一种气溶胶发生器及应用装置和使用方法与流程

本发明涉及稠油开采开发，特别涉及一种气溶胶发生器及应用装置和使用方法。

背景技术：

1、当前稠油开采主要使用的热采工艺，普遍存在三个核心问题：一是蒸汽热损失大，浅薄层稠油开采时热损失率超40%；二是波及效率低，蒸汽超覆、气窜问题突出；三是降粘效果不均匀等。为此，稠油开采行业内开始探索采用注氮气加降粘剂气溶胶与蒸汽伴注的模式，通过气溶胶发生器将降粘剂雾化后与氮气混合与蒸汽一起注入地层，实现降粘、驱替一体化。

2、目前应用于采油的相关气溶胶发生器技术都存在结构相对简单，存在对生成的气溶胶控制不精细等问题。

3、而本公司于2025年申请的中国专利号为cn202511602904.6，专利名称为《一种利用气溶胶开发浅薄层超稠油的装置和方法》，该发明提供了一种浅薄层稠油油藏提高采收率的增产设备和工艺方法，即蒸汽复合气溶胶开发的气溶胶发生器设备和工艺技术，利用高压雾化喷嘴型气溶胶发生器和三级段塞工艺，与蒸汽吞吐协同，应用于浅薄层超稠油油藏开采施工。该专利的气溶胶设备已在新疆等地的稠油井进行了多次施工作业，均已达到预期效果，证明了氮气与降粘剂气溶胶与蒸汽伴注的三级段塞工艺的合理性。但是，该发明的气溶胶发生器仍然有改进空间，进而可以提供更好的活性气溶胶。

技术实现思路

1、本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种气溶胶发生器及应用装置和使用方法，本发明通过将气体和药剂经气溶胶发生器的螺旋预混、网扇切割、涡旋细化的三级渐进式结构，从而获得稳定的气液两相的活性气溶胶。

2、本发明提到的一种气溶胶发生器，其技术方案是：包括壳体，还包括进口端板、导流片、基管、切割网扇、涡旋扇叶、出口端板、气体进口、气溶胶出口、药剂进口，所述壳体的前端安装进口端板，后端安装出口端板，进口端板的上侧设有药剂进口，进口端板的外侧设有气体进口，所述壳体的内腔安装多级混合装置，所述多级混合装置包括导流片、基管、切割网扇和涡旋扇叶，在基管的前端外壁安装一组以上的螺旋形的导流片，形成初级混合腔；在基管的中后段安装一组以上的切割网扇，形成次级混合腔；在基管的后端安装一圈涡旋扇叶，形成终级混合腔；在所述出口端板的外侧安设气溶胶出口；气体和药剂分别进入进口端板进行分流，然后在由基管、壳体、导流片分隔形成的初级混合腔内进行第一次气液混合，形成初级混合物；再经过次级混合腔和终级混合腔的混合后，形成雾化的气溶胶，再通过气溶胶出口排出使用。

3、优选的，上述的进口端板的内腔设有气体分流腔、气体分流孔、药剂通道，所述进口端板内部设有一个气体分流腔、多个气体分流孔和一个药剂通道，气体分流腔分别与多个气体分流孔贯通，氮气经过气体分流腔和气体分流孔后，形成多股气流，进入壳体内腔。

4、优选的，上述的基管位于壳体的内腔并保持同心，采用多组螺旋形的导流片，盘绕在基管和壳体之间，将基管和壳体之间的环空分隔形成多个导流通道，每个导流通道均为沿壳体和基管的环空呈螺旋走向，介质进入导流通道后，形成多个螺旋走向的介质流。

5、优选的，上述的基管位于多个导流通道的侧壁上，分别设置多组毛细孔，每组毛细孔呈螺旋状均匀阵列分布，药剂沿着药剂进口、药剂通道、基管和毛细孔进入到多个导流通道内与气体混合。

6、优选的，上述的终级混合腔由壳体和基管之间的环空内设置的多个涡旋扇叶组成，涡旋扇叶呈圆周均匀阵列分布，涡旋扇叶与基管的轴线有5度-30度的夹角，并且相邻的涡旋扇叶在轴向方向有扇叶重叠区。

7、优选的，上述的切割网扇采用三组，每组切割网扇包括环形网、钢环、内钢环和固定压条，所述钢环和内钢环之间安装环形网，并通过固定压条压在环形网上，所述钢环与壳体内壁接触，内钢环与基管连接。

8、本发明提到的一种采用气溶胶发生器的应用装置，其技术方案是：包括气溶胶发生器、进气管路、气溶胶出口管路、药剂进口管路、高压过滤器、第一药剂进口管路、第二药剂进口管路、第一药剂泵、第一药剂箱、电控单元、第二药剂箱、第二药剂泵，所述气溶胶发生器的气体进口连接进气管路，药剂进口连接药剂进口管路，气溶胶发生器的出口端连接气溶胶出口管路；所述药剂进口管路分两路，分别通过第一药剂进口管路连接第一药剂泵和第一药剂箱，另一路通过第二药剂进口管路连接第二药剂泵和第二药剂箱；其中，气溶胶发生器内设有初级混合腔、次级混合腔、终级混合腔，气液混合物在初级混合腔内进行第一次气液混合，形成初级混合物，再经过次级混合腔和终级混合腔的混合后，形成雾化的气溶胶，再通过气溶胶出口排出使用。

9、优选的，上述的壳体的后端下侧设有排空口，上侧设有常规模式药剂进口，并通过常规模式管路和常规模式阀门连接到药剂进口管路；在所述的进气管路上安装进气管路流量计、进气管路压力变送器、进气管路单向阀和作业阀门，在进气管路单向阀和作业阀门之间并联吹扫管路到药剂进口管路，且在吹扫管路上安装吹扫阀门；所述排空口下安装排空阀门，气溶胶出口外安装气溶胶出口压力变送器。

10、优选的，上述的药剂进口管路上安装药剂进口单向阀和高压过滤器，且药剂进口管路的上端连接的第一药剂进口管路上安装第一药剂泵阀门、第一药剂管路单向阀、第一药剂管路流量计、第一药剂管路压力变送器、第一药剂泵、第一药剂泵进口过滤器和第一药剂箱出口阀门；药剂进口管路的进口端连接的第二药剂进口管路上安装第二药剂泵阀门、第二药剂管路单向阀、第二药剂管路流量计、第二药剂管路压力变送器、第二药剂泵、第二药剂泵进口过滤器、第二药剂箱出口阀门，且在药剂进口管路的上端安装安全溢流阀，安全溢流阀的出口端连接到泄压管路。

11、本发明提到的气溶胶发生器的应用装置的使用方法，包括以下过程：

12、一、气溶胶施工作业工况：

13、（i）、先将进气管路与氮气发生设备连接，气溶胶出口管路与油田井口管线连接；关闭吹扫阀门，关闭常规模式阀门和排空阀门；

14、通过电控单元控制第一药剂箱出口阀门和第二药剂箱出口阀门的至少一个开启，将第一药剂箱内的药剂经过第一药剂泵送入到药剂进口管路，将第二药剂箱内的药剂经过第二药剂泵送入到药剂进口管路，然后经过高压过滤器和药剂进口单向阀进入到气溶胶发生器的药剂进口；在作业过程中，电控单元根据输入氮气情况调整药剂的注入量；

15、（ii）、在氮气进入气溶胶发生器后，经过进口端板的气体进口，先后经过气体分流腔和气体分流孔后，形成多股气流，进入壳体内腔的多个导流通道内形成多个螺旋状的旋转气流；而药剂在进入进口端板后沿着药剂通道推进进入到基管内，再沿着基管上的毛细孔喷出，被导流通道内的氮气气流吸走，以颗粒形式混入氮气，在气流中被冲击破碎雾化，实现在初级混合腔内的初步气液雾化混合，形成多股初级粒度的药剂颗粒混合气；

16、（iii）、经过初级混合腔之后进入次级混合腔，多股的药剂颗粒混合气由于经过螺旋状的导流通道时产生的旋转力，在进入次级混合腔内后由于惯性依然呈现螺旋状流动，经过切割网扇被进一步切割和细分，同时在切割网扇的切割力作用下减缓螺旋趋势成复合态旋流场，实现在次级混合腔内药剂颗粒混合气的进一步充分混合，形成基础的气溶胶混合物；

17、（iv）、经过在次级混合腔之后进入终级混合腔，由于涡旋扇叶与基管的轴线有夹角，并且相邻的涡旋扇叶在轴向方向有扇叶重叠区，使基础的气溶胶混合物在经过涡旋扇叶时，形成涡旋效应，将气溶胶混合物进一步的剪切破碎进而均质混合，最终将雾粒破碎细化成微米级，从而提升雾化的表面积，并且进一步稳定气体流场，使出口的气溶胶比例更加稳定，气溶胶品质更加均匀；

18、二、常规模式作业工况：

19、在不需要高质量气溶胶的常规伴注作业施工时，打开常规模式阀门，药剂通过常规模式管路直接进入气溶胶发生器的终级混合腔内；而氮气依然由气体进口、初级混合腔、次级混合腔进入终级混合腔，产生涡旋状氮气气流；在终级混合腔内，药剂在涡旋状氮气气流作用下，被冲击破碎搅动成弥散颗粒，混合在氮气中形成雾化混合物，完成常规的药剂与氮气的伴注作业施工；

20、三、管线吹扫工况：

21、作业结束后，需要对设备和管线进行清扫，关闭作业阀门，并打开排空阀门，先将残留介质排空，之后关闭排空阀门；打开吹扫阀门，用进气管路提供的氮气经过吹扫管路进入药剂进口管路及基管内，进一步吹扫附着的残留介质，使气溶胶发生器和各管路内保持清洁干燥。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：

23、1、本发明的气溶胶发生器内设置三个混合腔，包括初级混合腔、次级混合腔和终极混合腔，形成由螺旋预混、网扇切割、涡旋细化组成的三级渐进式的细化结构，最终将雾粒破碎细化成微米级，从而提升雾化的表面积，并且进一步稳定气体流场，使出口的气溶胶比例更加稳定，气溶胶品质更加均匀；

24、2、本发明为无喷嘴结构，不需要高频高压喷嘴，药剂泵也不需要高压；而是只需要将药剂输送到进液口即可，药剂由进液口进入基管后，通过毛细孔，被导流通道内的高压高速的氮气气流快速剪切吸走，以微小颗粒形式混入氮气，在气流中被冲击破碎雾化，在初级混合腔中形成初级粒度的药剂颗粒混合气；

25、3、本发明中的初级混合腔的导流片、次级混合腔的切割网扇、终极混合腔的涡旋扇叶全部为固定式结构，分别与基管或壳体连接，没有其他的高压高速旋转部件，保证了整个系统的稳定性和可靠性；

26、4、本发明兼顾气溶胶作业工况和常规伴注作业工况，施工作业灵活；

27、5、本发明具有管路吹扫清洁功能，可在施工结束后，在现场及时对设备进行清洁维护，确保设备清洁，避免腐蚀。