CN205288187U - 一种剪切做功连续可调的原油/水乳化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及的是一种剪切做功连续可调的原油/水乳化装置，这种剪切做功连续可调的原油/水乳化装置包括混料筒、升降平台、可更换式剪切头、恒温加热盘、自动控制器，混料筒置于恒温加热盘上，混料筒上端口紧固法兰盖，升降平台上设置高扭矩无极调速电机，高扭矩无极调速电机连接轴承杆，轴承杆设置在中空固定柱内，轴承杆和中空固定柱连接后再与可更换式剪切头相连，可更换式剪切头位于混料筒中；法兰盖与穿过其中心的中空固定柱密封为一体，混料筒顶部设有进液阀，混料筒底部设有排液阀；升降平台、恒温加热盘均连接到自动控制器。本实用新型一体化的温度控制设置避免了在乳化液制备中将乳化器置于外部热源而带来的不便，自动化程度高。

Description

一种剪切做功连续可调的原油/水乳化装置

技术领域：

本实用新型涉及的是用于制备不同稳定程度原油/水乳化液的装置，具体涉及的是一种剪切做功连续可调的原油/水乳化装置。

背景技术：

乳化液是由一种或几种液体以小液滴的形式分散于另一种与其互不相溶（或微量互溶）的液体中形成的多相分散体系。原油在开采过程中具备了形成油水乳化液的条件，油水混合液经过喷油嘴及集输管道后极易形成油水乳化液。常规油田的乳化液一般是一种水珠分散于油相中的油包水类型（W/O），随着化学驱油技术的应用，驱油剂的协同作用还会导致多重油水乳化液（O/W/O或W/O/W）的形成。另外，对于一些高温、高含气、高含砂及产液量不稳定的复杂井况，油田开发建设过程中往往配备电动潜油泵进行采油，但这种采油技术创设了良好的剪切环境，使得采出的油水乳化液更为复杂、稳定。除了单独针对开展乳化液的性质研究外，为了研发油田地面破乳净化处理技术、设计乳化液破乳失稳的相关配套设施与操作工艺，根据乳化行为的实际发生过程制备原油/水乳化液，一直以来是试验和工程开展的基本前提，也是直接影响对乳化特性评估及原油破乳脱水技术参数可靠确定的关键。作为一项重点和难点工作，关于原油/水乳化液的制备方法及其装置一直很受重视，并形成了“除了内外相组成特性及油水界面性质等内部因素外，外部剪切作用对油水乳化液体系的热力学及动力学稳定性具有重要影响”的共性认识，但传统的乳化器并未设置一体化的温度控制，对高凝高黏原油的乳化液制备不便，且都是在常压环境下，而实际原油/水乳化液的形成、稳定及后续失稳都是在带压条件下，对于剪切效应，主要着眼于剪切速率（或剪切应力）大小，忽略了剪切做功对原油/水乳化的贡献还与剪切作用面积及距离有关。因此，实现与乳化过程一体化的温度控制，并在压力场环境下取得剪切做功的连续可调，无疑是破解不同稳定程度原油/水乳化液制备难题的一种思路，对于可靠表征原油/水乳化液的性质，以及促进原油破乳脱水工艺技术的发展与应用均具有重要意义。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种剪切做功连续可调的原油/水乳化装置，这种一种剪切做功连续可调的原油/水乳化装置用于解决传统乳化器缺少一体化温度控制、忽略剪切做功对原油/水乳化的贡献还与剪切作用面积及距离密切相关的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：这种剪切做功连续可调的原油/水乳化装置包括混料筒、升降平台、可更换式剪切头、恒温加热盘、自动控制器，混料筒置于恒温加热盘上，混料筒上端口紧固法兰盖，升降平台上设置高扭矩无极调速电机，高扭矩无极调速电机通过防震联轴器连接轴承杆，轴承杆设置在中空固定柱内，中空固定柱和轴承杆通过轴承和硬质硅橡胶密封件配合连接，轴承杆和中空固定柱连接后再与可更换式剪切头相连，可更换式剪切头位于混料筒中；法兰盖与穿过其中心的中空固定柱采用法兰盘固定、密封为一体，混料筒顶部设有进液阀，混料筒底部设有排液阀；升降平台、恒温加热盘均连接到自动控制器。

上述方案中混料筒通过承压软管与氮气钢瓶连接，承压软管靠近混料筒处安装压力控制阀，压力控制阀连接自动控制器。

上述方案中升降平台上设有高扭矩无极调速电机和变速齿轮组，升降平台与阻尼导轨滑动连接，阻尼导轨设置在底座上，变速齿轮电动推杆与变速齿轮组的第一齿轮啮合，升降平台通过变速齿轮电动推杆和阻尼导轨进行升降、支撑。

上述方案中可更换式剪切头由转子内设置定子构成，转子和定子以1.0mm的间隙配合，转子为多维螺旋式自吸刀头，定子为网孔定子头。

上述方案中转子设置在混料筒中有效液位高度的1/2或1/3或1/4处，定子直径为混料筒直径的1/2或1/3或1/4，定子网孔孔径为1.5mm或2.5mm或3.5mm或5.0mm。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型与传统乳化器相比，一体化的温度控制设置既避免了在乳化液制备中需要温度条件时不得不将乳化器置于外部热源而带来的不便，同时采用内嵌式螺旋恒温加热盘可保证混料筒中介质的升温速度及对其加热控温的均匀性；通过自动控制实现对乳化温度、搅拌速度、乳化时间、乳化压力及搅拌头伸缩的调节、控制、记录与显示，取得高的自动化程度。

2、本实用新型与传统乳化器相比，对混料筒内压力场的调控，能够充分再现原油/水乳化行为发生的压力环境。

3、本实用新型除了对电机的无极调速实现转子转速的连续可调而构建大小不同的剪切速率、剪切应力外，伸缩式搅拌头方便了不同规格转子与网孔定子头的随时选择、更换，从而可以改变混料筒中介质的剪切作用面积及距离，有效综合了剪切做功对原油/水乳化的贡献，能够充分保证不同稳定程度原油/水乳化液的制备。

4、本实用新型转子和定子的精密配合在能够使油水介质充分分散、乳化的同时，与传统乳化器相比，作为定子的网孔定子头有多种孔径选择，一方面实现液流改向，另一方面使乳化液中分散相的粒径发生改变，进而取得乳化液不同的稳定程度，同样，作为转子的多维螺旋式自吸刀头一方面能够产生原油/水乳化所必要达到的一定剪切紊流，另一方面通过其规格的互换还能改变剪切作用面积及距离，从而获得不同的剪切做功。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中转子的俯视图；

图3是本实用新型中定子的主视图。

1.混料筒，2.升降平台，3.可更换式剪切头，4.轴承杆，5.中空固定柱，6.轴承，7.转子，8.定子，9.法兰盖，10.法兰盘，11.防震联轴器，12.无极调速电机，13.变速齿轮组，14.变速齿轮电动推杆，15.阻尼导轨，16.恒温加热盘，17.氮气钢瓶，18.压力控制阀，19.进液阀，20.排液阀，21.自动控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

如图1所示，这种剪切做功连续可调的原油/水乳化装置包括混料筒1、升降平台2、可更换式剪切头3、恒温加热盘16、自动控制器21、氮气钢瓶17，混料筒1置于恒温加热盘16上，为保证快速升温和温控均匀，所述恒温加热盘16设为内嵌式螺旋恒温加热。混料筒1上端口通过方便拆卸的螺栓固定连接法兰盖9，升降平台2上设置高扭矩无极调速电机12，轴承杆4设置在中空固定柱5内构成剪切传动件，高扭矩无极调速电机12通过高速防震联轴器11连接轴承杆4，同时与中空固定柱5协同保证搅拌剪切过程的稳定性。中空固定柱5和轴承杆4通过高速耐腐蚀轴承6和硬质硅橡胶密封件配合连接，轴承杆4和中空固定柱5连接后再与可更换式剪切头3相连，可更换式剪切头3位于混料筒1中；法兰盖9与穿过其中心的中空固定柱5采用法兰盘10和可拆卸式硬质硅橡胶实现与混料筒1筒体密封法兰盖9的固定和密封。混料筒1顶部设有进液阀19，用以油水介质的进样及乳化过程中的泄压操作；混料筒1底部设有排液阀20，用以所制备乳化液及清洗废液的排放。混料筒1通过承压软管与氮气钢瓶17连接，承压软管靠近混料筒1处安装压力控制阀18。升降平台2、恒温加热盘16、压力控制阀18均连接到自动控制器21，实现各种信号的控制、记录与显示。

升降平台2上设有高扭矩无极调速电机12和变速齿轮组13，升降平台2与阻尼导轨15滑动连接，阻尼导轨15设置在底座上，变速齿轮电动推杆14与变速齿轮组13的第一齿轮啮合，升降平台2通过变速齿轮电动推杆14和阻尼导轨15进行升降、支撑。

可更换式剪切3头由转子7内设置定子8构成，转子7和定子8以1.0mm的间隙配合，参阅图2，转子7为多维螺旋式自吸刀头，参阅图3，定子8为网孔定子头。转子7设置在混料筒中有效液位高度的1/2或1/3或1/4处，定子8直径为混料筒直径的1/2或1/3或1/4，定子网孔孔径为1.5mm或2.5mm或3.5mm或5.0mm。可更换式剪切头3通过转子7和定子8精密配合，转动过程中实现对介质机械及液力的剪切，并可通过控制升降平台2来整体起降法兰盖9而更换二者的规格。其中所述的转子7为多维螺旋式自吸刀头，通过随时选择、更换刀头径向尺寸或高度调节乳化液制备时的剪切面积和距离，其中所述的定子8为网孔定子头，通过随时选择、更换定子直径或网孔孔径不同的网孔定子头，在精密配合多维螺旋式自吸刀头规格、实现液流改向的同时，主要改变乳化液中分散相的粒径。

在高扭矩无极调速电机12的驱动下，以不同速度旋转的多维螺旋式自吸刀头将油水介质从筒体吸入到间隙区域，承受不同程度的混合、剪切作用后从网孔定子头中甩出，发生液流改向，使油水介质经历机械及液力的剪切乳化作用。同时，考虑剪切做功对原油/水乳化的贡献除了与剪切速率、剪切应力大小有关外，还与剪切作用面积及距离密切相关，根据需要，所述升降平台2整体起降轴承杆4、高速防震联轴器11、中空固定柱5、高速耐腐蚀轴承6、法兰盖9、法兰盘10和可更换式剪切头3，随时选择、更换多维螺旋式自吸刀头的径向尺寸、高度，获得乳化液制备过程中剪切面积和距离的连续可调，随时选择、更换定子直径或网孔孔径不同的网孔定子头，一方面精密配合多维螺旋式自吸刀头的规格，另一方面改变乳化液中分散相的粒径，控制乳化液的稳定性。

本实用新型在进行原油/水乳化时，首先选配任一横截面积和高度的可更换式剪切头，打开进液阀19向混料筒1中加入一定比例的原油、水介质，设置乳化温度并开启恒温加热盘16，根据油水介质液位自动控制调节升降平台2高度，之后固定、密封法兰盖9与筒体及法兰盘10与剪切传动件，关闭进液阀19，打开氮气钢瓶17，通过压力控制阀18控制混料筒1内压力至乳化需要的压力环境，此时，设定转速，开启电机和计时控制，剪切乳化过程开始，至一定时间后，停止电机驱动，关闭压力控制阀18，打开进液阀19泄压，通过排液阀20得到某一稳定程度的原油/水乳化液；然后，拆卸固定法兰盖9的螺栓，控制升降平台2自动升起，选配更换另一横截面积和高度的剪切头，自动控制调节剪切头高度、降落平台，固定、密封、加压，设定转速、开启电机、计时，剪切乳化得到另一稳定程度的原油/水乳化液，如此重复过程，实现原油/水乳化过程中兼顾剪切速率、剪切应力、剪切面积及距离的剪切做功的连续可调；最后，泄压、排液，关闭恒温加热盘16，升起升降平台2，清洗剪切传动件、可更换式剪切头3和混料筒1。同时，本实用新型在具体实施中还可以按如上所述的任一过程固定剪切做功而制备任一稳定程度的原油/水乳化液。

本实用新型很好地解决了常规乳化器缺少一体化的温度控制而对高凝高黏原油的乳化液制备不便、常压乳化条件与工程实际中原油/水乳化液的形成、稳定及其后续失稳往往都是处在带压工况环境中不相符合、特别是对于剪切效应只考虑剪切速率、剪切应力大小而忽略对原油/水乳化具有重要贡献的剪切作用面积及距离的问题，将乳化稳定性不同的原油/水乳化液制备与剪切做功联系起来，原理明确、装置结构简单、操作维护方便、自动化程度高，能够集对温度、压力及剪切做功的连续调节与控制于一体，保证热力学及动力学稳定程度具有差异性的原油/水乳化液的科学制备，适应于制备不同原油/水两相体系乳化液的优点，将有效解决热力学及动力学稳定程度具有差异性的原油/水乳化液制备难题，保障相关试验和工程中原油/水乳化液性质的可靠表征及破乳工艺技术的多元化发展与应用。

Claims (5)

1.一种剪切做功连续可调的原油/水乳化装置，其特征在于：这种剪切做功连续可调的原油/水乳化装置包括混料筒（1）、升降平台（2）、可更换式剪切头（3）、恒温加热盘（16）、自动控制器（21），混料筒（1）置于恒温加热盘（16）上，混料筒（1）上端口紧固法兰盖（9），升降平台（2）上设置高扭矩无极调速电机（12），高扭矩无极调速电机（12）通过防震联轴器（11）连接轴承杆（4），轴承杆（4）设置在中空固定柱（5）内，中空固定柱（5）和轴承杆（4）通过轴承（6）和硬质硅橡胶密封件配合连接，轴承杆（4）和中空固定柱（5）连接后再与可更换式剪切头（3）相连，可更换式剪切头（3）位于混料筒（1）中；法兰盖（9）与穿过其中心的中空固定柱（5）采用法兰盘（10）固定、密封为一体，混料筒（1）顶部设有进液阀（19），混料筒（1）底部设有排液阀（20）；升降平台（2）、恒温加热盘（16）均连接到自动控制器（21）。

2.根据权利要求1所述的剪切做功连续可调的原油/水乳化装置，其特征在于：所述的混料筒（1）通过承压软管与氮气钢瓶（17）连接，承压软管靠近混料筒处安装压力控制阀（18），压力控制阀（18）连接自动控制器（21）。

3.根据权利要求1或2所述的剪切做功连续可调的原油/水乳化装置，其特征在于：所述的可更换式剪切头（3）由转子（7）内设置定子（8）构成，转子（7）和定子（8）以1.0mm的间隙配合，转子（7）为多维螺旋式自吸刀头，定子（8）为网孔定子头。

4.根据权利要求3所述的剪切做功连续可调的原油/水乳化装置，其特征在于：所述的升降平台（2）上设有高扭矩无极调速电机（12）和变速齿轮组（13），升降平台（2）与阻尼导轨（15）滑动连接，阻尼导轨（15）设置在底座上，变速齿轮电动推杆（14）与变速齿轮组（13）的第一齿轮啮合。

5.根据权利要求4所述的剪切做功连续可调的原油/水乳化装置，其特征在于：所述的转子（7）设置在混料筒中有效液位高度的1/2或1/3或1/4处，定子（8）直径为混料筒直径的1/2或1/3或1/4，定子网孔孔径为1.5mm或2.5mm或3.5mm或5.0mm。