一种油田堵水用10微米级沥青气溶胶发生器

本发明涉及油气田开发领域；尤其涉及一种油田堵水用10微米级沥青气溶胶发生器。

背景技术：

1、在油气田开发过程中，地层出现水侵的现象是一种非常常见的问题。随着油气井开发时间的变长，油气藏内部压力下降到一定程度后，水就会向油气藏的低压区域流动，进入生产井内部，使得原本纯度较高的生产井在水侵影响下，产出油气含水率不断上升，对开采油气产生不利的影响，进而影响油气采收率。因此，油气田堵水是提高油田采收率的重要手段之一。

2、目前，油田开采过程中通过堵水气溶胶堵水可以让注入的水均匀地驱替油气，减少水侵可以降低用于处理产出水的设备和人力成本；可以延长设备的使用寿命，减少油管，井下工具等设备的维修和更换频率，可以降低油管的腐蚀速率，从而减少油管更换的次数，降低生产成本；用堵水性气溶胶堵水防止水侵既能够维持地层的稳定性和井筒的完整性，也保障油气井的安全开采；减少对周围水体的污染风险，保护水资源和生态环境；堵水性气溶胶堵水可以减少产出水泄漏地面，污染土壤，破坏植被，影响周边生态系统，维护油气田周围的生态平衡，避免生态被破坏。

3、但是，目前主流的堵水用气溶胶发生器主要为：(1)美国ati-tda-6d气溶胶发生器，其便于携带，主要原理是通过本体内压缩的空气源来产生气溶胶，属于多分散离子发生方法。适用于多种场所；(2)德国atm211气溶胶发生器，它主要原理是通过高压容器，用压缩空气驱动，产生气溶胶，它主要特点是耐腐蚀，长时间稳定生成气溶胶。(3)吉泰精密仪器gti3990-02气溶胶发生器，主要原理是将气溶胶溶液注入后，进行加热，然后通过加入惰性气体助力，将蒸汽快速冷却生成多分散气溶胶烟雾喷射出去，具有快速加热系统，加热速度快，可产生高浓度的气溶胶。(4)重庆尚立仪器设备y09-g05型气溶胶发生器，该装置内部内置了一个气泵，用来提供载气，在其通过过滤器后进入雾化气嘴膨胀产生高流速，瓶内水溶液由于伯努利效应被一同吸出，最后经过喷嘴挡板筛选掉大液滴后，喷出气溶胶物质。(5)上海塔望智能科技nsf-ima撞击式液滴气溶胶发生器，通过高速气流撞击的方式将液体分散成小颗粒，形成1至3微米的气溶胶颗粒。

4、综上所述，目前现有技术主要存在的问题是：(1)加热蒸发/冷凝式气溶胶发生器存在能耗极高，对热敏性物质(如沥青)不友好，可能导致结焦，设备复杂，响应慢等问题。(2)超声波式气溶胶发生器对液体粘度和表面张力敏感，高粘度沥青会大幅度降低雾化效率甚至导致雾化失败，探头易损耗。(3)旋转盘离心式气溶胶发生器的高速旋转部件需要精密轴承，在含颗粒物流体中易磨损；设备体积相对庞大，维护要求高。

5、基于上述现有技术存在的不足，亟需一种新型堵水用气溶胶发生器来解决现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供了一种油田堵水用10微米级沥青气溶胶发生器。相比之下，本发明所涉及的发生器基于现有发生器结构优化后，因“内部混合与膨胀破碎”机理，在雾化效率和对付高粘度液体方面具有显著优势。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明涉及一种油田堵水用10微米级沥青气溶胶发生器，液体通道对称设置在气体通道的两侧；液体通道的出口、气体通道的出口均与混合腔5相通；混合腔5的下端设置发生器出口6。本发明所涉及的发生器的整体长度为90mm。本发明基于方便调节和管理气体和液体的速率，气体入口和液体入口分开设置，气体由气体入口1进入从出气孔4排出，液体由液体入口2进入经过主进液孔腔3后与出气孔4排出混合，气体和液体以一定速率在发生器内产生泡状流，再进入混合腔5；然后混相从发生器出口6中喷出得到气溶胶颗粒物。

4、优选地，所述气体通道的出口设置有多个出气孔4，且间距相等。

5、优选地，所述气体通道的进口直径为6mm，所述气体通道的壁厚为1mm。

6、优选地，所述液体通道的上端进液口转向弧度半径为5mm，下端转向弧度半径为5.5mm，底端为平滑曲面。

7、优选地，所述出气孔4的个数为6个，直径为20μm。

8、本发明经三组试验，一排(单排)设置6孔、两排12孔、三排18孔；最后得出：一排设置6孔的表现优于两排12孔(每排6孔)和三排18孔(每排6孔)的方案；本发明出气孔4设置为一排(单排)设置6孔的方案中剪切更加充分，没有明显的气体液体积压情况，但另外两种方案(两排12孔、三排18孔)明显可以看到气体出气孔处剪切不充分，并且有明显气体和液体积压，并且还产生了液体倒灌入气腔的情况，这类现象的出现会影响气溶胶发生器的制备效率，因此初步得出多排多孔方案的气体出气孔可能会相互影响，降低制备气溶胶的效率。

9、另外，本发明将出气孔4的直径设置为20μm；因出气孔直径与气溶胶颗粒物粒径呈显著正相关，直径越小粒径越小：本发明通过对5种出气孔直径的方案进行对比，目的是明确两者正相关规律。当出气孔4的直径从2000μm逐步减小至20μm时，出口气溶胶颗粒物粒径范围同步大幅缩小。因更小的出气孔4的直径能增强气体对液体的剪切力，结合雾化原理中“剪切力、表面张力共同影响液滴破碎”的机制，更易将高粘度沥青(150℃时粘度5～10cp)破碎为细小颗粒，为后续实现10微米级目标奠定基础。

10、优选地，所述发生器出口6的直径为2mm。本发明针对发生器出口的直径做了2种方案(直径为1mm和直径为2mm)；最终结果显示：在液体质量流量不变情况下，改变气体质量流量，发生器出口6的直径为2mm相较于出口直径1mm的方案有更好的通过性，对出口喷出的颗粒物粒径尺寸有着正向的影响，出口处喷出的颗粒物平均粒径更小，气溶胶流量更大更均匀，更易于流出，更不易于堵塞出口。

11、优选地，所述液体通道的进液孔腔直径为7.5mm，进液孔位置调整为与整体气溶胶发生器最顶端垂直。本发明对两种方案进行对比(进液孔腔直径为7.5mm和进液孔腔直径为6mm宽度)；

12、主进液孔腔宽度为6mm模型的仿真出来的出口气溶胶颗粒物粒径主要分布在0.71mm到0.93mm之间，然后对进液孔腔宽度为7.5mm的模型进行模拟，液体质量流量为0.003kg/s保持不变，气体的质量流量由0.003kg/s到0.012kg/s，以0.003单位往上增加模拟；更宽的进液孔腔可以使液体在进入雾化区前充分扩散，避免局部过载的影响，从而有利于生成尺寸更均匀的气溶胶颗粒，宽孔径允许更大的液体流量通过，降低堵塞的风险，从颗粒物粒径尺寸分布可以看到，更宽的进液孔宽度可以增强系统稳定性，产生的气溶胶颗粒物粒径更加均匀，能够适应更宽的气体液体质量流量比。

13、优选地，所述出气孔4与主进液腔3呈45°设置。

14、优选地，所述液体为液态沥青，气体为氮气，气液比为2～5；在150℃时，沥青处于液态状态，粘度约为5～10cp，显著高于水，因此需要较高的气体流速克服粘性力，表面张力为30～50mn/m，它影响液滴破碎临界条件；氮气的密度为0.81kg/m3，粘度为2.5×10-5pa·s。它主要作用为载气，通过动量传递促进沥青雾化，生成气溶胶颗粒。

15、本发明具有以下优点：

16、本发明基于气泡雾化原理，通过多参数协同优化，确定了最优发生器结构，其核心特征为“单排6孔出气、进液孔宽度7.5mm、出口直径2mm”；本发明将出气孔直径设置为20μm，对气溶胶粒径具有决定性控制作用。在此结构基础上，通过调控气液质量流量(液体：0.003～0.005kg/s，气体：0.003～0.02kg/s)，能够稳定制备出粒径介于8～13μm的目标气溶胶；该设计不仅有效规避了因孔径过小引发的堵塞风险和高能耗问题，也为后续研究提供了稳定可控的气溶胶来源。