齐40块蒸汽驱自动混合均质取样装置研制及应用

杨公鹏 （中油辽河油田公司，辽宁 盘锦 124010）

1 原因分析

由水力学知识可知[2-5]，混合液体在管路中的流动状态主要有2种：层流和紊流。层流是指液体质点呈互不混杂的线性状或层状流动，其特点是液流中各质点平行于管道轴线运动，流速较低，粘性力起主导作用。在层流状态下，混合液体在油管中流动符合斯托克斯公式，即：

式中：v为流体的速度；ΔP为管路压差；μ为流体粘度；L为油管长度；r0为油管半径；r为变量（0-r0）。

由（1）式可知，在压差一定的条件下，油管横截面某一半径圆上质点的运动速度与质点粘度成反比，由于混合液中的油、水粘度不同（μo＞μw），得出：

可见，vo＜vw，且油管中心轴处流速最大，流速为：

受原油和水密度差的影响，层流状态下水平管路中原油分布趋于管路上部和靠近管壁边缘部位，水则分布于管路中间和下部；在竖直管路中，原油分布趋于管壁边缘，水则分布于管路中间部位。因此，在层流状态下，无论采取横管还是立管取样方式，都不能准确反映出原油的含水值[6]。

在紊流状态下，混合液中各质点的速度是一种脉动，消除了层流时管路断面各质点的速度差异，各质点间作用力不断变化，使浮力减弱。因此，在紊流状态下，油水混合液中各相分布是均匀的。

研究证明[7]，不同流体通过不同直径管路时虽然临界流速各不相同，但其临界雷诺数（Re）却大致相同，一般输液管路中，如果Re≤2000即认为是层流，Re＞2000则认为是紊流。由雷诺公式可知，

式中：Re为雷诺数；v为液体流速，d为管路直径，μ为运动粘度。

因此，油井产量应达到356 m3以上才能使液流在输油管线中达到紊流状态，然而汽驱井产液量在20-40m3之间，远不能达到满足紊流状态的条件，混合液体在管线内为层流状态，这样就造成取样化验含水与实际值偏差较大。

2 技术思路

由上述分析可知，液体只有处于紊流状态（即液体达到充分掺混）时，所采集的油样才能反映出油井的真实含水，要达到这种状态，通过增加流量提高流速是很难实现的，而通过机械的方法对管线内的液体进行自动均匀混合[7，8]，实现准确取样是一种简便有效的方法。

3 油井自动混合均质取样装置技术原理

基于上述技术思路，研制出油井管线自动混合均质取样装置[9，10]，该装置由自动混合器和取样考克2部分组成，自动混合器对流经液体进行混合搅拌，取样考克进行油井取样。

自动混合器内设计有多级特种通道，能够实现分流、合流、涡流等多种功能。当油井产出液通过该装置时，自动混合器不需任何外加动力即可对流经的介质进行数万次的重新分离和组合，打破液体的流动状态，达到原油和游离水均匀混合的目的。

3.1 二分流：自动混合器内设有20个分流单元，每个单元使前一分流加倍，可对流经液体实现10×104次的分流和重新组合。

3.2 横流混合：混合单元形成的特殊通道使流体撞击呈随机分布，增加了二、二分流的效果。

3.3 反向涡流和反流：液体在每一单元的两端产生椭圆形的方向相反的涡流，并产生适度的反流，提高了混合效果。

[1]付崇清.齐40块微地震监测汽驱前沿分析[J].特种油气藏,2008,10(5)：60-62.

[2]周鹰，宋阳，孙洪安，常栋霞.稠油油藏转蒸汽驱开采的特殊性分析[J].特种油气藏,2009,16(2):62-66.

[3]袁恩熙.工程流体力学[M].北京：石油工业出版社,2008：109-121.