Ⅱ与三个所述半球体Ⅲ上的三个所述凹槽形成的腔体配合；

所述储水混合模块包括沿气液流动方向依次布置的若干毛细储水孔板，每相邻两个所述毛细储水孔板之间设有一排储水球棍模型；所述储水球棍模型包括若干由立方体型球棍单元，每个所述立方体型球棍单元包括漏斗形进液口、球形储水格和毛细排出管；所述毛细排出管与所述毛细储水孔板上的毛细通道连通；其中，所述储水混合模块包括3 5排所述储~

水球棍模型；所述立方体型球棍单元的边长为5mm 25mm；所述漏斗形进液口的尺寸为：下底~

面直径为4mm 7mm，上底面直径为7mm 20mm，高为1mm 8mm；所述球形储水格的直径为3mm~ ~ ~ ~

10mm；所述毛细排出管的直径为0.5mm 2mm；沿气液流动方向，所述立方体型球棍单元的尺~

寸逐渐减小；每个所述球形储水格与4 9根所述毛细排出管连接。

~

2.根据权利要求1所述的连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置，其特征在于：所述锁水模块、所述剪切震荡模块和所述储水混合模块均通过外螺纹安装于所述钢管的内壁上。

3.根据权利要求1或2所述的连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置，其特征在于：所述锁水模块包括3 5排所述漏斗形导流管；

~

所述漏斗形导流管的表面设置为粗糙倒刺表面，并且表面经过亲水性处理；

所述毛细锁水孔板的孔眼直径为0.5mm 3mm，厚度为2cm 3cm，表面进行亲水性处理。

~ ~

4.根据权利要求3所述的连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置，其特征在于：所述剪切震荡模块包括3 5组所述气液剪切模型，且沿气液流动的方向，所述气液剪切模型的直径~

依次减小，所述气液剪切模型的直径指的是组成模型的柱体的直径；

所述柱体Ⅰ、所述柱体Ⅱ和所述柱体Ⅲ的直径均为5mm 14mm，~

所述的毛细孔板的孔眼直径为0.5mm 2mm，所述毛细孔板的厚度为2cm 3cm。

~ ~

5.根据权利要求4所述的连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置，其特征在于：所述锁水模块的入口和出口处、所述剪切震荡模块的入口和出口处以及所述储水混合模块的入口和出口处均设有安全阀，所述安全阀设于所述钢管的侧壁上。

6.根据权利要求5所述的连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置，其特征在于：所述一级螺旋导流槽、所述二级螺旋导流槽、所述三级螺旋导流槽和所述四级螺旋导流槽的螺旋横截面直径均为76.0mm 76.5mm，螺距均为0.2m 0.25m，共有5 8圈，螺旋导流槽深度均为~ ~ ~

5mm 7mm。

~

7.权利要求1‑6中任一项所述连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置在制备连续油管用超干二氧化碳泡沫中的应用。

8.一种连续油管用超干二氧化碳泡沫的制备方法，包括如下步骤：（1）试压：将权利要求1‑6中任一项所述连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置的注入口通过连续油管连接器与连续油管相连接，排出口用法兰密封，向所述注入口注入高压二氧化碳，维持压力在50 80MPa，憋压30 40分钟，不刺不漏即为合格；

~ ~

（2）发泡：通过泵车向连续油管内注入高压二氧化碳和分散着粉煤灰颗粒的起泡剂溶液，当气液固三相流经所述锁水模块，所述锁水模块抑制二氧化碳气窜，促使粉煤灰颗粒分散在液膜表面，有利于超干泡沫的生成，抑制粉煤灰颗粒的团聚；初步生成的超干二氧化碳泡沫通过所述剪切震荡模块改变超干二氧化碳泡沫的流动通道，通过剪切震荡作用，粉煤灰颗粒均匀分散在超干二氧化碳泡沫液膜上，增强超干二氧化碳泡沫的稳定性；超干二氧化碳泡沫通过所述储水混合模块促进超干泡沫的二次生成，进一步抑制二氧化碳气体的窜流。

说明书

一种连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置及其应用，属于碳封存及利用技术和粉煤灰综合利用装备技术领域。

背景技术

[0002] 随着全球化石燃料的过度消耗，大气中的二氧化碳浓度不断上升，导致全球气候变暖，危害生态平衡。为解决二氧化碳温室气体所引起的全球环境变化问题，碳封存及利用
技术越来越受到重视。二氧化碳泡沫驱油不仅是一项应用广泛的强化碳封存技术，同时也
是提高原油采收率的重要手段。特别是采用超干二氧化碳泡沫(含水量低于10％)作业可以
进一步提高二氧化碳的封存率和利用率。然而，二氧化碳泡沫是一种由气液两相组成的热
力学不稳定体系，并且超干二氧化碳泡沫还具有液膜薄、膜内压差高、内相扩散性强的特
点，均会进一步加速泡沫的破灭。针对这些问题，粉煤灰颗粒被用于提升超干二氧化碳泡沫
液膜强度和结构稳定性。经过粉煤灰固相颗粒吸附层强化的二氧化碳泡沫液膜刚性提升，
控制气相扩散、气液分离、气相窜流等现象的能力增强。

[0003] 目前，油田主要通过地面成型发泡、井下成形发泡、地层发泡等方式进行泡沫发生。地面成型发泡存在泡沫管流时间长、井筒摩阻高的问题。传统地面泡沫发生装置主要针
对的是含气率在50％～70％的泡沫，由于气体的可压缩性，获取井底高压下的含气率90％
以上超干泡沫需要在地面设计更高的含气率，这会导致地面成型发泡的难度大幅提高。此
外，地层发泡主要包括气液共注和气液交替注入两种方式，但受地层各类复杂条件的限制，
也不利于超干泡沫的可控生成。采用连续油管的井下发泡形式可在井筒底部生成高压超干
泡沫，既可以减小井筒摩阻，也有利于降低超干泡沫的生成难度。

[0004] 对于粉煤灰强化超干泡沫体系，粉煤灰颗粒容易在二氧化碳泡沫体系内团聚、沉积，低剪切下难以均匀分散在液膜表面；同时粉煤灰颗粒附着在气液界面上需要消耗一定
量的吸附能，传统的井下泡沫发生器通过螺旋式、挡板式装置不足以提供强烈的剪切能，难
以达到充分补充粉煤灰颗粒界面吸附能的效果。此外，超干二氧化碳泡沫是由超低含液量
的多面体单元的气泡组成，还存在起泡难、消泡快的问题，采用传统的井下泡沫发生器难以
获取致密均匀的超干二氧化碳泡沫体系。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置及其应用，该泡沫发生装置克服了现有装置难以形成均匀超干泡沫的不足。同时，本发明中的超干泡沫发
生装置可以配合连续油管工作，能够承受高温高压的井筒作业环境。通过紧凑的泡沫发生
模块产生多面体空间结构的超低含水气泡，抑制二氧化碳的气窜，实现二氧化碳的流度控
制和粉煤灰的有效利用，进而达到二氧化碳‑粉煤灰的地质双封存和超低耗水驱油的有益
效果，从而满足干旱缺水地区的油藏开发作业。

[0006] 本发明所提供的连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置，主要包括锁水模块、剪切震荡模块和储水混合模块，均设于一钢管内；

[0007] 所述钢管内，沿所述超干二氧化碳泡沫发生装置的注入口与排出口依次设置一级螺旋导流槽、所述锁水模块、二级螺旋导流槽、所述剪切震荡模块、三级螺旋导流槽、储水混
合模块和四级螺旋导流槽；

[0008] 所述注入口与连续油管连接器通过外螺纹相互连接，连续油管连接器通过外螺纹连接在连续油管上；

[0009] 所述锁水模块包括沿气液流动方向依次布置的若干排毛细锁水孔板，每相邻两排所述毛细锁水孔板之间设有一排漏斗形导流管，所述漏斗形导流管的大口作为气液入口；
沿气液流动方向，所述漏斗形导流管的尺寸逐渐减小；

[0010] 所述剪切震荡模块包括沿气液流动方向依次布置的若干毛细孔板，每相邻两个所述毛细孔板之间设有一组气液剪切模型；所述气液剪切模型包括依次配合的第一排气液剪
切模型、第二排气液剪切模型和第三排气液剪切模型；

[0011] 沿气液流动方向，所述第一排气液剪切模型包括若干柱体Ⅰ，所述柱体Ⅰ由半球体Ⅰ、同心圆柱体Ⅰ和圆台Ⅰ组成，所述圆台Ⅰ的大口径端与所述同心圆柱体Ⅰ配合；所述第二排
气液剪切模型包括若干柱体Ⅱ，所述柱体Ⅰ由半球体Ⅱ、同心圆柱体Ⅱ和圆台Ⅱ组成，所述
圆台Ⅱ的大口径端与所述同心圆柱体Ⅱ配合；所述第三排气液剪切模型包括若干柱体Ⅲ，
所述柱体Ⅲ由半球体Ⅲ、同心圆柱体Ⅲ和圆台Ⅲ组成，所述圆台Ⅲ的大口径端与所述同心
圆柱体Ⅲ配合；所述柱体Ⅰ固定于所述柱体Ⅱ上，所述柱体Ⅱ固定于所述柱体Ⅲ上，所述柱
体Ⅲ固定于所述毛细孔板上；若干所述柱体Ⅰ紧密排列形成的缝隙作为气液流动通道Ⅰ，若
干所述柱体Ⅱ紧密排列形成的缝隙作为气液流动通道Ⅱ，若干所述柱体Ⅲ紧密排列形成的
缝隙作为气液流动通道Ⅲ，所述气液流动通道Ⅰ、所述气液流动通道Ⅱ与所述气液流动通道
Ⅲ交错布置；

[0012] 所述储水混合模块包括沿气液流动方向依次布置的若干毛细储水孔板，每相邻两个所述毛细储水孔板之间设有一排储水球棍模型；所述储水球棍模型包括若干由立方体型
球棍单元，每个所述立方体型球棍单元包括漏斗形进液口、球形储水格和毛细排出管；所述
毛细排出管与所述毛细储水孔板上的毛细通道连通。

[0013] 上述的连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置中，所述锁水模块、所述剪切震荡模块和所述储水混合模块均通过外螺纹安装于所述钢管的内壁上，稳定性较高；

[0014] 其中，所述锁水模块中，一端的所述毛细锁水孔板与外筒为焊接固定，另一端的所述毛细锁水孔板与外筒为螺纹配合；

[0015] 所述剪切震荡模块中，一端的所述毛细孔板与外筒为焊接固定，另一端的所述毛细孔板与外筒为螺纹配合；

[0016] 所述储水混合模块中，一端的所述毛细储水孔板与外筒为焊接固定，另一端的所述毛细储水孔板与外筒为螺纹配合。

[0017] 上述的连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置中，所述锁水模块包括3～5排所述漏斗形导流管；

[0018] 所述漏斗形导流管的表面设置为粗糙倒刺表面，并且表面经过亲水性处理，以增强其表面的亲水性；

[0019] 所述毛细锁水孔板的孔眼直径为0.5mm～3mm，厚度为2cm～3cm，表面进行亲水性处理，降低管壁与液体的界面张力，提高所述毛细锁水孔板的储水能力。通过提高所述漏斗
形导流管和所述毛细锁水孔板的锁水能力，不仅能减缓二氧化碳的气窜，抑制二氧化碳、粉
煤灰颗粒和起泡剂溶液的三相分离，促进气液固三相充分均匀混合；还可以对气液固三相
进行强烈的剪切，通过提供大量的剪切能，初步形成超干二氧化碳泡沫。

[0020] 上述的连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置中，所述柱体Ⅰ和所述柱体Ⅱ分别通过所述半球体Ⅱ和所述半球体Ⅲ上设置的凹槽固定；

[0021] 所述圆台Ⅰ与三个所述半球体Ⅱ上的三个所述凹槽形成的腔体配合；

[0022] 所述圆台Ⅱ与三个所述半球体Ⅲ上的三个所述凹槽形成的腔体配合，通过上述配合形成交错的气液流动通道；

[0023] 所述剪切震荡模块包括3～5组所述气液剪切模型，且沿气液流动的方向，所述气液剪切模型的直径依次减小，所述气液剪切模型的直径指的是组成模型的柱体的直径；

[0024] 设置多组所述剪切震荡模块的作用是逐渐提高对超干二氧化碳泡沫的剪切力，同时通过改变超干二氧化碳泡沫的流动通道，增强紊流效果，有利于粉煤灰颗粒的分散；

[0025] 所述柱体Ⅰ、所述柱体Ⅱ和所述柱体Ⅲ的直径均为5mm～14mm；

[0026] 所述的毛细孔板的孔眼直径为0.5mm～2mm，所述毛细孔板的厚度为2cm～3cm；所述毛细孔板的作用是固定气液剪切模型，并促进气相在液相中分散。

[0027] 上述的连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置中，所述储水混合模块包括3～5排所述储水球棍模型；利用多排球棍模型，为气液混合提供充分的剪切能，以促进生成致密均
匀稳定的超干泡沫。同时，通过球形储水模块保留部分液相，并与后续气体混合，抑制气液
段塞流的发生，提高超干二氧化碳泡沫的生成效率；

[0028] 所述立方体型球棍单元的边长为5mm～25mm；

[0029] 所述漏斗形进液口的尺寸为：下底面直径为4mm～7mm，上底面直径为7mm～20mm，高为1mm～8mm；

[0030] 所述球形储水格的直径为3mm～10mm；

[0031] 所述毛细排出管的直径为0.5mm～2mm；

[0032] 沿气液流动方向，所述立方体型球棍单元的尺寸逐渐减小；

[0033] 每个所述球形储水格与4～9根所述毛细排出管连接；

[0034] 所述毛细储水孔板的孔眼直径为0.5mm～3mm，厚度为2cm～3cm；

[0035] 所述储水球棍模型的作用是通过所述球形储水格截留部分多余液相，并与后续气体混合，抑制气液段塞流的发生，提高超干二氧化碳泡沫的生成效率；

[0036] 所述毛细排出管的作用是辅助所述球形储水格储存水分，防止粉煤灰颗粒沉积在所述球形储水格，促进生成致密泡沫，提升所生成泡沫的稳定性。

[0037] 上述的连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置中，所述锁水模块的入口和出口处、所述剪切震荡模块的入口和出口处以及所述储水混合模块的入口和出口处均设有安全
阀，所述安全阀设于所述钢管的侧壁上；

[0038] 所述安全阀包括阀端盖、阀体和阀弹簧；

[0039] 设置所述安全阀的目的是保证所述钢管内压力保持在正常的范围内，保证连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置的正常工作。

[0040] 上述的连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置中，所述一级螺旋导流槽、所述二级螺旋导流槽、所述三级螺旋导流槽和所述四级螺旋导流槽的螺旋横截面直径均为76.0mm
～76.5mm，螺距均为0.2m～0.25m，共有5～8圈，螺旋导流槽深度均为5mm～7mm；

[0041] 当二氧化碳气体和分散着粉煤灰的起泡剂溶液通过所述一级螺旋导流槽时，通过涡流改变二氧化碳、粉煤灰颗粒、起泡剂溶液三相的流动状态，促进三相的初步混合；

[0042] 所述二级螺旋导流槽的作用是防止粉煤灰的沉积，利用涡流对气液固三相进行剪切；

[0043] 所述三级螺旋导流槽的主要作用是维持气液固三相混合状态的稳定性，并将流体引入所述储水混合模块；

[0044] 所述四级导流槽的作用是提高超干二氧化碳泡沫流体的紊流性，提升气泡膜间的相互作用，防止粉煤灰的脱落和聚集，维持泡沫液膜的界面强度，延长了泡沫的破灭时间。

[0045] 利用本发明装置形成连续油管用超干二氧化碳泡沫时，可按照下述步骤进行：

[0046] (1)试压：将所述连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置的注入口通过连续油管连接器与连续油管相连，排出口与下一级连续油管用超干二氧化碳泡沫入口相连接，通过3
～4级连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置的串联完成发生装置的组装；最后一级的连
续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置的排出口用法兰密封，向连续油管入口注入高压二氧
化碳，维持压力在50～80MPa，憋压30～40分钟，不刺不漏即为合格；

[0047] 试压结束后，通过油管入口释放二氧化碳，卸去连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置的压力；拆卸最后一级连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置出口的法兰，在第一
级连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置外围安装封隔器，并将组装好的连续油管用超干
二氧化碳泡沫发生装置放入井口，通过连续油管将泡沫发生装置运送到指定位置，通过封
隔器固定到指定位置；

[0048] (2)发泡：设置好相应的施工压力和排量，通过泵车向连续油管内注入高压二氧化碳和分散着粉煤灰颗粒的起泡剂溶液，当气液固三相流经所述锁水模块，所述锁水模块抑
制二氧化碳气窜，促使气相分散于液相中，初步生成的超干二氧化碳泡沫；通过所述剪切震
荡模块改变超干二氧化碳泡沫的流动通道，通过剪切震荡作用，粉煤灰颗粒均匀分散在超
干二氧化碳泡沫液膜上，增强超干二氧化碳泡沫的稳定性，超干二氧化碳泡沫通过所述储
水混合模块促进再次混合与生成，并与后续气体混合，抑制气液段塞流的发生，提高超干二
氧化碳泡沫的生成效率；当管内压力高于设定压力，通过所述安全阀卸去压力；

[0049] (3)排渣：当泡沫施工作业结束后，通过绞车回收油管，拆卸连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置，拆卸所述锁水模块、所述剪切震荡模块和所述储水混合模块，并用高压
水枪清洗连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置，清洗完毕后，依次把所述储水混合模块、
所述剪切震荡模块和所述锁水模块装入到钢管内。

[0050] 本发明具有如下有益效果：

[0051] (1)本发明提供的连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置，克服了现有装置的不足，可以形成致密均匀的超干二氧化碳泡沫，有利于提升传统二氧碳驱油技术的碳封存及
利用效率，并可以促进原油采收率的提高。

[0052] (2)本发明提供的连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置中的锁水模块，可减缓二氧化碳的窜流问题，有利于超干二氧化碳泡沫的高效率生成。

[0053] (3)本发明提供的连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置中的剪切震荡模块，通过改变气液剪切模型的排列方式，建立新的超干二氧化碳泡沫流动通道，进而改变超干二
氧化碳泡沫的流态，强化气液混合；通过改变气液剪切模型的尺寸来逐渐增强剪切作用，强
烈的剪切作用可以抑制粉煤灰颗粒的团聚作用，提高粉煤灰颗粒在液膜上的分散性，强化
超干二氧化碳泡沫的稳定性，提高粉煤灰颗粒的利用率，实现二氧化碳‑粉煤灰颗粒在油藏
中的气固双封存。

[0054] (4)本发明提供的连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置中的储水混合模块，通过球形储水格进行二次储水，并与后续气体混合，抑制气液段塞流的发生，提高超干二氧化
碳泡沫的再生成能力，抑制粉煤灰颗粒的团聚、沉积现象的发生。

[0055] (5)本发明解决了在超低含水量下难以形成泡沫的难题，降低了对水资源的依赖性，可以满足沙漠、戈壁、山区、丘陵等缺水、少水地区油气资源的开发利用。

[0056] (6)本发明提供的超干二氧化碳泡沫发生装置可以在高温高压的苛刻环境下稳定工作；泡沫发生装置与连续油管配合作业，施工作业简单，降低了超干二氧化碳泡沫发生的
难度和复杂程度，有利于超干二氧化碳泡沫体系的推广应用。

附图说明

[0057] 图1为本发明连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置的结构示意图；

[0058] 图2为本发明连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置中的锁水模块的局部放大图；

[0059] 图3为本发明连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置中的剪切震荡模块剖视图；

[0060] 图4为本发明连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置中的第一排气液剪切模型的示意图；

[0061] 图5为本发明连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置中的第二排气液剪切模型的示意图；

[0062] 图6为本发明连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置中的第二排气液剪切模型的正视图；

[0063] 图7为本发明连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置中的第一排气液剪切模型与第二排气液剪切模型配合的示意图；

[0064] 图8为本发明连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置中的立方体型球棍单元透视图；

[0065] 图中各标记如下：

[0066] 1.注入口，2.一级螺旋导流槽，3.漏斗形导流管进液口，4.安全阀，5.毛细锁水孔板，6.凸型内螺纹，7.漏斗形导流管出液口，8.泄压管，9.二级螺旋导流槽，10.第一排气液
剪切模型，11.第二排气液剪切模型，12.毛细孔板，13.三级螺旋导流槽，14.漏斗形进液口，
15.球形储水格，16.毛细排出管，17.毛细储水孔板，18.四级螺旋导流槽，19.排出口，20.储
水混合模块，21.安全阀弹簧，22.安全阀体，23.安全阀端盖。

具体实施方式

[0067] 下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

[0068] 本发明提供的连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置，其整体结构示意图如图1所示，包括设于一钢管内的锁水模块、剪切震荡模块和储水混合模块，钢管内，沿二氧化碳
泡沫发生装置的注入口1与排出口19依次设置一级螺旋导流槽2、锁水模块、二级螺旋导流
槽9、剪切震荡模块、三级螺旋导流槽13、储水混合模块20和四级螺旋导流槽18。

[0069] 本发明连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置的注入口1与连续油管连接器通过外螺纹相互连接，连续油管连接器通过外螺纹连接在连续油管上。当二氧化碳气体和分散
着粉煤灰的起泡剂溶液通过一级螺旋导流槽2时，通过涡流改变二氧化碳、粉煤灰颗粒、起
泡剂溶液三相的流动状态，促进三相的初步混合。在注入口1侧壁上开有与泄压管相连的安
全阀4。安全阀4的前端设有注气孔，安全阀4的结构包括阀端盖、阀体以及阀弹簧。安全阀4
的作用是当锁水模块发生堵塞，管道内的压力升高，当超过规定的数值时，通过泄压管8把
流体排出。

[0070] 其中，如图2所示，锁水模块包括沿气液流动方向依次布置的7排毛细锁水孔板5，每相邻两个毛细锁水孔板5之间设有一排漏斗形导流管，漏斗形导流管的大口作为气液入
口，即漏斗形导流管进液口3，另一端为漏斗形导流管出液口7。沿气液流动方向，漏斗形导
流管的尺寸逐渐减小，如图1所示。漏斗形导流管的表面设置为粗糙倒刺表面，并且表面经
过亲水性处理，以增强其表面的亲水性。毛细锁水孔板5的孔眼直径为1mm，厚度为2cm，表面
进行亲水性处理，降低管壁与液体的界面张力，提高所述毛细锁水孔板的储水能力。通过提
高漏斗形导流管和毛细锁水孔板5的锁水能力，不仅能减缓二氧化碳的气窜，抑制二氧化
碳、粉煤灰颗粒和起泡剂溶液的三相分离，促进气液固三相充分均匀混合；还可以对气液固
三相进行强烈的剪切，通过提供大量的剪切能，初步形成超干二氧化碳泡沫。钢管内壁上设
置有凸型内螺纹6，漏斗形导流管通过外螺纹安装在钢管内壁上，一端的毛细锁水孔板5通
过外螺纹安装在外筒上，另一端的毛细锁水孔板5焊接固定在外筒上。

[0071] 其中，剪切震荡模块包括沿气液流动方向依次布置的两个毛细孔板12，两个毛细孔板12之间设有一组气液剪切模型。该气液剪切模型包括依次配合的第一排气液剪切模型
10、第二排气液剪切模型11和第三排气液剪切模型，其剖面图如图3所示。沿气液流动方向，
第一排气液剪切模型包括若干柱体Ⅰ，如图4所示，柱体Ⅰ由半球体Ⅰ、同心圆柱体Ⅰ和圆台Ⅰ组
成，圆台Ⅰ的大口径端与同心圆柱体Ⅰ配合；第二排气液剪切模型包括若干柱体Ⅱ，柱体Ⅰ由
半球体Ⅱ、同心圆柱体Ⅱ和圆台Ⅱ组成，圆台Ⅱ的大口径端与同心圆柱体Ⅱ配合；第三排气
液剪切模型包括若干柱体Ⅲ，柱体Ⅲ由半球体Ⅲ、同心圆柱体Ⅲ和圆台Ⅲ组成，圆台Ⅲ的大
口径端与同心圆柱体Ⅲ配合。柱体Ⅰ、柱体Ⅱ和柱体Ⅲ的直径均为10mm。柱体Ⅰ和柱体Ⅱ分别
通过半球体Ⅱ和半球体Ⅲ上设置的凹槽固定，具体地，凹槽的设置如图5和图6所示，柱体Ⅰ
与柱体Ⅱ(柱体Ⅱ与柱体Ⅲ)配合的示意图如图7所示，圆台Ⅰ与三个半球体Ⅱ上的三个所述
凹槽形成的腔体配合，圆台Ⅱ与三个半球体Ⅲ上的三个凹槽形成的腔体配合，通过上述配
合形成交错的气液流动通道，即若干柱体Ⅰ紧密排列形成的缝隙(气液流动通道Ⅰ)、若干柱
体Ⅱ紧密排列形成的缝隙(气液流动通道Ⅱ)与若干柱体Ⅲ紧密排列形成的缝隙(气液流动
通道Ⅲ)，交错布置，以逐渐提高对超干二氧化碳泡沫的剪切力，同时通过改变超干二氧化
碳泡沫的流动通道，增强紊流效果，有利于粉煤灰颗粒的分散。由于柱体Ⅰ、柱体Ⅱ和柱体Ⅲ
之间是交错布置的，所以剪切震荡模块中会出现不完整的柱体Ⅱ和柱体Ⅲ，如图1所示。第
三排气液剪切模型由毛细孔板12支撑，提高装备的稳定性，同时为超干二氧化碳泡沫提供
流动通道，毛细孔板12的孔眼直径为1mm，厚度为2cm。剪切震荡模块通过螺纹与钢管内管壁
连接，提高剪切震荡模块的稳定性；一端的毛细孔板12通过外螺纹安装在外筒上，另一端的
毛细孔板12焊接固定在外筒上。

[0072] 本发明装置中剪切震荡模块还可包括3～5组气液剪切模型，且沿气液流动的方向，气液剪切模型的直径依次减小，气液剪切模型的直径指的是组成模型的柱体的直径。通
过设置多组剪切震荡模块的作用是逐渐提高对超干二氧化碳泡沫的剪切力，同时通过改变
超干二氧化碳泡沫的流动通道，增强紊流效果，有利于粉煤灰颗粒的分散。

[0073] 在剪切震荡模块的入口和出口处设置安全阀(包括安全阀端盖23、安全阀体22以及安全阀弹簧21)，防止储水混合模块的压力过高，而损害油管。

[0074] 其中，储水混合模块包括沿气液流动方向依次布置的4个毛细储水孔板17，每相邻两个毛细储水孔板17之间设有一排储水球棍模型，共形成3排储水球棍模型，每排储水球棍
模型包括若干由立方体型球棍单元，沿气液流动方向，立方体型球棍单元的尺寸逐渐减小。
如图8所示，每个立方体型球棍单元包括漏斗形进液口、球形储水格15和毛细排出管16，每
个球形储水格15与5根毛细排出管16连接。本发明中，储水球棍模型的作用是通过球形储水
格15截留部分多余液相，并与后续气体混合，抑制气液段塞流的发生，提高超干二氧化碳泡
沫的生成效率；毛细排出管16的作用是辅助球形储水格储存水分，防止粉煤灰颗粒沉积在
所述球形储水格，促进生成致密泡沫，提升所生成泡沫的稳定性。具体地，立方体型球棍单
元的边长为10mm，漏斗形进液口的尺寸为：下底面直径为4mm，上底面直径为8mm，高为4mm，
球形储水格15的直径为6mm，毛细排出管16的直径为1mm，毛细储水孔板17的孔眼直径为
1mm，厚度为2cm，该储水混合模块通过螺纹与钢管内管壁连接，提高剪切震荡模块的稳定
性；一端的毛细储水孔板17通过外螺纹安装在外筒上，另一端的毛细储水孔板17焊接固定
在外筒上。

[0075] 本发明通过4个毛细储水孔板17形成3排储水球棍模型，利用多排球棍模型，为气液混合提供充分的剪切能，以促进生成致密均匀稳定的超干泡沫。同时，通过球形储水模块
保留部分液相，并与后续气体混合，抑制气液段塞流的发生，提高超干二氧化碳泡沫的生成
效率。

[0076] 本发明连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置中，一级螺旋导流槽2、二级螺旋导流槽9和三级螺旋导流槽13的螺旋横截面直径均为76.5mm，螺距均为0.25m，共有8圈，螺旋
导流槽深度均为5mm。当二氧化碳气体和分散着粉煤灰的起泡剂溶液通过一级螺旋导流槽2
时，通过涡流改变二氧化碳、粉煤灰颗粒、起泡剂溶液三相的流动状态，促进三相的初步混
合；二级螺旋导流槽9的作用是防止粉煤灰的沉积，利用涡流对气液固三相进行强烈的剪
切；三级螺旋导流槽13的作用是引流超干二氧化碳泡沫进入储水混合模块；四级螺旋导流
槽18的作用是提高超干二氧化碳泡沫流体的紊流性，保持泡沫的高速流动能力，防止粉煤
灰在液膜的脱落和聚集，增强泡沫液膜的界面强度，延长了泡沫的破灭时间。

[0077] 采用本发明装置形成超干二氧化碳泡沫时，可按照下述步骤进行：

[0078] (1)试压：将连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置的注入口1通过连续油管连接器与连续油管相连，排出口19与下一级连续油管用超干二氧化碳泡沫入口相连接，通过3～
4级连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置的串联完成发生装置的组装；最后一级的连续
油管用超干二氧化碳泡沫发生装置的排出口用法兰密封，向连续油管入口注入高压二氧化
碳，维持压力在50MPa，憋压30分钟，不刺不漏即为合格；

[0079] 试压结束后，通过油管入口释放二氧化碳，卸去连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置的压力；拆卸最后一级连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置出口的法兰，在第一
级连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置外围安装封隔器，并将组装好的连续油管用超干
二氧化碳泡沫发生装置放入井口，通过连续油管将泡沫发生装置运送到指定位置，通过封
隔器固定到指定位置；

[0080] (2)发泡：设置好相应的施工压力和排量，通过泵车向连续油管内注入高压二氧化碳和分散着粉煤灰颗粒的起泡剂溶液，当气液固三相流经锁水模块，锁水模块抑制二氧化
碳气窜，促使粉煤灰颗粒分散在液膜表面，有利于超干泡沫的生成；初步生成的超干二氧化
碳泡沫通过剪切震荡模块改变超干二氧化碳泡沫的流动通道，通过剪切震荡作用，粉煤灰
颗粒均匀分散在超干二氧化碳泡沫液膜上，增强超干二氧化碳泡沫的稳定性，超干二氧化
碳泡沫通过所述储水混合模块促进超干泡沫的二次生成，进一步抑制二氧化碳气体的窜流
问题；当管内压力高于设定压力，通过所述安全阀卸去压力；

[0081] (3)排渣：当泡沫施工作业结束后，通过绞车回收油管，拆卸连续油管用超干二氧化碳泡沫发生装置，拆卸锁水模块、剪切震荡模块和储水混合模块，并用高压水枪清洗连续
油管用超干二氧化碳泡沫发生装置，清洗完毕后，依次把储水混合模块、剪切震荡模块和锁
水模块装入到钢管内。