一種超臨界二氧化碳脈沖射流油管清污裝置及方法與流程

技術領域

本發明屬于油氣工程中油管清污的設備及工藝領域，涉及一種超臨界二氧化碳脈沖射流油管清污裝置及方法。

背景技術：

油氣工業中，油管是非常常見的井下用具，使用量大，直接影響采油成本。油管工作一定時間后，內外壁會附著油污、蠟垢和其它雜質，使油井生產效率降低，甚至停產，需要修井對油管進行清污修復。為避免井下事故，清污前須將油管提出油井。如何提高油管清污效果和效率，降低清污成本，技術人員一直在努力探索更好的工藝技術。

目前，常用的油管清污方法包括熱浸泡清污，中頻加熱機械法清污和高壓水射流清污等。熱浸泡清污的缺點是開放環境下能耗高、能效低，添加化學試劑后，環境污染嚴重，工作條件惡劣，對于厚度較大的污垢的清污效果不理想，清污液排放受限制；中頻加熱機械法的缺點是消耗電能大，成本高，清污效果不理想，鋼絲刷需要頻繁更換；高壓水射流清污的主要缺點是對于黏度較大或者含蠟較高的油污的清污效果不理想，冬季尤為明顯。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，提供一種超臨界二氧化碳脈沖射流油管清污裝置及方法，其是采用超臨界態的二氧化碳為清污介質，通過清污室端蓋和內壁上的自激振蕩脈沖噴嘴形成高速脈沖射流，對油管內外壁污垢進行脈沖射流脈動沖刷。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種超臨界二氧化碳脈沖射流油管清污裝置，其特征在于：包括超臨界二氧化碳發生裝置和用于容納油管的清污室，所述清污室一端設有對著油管管口的中心自激振蕩脈沖噴嘴，所述清污室上下側設有多個對著油管外壁的側自激振蕩脈沖噴嘴，所述中心自激振蕩脈沖噴嘴和多個側自激振蕩脈沖噴嘴分別通過管道與超臨界二氧化碳發生裝置相連，油管置于清污室內時，油管外壁與清污室內壁形成間隙，清污室底部設有排污口。

作為改進，該超臨界二氧化碳脈沖射流油管清污裝置還包括回收裝置和加熱裝置，所述加熱裝置用于給清污室加熱，增強超臨界二氧化碳對油管的清污效果；所述回收裝置包括油氣分離裝置和二氧化碳氣體壓縮裝置，油氣分離裝置用于對清污室內排出的超臨界二氧化碳油污混合物進行分離，其通過管道與清污室的排污口相連，油氣分離裝置底部設有原油排出口，二氧化碳氣體壓縮裝置入口和出口分別通過氣體管道與油氣分離裝置和超臨界二氧化碳發生裝置相連，二氧化碳氣體壓縮裝置用于將油氣分離裝置分離出來的二氧化碳氣體壓縮，然后送入超臨界二氧化碳發生裝置產生超臨界二氧化碳，實現二氧化碳的循環使用。

作為改進，所述超臨界二氧化碳發生裝置包括高壓泵一、高壓泵二、超臨界二氧化碳儲存裝置一、超臨界二氧化碳儲存裝置二、以及依次通過管道相連的氣態二氧化碳儲存裝置、制冷裝置和液態二氧化碳儲存裝置，所述制冷裝置用于將氣態二氧化碳儲存裝置內氣態二氧化碳冷卻成液態然后送入液態二氧化碳儲存裝置，所述氣態二氧化碳儲存裝置底部通過管道與回收裝置的二氧化碳氣體壓縮裝置出口相連；所述液態二氧化碳儲存裝置內存儲的液態二氧化碳出口分兩路，一路通過高壓泵一送往超臨界二氧化碳儲存裝置一，另一路通過高壓泵二送往超臨界二氧化碳儲存裝置二；所述超臨界二氧化碳儲存裝置一和超臨界二氧化碳儲存裝置二分別通過管道與側自激振蕩脈沖噴嘴和中心自激振蕩脈沖噴嘴相連，所述加熱裝置給超臨界二氧化碳儲存裝置一和超臨界二氧化碳儲存裝置二加熱。

一種采用上述超臨界二氧化碳脈沖射流油管清污裝置對油管進行清污的方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟一、將氣源二氧化碳充入氣態二氧化碳儲存裝置中，儲氣壓力應為4～5MPa，氣態二氧化碳經制冷裝置降溫至-20～5℃，氣態二氧化碳轉變為液態儲存于液態二氧化碳儲存裝置中；

步驟二、高壓泵一和高壓泵二分別從液態二氧化碳儲存裝置中抽吸液態二氧化碳并加壓至15～20MPa送入超臨界二氧化碳儲存裝置一和超臨界二氧化碳儲存裝置二中，加熱裝置將超臨界二氧化碳儲存裝置一、超臨界二氧化碳儲存裝置二和清污室均升溫至31.06～90℃，液態二氧化碳經高壓泵一和高壓泵二增壓和加熱裝置升溫轉變為超臨界態，超臨界二氧化碳通過管道分別從中心自激振蕩脈沖噴嘴和側自激振蕩脈沖噴嘴形成脈沖射流對油管的內、外壁面進行脈動沖刷、清洗；

步驟三、中心自激振蕩脈沖噴嘴噴出的高速超臨界二氧化碳脈沖射流對油管內壁污垢進行脈動沖刷、溶解，同時側自激振蕩脈沖噴嘴噴出的超臨界二氧化碳脈沖射流對油管外壁污垢進行脈動沖刷、溶解；污垢在超臨界二氧化碳強溶解作用、脈沖射流脈動沖刷作用和熱作用下，從管壁清除下來；

步驟四、清污后的超臨界二氧化碳和含油污垢通過清污室底部排污口排出，然后通過管道送入油氣分離裝置，壓力降低，超臨界二氧化碳轉變為氣態二氧化碳與油污分離，油氣分離裝置分離的原油通過原油排出口排出，氣態二氧化碳通過二氧化碳氣體壓縮裝置壓縮后送入氣態二氧化碳儲存裝置循環利用。

作為優選，所述步驟二中，中心自激振蕩脈沖噴嘴和側自激振蕩脈沖噴嘴形成的超臨界二氧化碳脈沖射流脈沖頻率為30～80Hz。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：利用超臨界二氧化碳作為清污介質，由于超臨界二氧化碳對高分子有機物有較強的溶解能力，在清污過程中能有效的溶解油污，而不需添加大量的化學試劑，避免了潛在的環境污染問題；利用自激振蕩脈沖噴嘴形成高速超臨界二氧化碳脈沖射流對油管內外壁進行脈沖沖刷，射流脈沖沖擊產生的間斷沖刷作用，能有效的剝離固結于油管內外壁的污垢，可顯著增強清污效果，提高清污效率。超臨界二氧化碳流體的黏度低、表面張力接近于零、擴散系數大，脈沖射流能量損失比高壓水射流低，可提高射流對管壁污垢的沖刷清洗作用，同時提高能量的利用率，降低能耗；超臨界二氧化碳降壓轉變為氣態二氧化碳即可實現原油的分離回收，氣態二氧化碳可循環利用，同時避免了污染物的排放；清污室的密閉加熱環境，有利于清洗污垢，減少熱量的耗散，有利于提高能量的利用率；二氧化碳的凝固點極低，在環境溫度較低的條件下，該裝置和方法仍可正常運行，避免了高壓水射流清污方法中水結冰的問題。因此，本裝置和方法，原理科學，安全高效，節能環保，具有良好的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明裝置結構和工藝流程圖。

圖2為自激振蕩脈沖噴嘴剖視圖。

圖例：1-氣態二氧化碳儲存裝置，2-制冷裝置，3-液態二氧化碳儲存裝置，4-高壓泵一，5-高壓泵二，6-超臨界二氧化碳儲存裝置一，7-超臨界二氧化碳儲存裝置二，8-加熱裝置，9-中心自激振蕩脈沖噴嘴，10-側自激振蕩脈沖噴嘴，11-清污室，12-油管，13間隙，14清污室端蓋，15-原油排出口，16-油氣分離裝置，17-二氧化碳氣體壓縮裝置，18-上噴嘴，19-下噴嘴，20-熱水管線，21-二氧化碳管線。

具體實施方式

下面結合附圖，通過實施例對本發明作進一步說明。

如圖1所示，本發明的主體結構包括氣態二氧化碳儲存裝置1、制冷裝置2、液態二氧化碳儲存裝置3、高壓泵一4、高壓泵二5、超臨界二氧化碳儲存裝置一6、超臨界二氧化碳儲存裝置二7、加熱裝置8、中心自激振蕩脈沖噴嘴9、側自激振蕩脈沖噴嘴10、清污室11、油管12、清污室端蓋14、原油排出口15、油氣分離裝置16、二氧化碳氣體壓縮裝置17，以及熱水管線20和二氧化碳管線21。

氣態二氧化碳儲存裝置1右端通過管道連接制冷裝置2，下部連接返回循環二氧化碳的二氧化碳氣體壓縮裝置17的出口；制冷裝置2右端連接液態二氧化碳儲存裝置3；高壓泵一4進口與液態二氧化碳儲存裝置3相連，出口連接超臨界二氧化碳儲存裝置一6，超臨界二氧化碳儲存裝置一6右端連接安裝在清污室內壁的側自激振蕩脈沖噴嘴10；高壓泵二5進口與液態二氧化碳儲存裝置3相連，出口連接超臨界二氧化碳儲存裝置二7，超臨界二氧化碳儲存裝置二7右端連接安裝在清污室端蓋14的中心自激振蕩脈沖噴嘴9；所述加熱裝置8為水浴加熱箱，水浴加熱箱通過熱水管線20給超臨界二氧化碳儲存裝置一6、超臨界二氧化碳儲存裝置二7以及清污室11加熱。油管12放置于清污室11內部，油管12左端管口與清污室端蓋14相連；油管12外壁與清污室11內壁形成間隙13；清污室11底部的排污口通過管道連接油氣分離裝置16右端進口，油氣分離裝置16下部為原油排出口15，油氣分離裝置16左端出口與二氧化碳氣體壓縮裝置17入口相連。

所述中心自激振蕩脈沖噴嘴9和側自激振蕩脈沖噴嘴10均為亥姆霍茲脈沖噴嘴。

圖2中：18為自激振蕩脈沖噴嘴的上噴嘴，19為自激振蕩脈沖噴嘴的下噴嘴。

本實施例采用超臨界二氧化碳脈沖射流油管清污裝置對油管進行清污包括以下具體步驟：

(1)將氣源二氧化碳充入氣態二氧化碳儲存裝置1中，儲氣壓力為4～5MPa，氣態二氧化碳經制冷裝置2降溫至-20～5℃，氣態二氧化碳轉變為液態儲存于液態二氧化碳儲存裝置3中；

(2)高壓泵一4和高壓泵二5分別從液態二氧化碳儲存裝置3中抽吸液態二氧化碳并加壓至15～20MPa，水浴加熱箱將對超臨界二氧化碳儲存裝置一6、超臨界二氧化碳儲存裝置二7和清污室11升溫至31.06～90℃，液態二氧化碳經高壓泵一4和高壓泵二5增壓和水浴加熱箱升溫轉變為超臨界二氧化碳，經過中心自激振蕩脈沖噴嘴9和側自激振蕩脈沖噴嘴10形成脈沖頻率30～80Hz的高速超臨界二氧化碳脈沖射流對油管12的內、外壁面進行脈動沖刷、清洗，清污室11的溫度和壓力均維持在超臨界點以上使二氧化碳處于超臨界態。

(3)中心自激振蕩脈沖噴嘴9噴出的高速超臨界二氧化碳脈沖射流對油管12內壁污垢進行脈動沖刷、溶解，同時側自激振蕩脈沖噴嘴10噴出的高速超臨界二氧化碳脈沖射流沖刷油管12外壁；污垢在超臨界二氧化碳強溶解作用、脈沖射流脈動沖刷作用和熱作用下，從管壁清除下來。

(4)攜帶污垢的超臨界二氧化碳通過清污室11底部的排污口排出達到油氣分離裝置，經過降壓過程，二氧化碳從超臨界態轉變為氣態與清洗下來的污垢分離；

(5)氣態二氧化碳經二氧化碳氣體壓縮裝置17增壓返回氣態二氧化碳儲存裝置1，循環利用。分離后的油污經排出口15排出回收利用；油管12清污完成。