齊40塊蒸汽驅自動混合均質取樣裝置研制及應用

楊公鵬 （中油遼河油田公司，遼寧 盤錦 124010）

1 原因分析

由水力學知識可知[2-5]，混合液體在管路中的流動狀態主要有2種：層流和紊流。層流是指液體質點呈互不混雜的線性狀或層狀流動，其特點是液流中各質點平行于管道軸線運動，流速較低，粘性力起主導作用。在層流狀態下，混合液體在油管中流動符合斯托克斯公式，即：

式中：v為流體的速度；ΔP為管路壓差；μ為流體粘度；L為油管長度；r0為油管半徑；r為變量（0-r0）。

由（1）式可知，在壓差一定的條件下，油管橫截面某一半徑圓上質點的運動速度與質點粘度成反比，由于混合液中的油、水粘度不同（μo＞μw），得出：

可見，vo＜vw，且油管中心軸處流速最大，流速為：

受原油和水密度差的影響，層流狀態下水平管路中原油分布趨于管路上部和靠近管壁邊緣部位，水則分布于管路中間和下部；在豎直管路中，原油分布趨于管壁邊緣，水則分布于管路中間部位。因此，在層流狀態下，無論采取橫管還是立管取樣方式，都不能準確反映出原油的含水值[6]。

在紊流狀態下，混合液中各質點的速度是一種脈動，消除了層流時管路斷面各質點的速度差異，各質點間作用力不斷變化，使浮力減弱。因此，在紊流狀態下，油水混合液中各相分布是均勻的。

研究證明[7]，不同流體通過不同直徑管路時雖然臨界流速各不相同，但其臨界雷諾數（Re）卻大致相同，一般輸液管路中，如果Re≤2000即認為是層流，Re＞2000則認為是紊流。由雷諾公式可知，

式中：Re為雷諾數；v為液體流速，d為管路直徑，μ為運動粘度。

因此，油井產量應達到356 m3以上才能使液流在輸油管線中達到紊流狀態，然而汽驅井產液量在20-40m3之間，遠不能達到滿足紊流狀態的條件，混合液體在管線內為層流狀態，這樣就造成取樣化驗含水與實際值偏差較大。

2 技術思路

由上述分析可知，液體只有處于紊流狀態（即液體達到充分摻混）時，所采集的油樣才能反映出油井的真實含水，要達到這種狀態，通過增加流量提高流速是很難實現的，而通過機械的方法對管線內的液體進行自動均勻混合[7，8]，實現準確取樣是一種簡便有效的方法。

3 油井自動混合均質取樣裝置技術原理

基于上述技術思路，研制出油井管線自動混合均質取樣裝置[9，10]，該裝置由自動混合器和取樣考克2部分組成，自動混合器對流經液體進行混合攪拌，取樣考克進行油井取樣。

自動混合器內設計有多級特種通道，能夠實現分流、合流、渦流等多種功能。當油井產出液通過該裝置時，自動混合器不需任何外加動力即可對流經的介質進行數萬次的重新分離和組合，打破液體的流動狀態，達到原油和游離水均勻混合的目的。

3.1 二分流：自動混合器內設有20個分流單元，每個單元使前一分流加倍，可對流經液體實現10×104次的分流和重新組合。

3.2 橫流混合：混合單元形成的特殊通道使流體撞擊呈隨機分布，增加了二、二分流的效果。

3.3 反向渦流和反流：液體在每一單元的兩端產生橢圓形的方向相反的渦流，并產生適度的反流，提高了混合效果。

[1]付崇清.齊40塊微地震監測汽驅前沿分析[J].特種油氣藏,2008,10(5)：60-62.

[2]周鷹，宋陽，孫洪安，常棟霞.稠油油藏轉蒸汽驅開采的特殊性分析[J].特種油氣藏,2009,16(2):62-66.

[3]袁恩熙.工程流體力學[M].北京：石油工業出版社,2008：109-121.