国外液滴破碎机理研究与新型井口节流阀开发.pdf

2 0 1 4年第4 2卷第2期 石 油机械 C HI NA P E TROL E UM MACHI NERY 一91 一 ． ． 油气 田开发工程 国外液滴破碎机理研 究与新型 井 口节流 阀开发 刘 鹏 陈家庆 桑义敏 刘美丽 1 ．北京4 E．7 - 大学2 ．北京石油化工学院 摘要鉴于我国对低剪切井口节流阀的研制处于空白的现状，在介绍液滴破碎理论基础和各 种理论预测模型的基础上，论述 了荷兰 D e l f t 理工大学和法国石油研 究院在小孔节流中液滴破碎方 面的相关成果，对挪威 T y p h o n i x公司旋流 阀门和荷兰 D u x v a l v e s 公司 T y p h o o n阀的基本结构及工作 原理进行了介绍。井口 低剪切节流阀基于液滴破碎理论及旋流原理，极大地降低了对流体的剪切 作用，与常规井口节流阀相比具有明显优势。建议我国对低剪切节流阀予以关注，并尽快开展低 剪切节流阀的应用基础研 究工作。 关键词液滴破碎；小孔节流；长管节流；低剪切节流阀；油水分离 中图分类号 T E 9 3 1 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 5 7 8 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 2 3 Fo r e i g n Re s e a r c h o n t he M e c ha n i s m o f Dr o pl e t Br e a k a g e a nd De v e l o p m e nt o f Ne w W e l l he a d Thr o t t l e L i u P e n g ‘ C h e n J i a q i n g S a n g Yi mi n L i u Me i l i 1 ． B e ij i n g U n i v e r s i t y o f C h e mi c a l T e c h n o l o g y 2 ． B e i n g I n s t i t u t e ofP e t r o c h e m i c a l T e c h nol o g y Ab s t r a c t At p r e s e n t t he r e i s n o d e v e l o p me n t o f l o w s h e a r we l l h e a d c h o k e v a l v e i n Chi n a ． Th e r e f o r e，o n t h e ba - s i s o f i n t r o d u c i n g t he t h e o r e t i c a l b a s i s f o r d r o pl e t b r e a k a g e a n d v a r i o us t he o r e t i c a l p r e d i c t i o n mo d e l s．t he r e l e v a n t r e s e a r c h a c h i e v e me n t s ma de b y De l ft Uni v e r s i t y o f Un i v e r s i t y i n Ho l l a nd a n d t h e n a t i o n a l pe t r o l e um r e s e a r c h i n s t i t u t e i n F r a n c e w e r e i n t r o d u c e d wi t h r e s p e c t t o d r o p l e t b r e a k a g e i n o r i fi c e c o mp e n s a t i o n ． T h e b a s i c s t r u c t u r e a n d o p e r a t i n g pr i n c i pl e o f t he v o e x v a l v e o f T y p h o n i x i n No r wa y a n d t h e Ty p h o o n v a l v e p r o d u c e d b y Du x v a l v e s i n Ho l l a n d we r e a l s o i n t r o d u c e d ． T h e we l l h e a d l o w s h e a r c h o k e v a l v e i s d e s i g n e d a c c o r d i n g t o t h e t h e o r y o f d r o p l e t b r e a k a g e a nd t h e p rin c i p l e o f v o r t e x，t hu s r e d uc i n g t he s h e a r i n g a c t i o n t o wa r d flu i d r e ma r k a bl y ．Co mp a r e d wi t h c o n v e nt i o n a l we l l h e a d t h r o t t l e，i t h a s no t i c e a bl e a d v a n t a g e s ． I t i s s u g g e s t e d t h a t a t t e n t i o n s h o u l d b e p a i d t o l o w s h e a r t h r o t t l e i n C h i n a a n d f u n d a me n t a l r e s e a r c h o n t h e a p p l i c a t i o n o f l o w s h e a r t h r o t t l e s h o u l d b e c a i e d o u t a s s o o n a s p o s s i b l e ． Ke y wor ds d r o p l e t b r e a k a g e； o rific e c o mp e ns a t i o n； l o n g p i p e t h r o t t l i n g； l o w s h e a r c h o k e v a l v e； o i l wa t e r s e p a r a t i o n 0 引 言 在原油开采及集输过程中，无论是采出液脱水 还是含油污水处理，都面临着提高油水分离效率的 问题。一般而言，常用的油水分离技术大多依靠重 力沉降原理，此时分散相颗粒在连续相中的沉降速 度符合 S t o k e s 公式 ，油水两相密度差 、连续相黏度 和分散相颗粒直径等都会对沉降速度产生影响 J 。 由于沉降速度与分散相颗粒直径的平方成正比，所 以减轻从井底到集输设备之间分散相液滴的破碎程 度是提高油水分离效率的关键 。作为调节井 口采出 液流量和压力的关键元件井 口节流阀 ，因其工 作过程中伴随着强烈的剪切乳化作用，故导致采出 液中的分散相颗粒发生破碎，增加了油水分离难 度。国内迄今尚无人专门针对液滴破碎机理进行论 述 ，围绕开采用低剪切井 口节流阀的研制开发更是 处于空 白。鉴于此 ，笔者对液滴破碎基础理论、油 滴在节流元件工作中的破碎机理以及低剪切节流阀 研制开发进行系统阐述 ，以期为相关研究人员提供 石 油机械 2 0 1 4年第4 2卷第2期 参考。 1 液滴破碎理论基础 在化学工程等许多领域 ，非连续相的分散问题 直接影响着气． 液系统和液． 液系统中的传热传质过 程 ，制约着化学反应及物理分离过程 ，需要对非连 续相的粒径作出准确判断。 J ． 0 ． H i n z e l 2 于 1 9 5 5年首次提出了液滴破碎动 力学理论 ，并在各 向同性均质湍流和均匀能量耗散 假设的基础上建立 了液滴破碎理论公式 。该理论认 为，流场干扰力和液滴内部恢复力共同作用引起液 滴破碎 ，恢复力与表面张力和直径之比成正 比；根 据干扰力为惯性力或黏性力，将干扰力与恢复力之 比分 别 称 为 韦伯 数 We b e r n u m b e r 或 毛 细 数 C a p i l l a r y n u mb e r ，该比值超出一定值 时液滴发生 破碎。干扰力类型的判断可借助作用于液滴的惯性 力P △u 与黏性力 t z 。 A u ／ d比值 即液滴 雷诺 数 船 的大小来进行 ，即 Re p A u d 1 式中J D 连续相的密度 ，k g ／ m。 ； z 液滴直径，m； △ 液滴直径两端连续相速度差 ，m ／ s ； 连续相运动黏度 ，P a s 。 当R e 1 时，作用力为惯性力，反之为黏性 力。对于流体 中大于湍流尺度的液滴而言 ，m 一 般大于 1 ，因此可 以使用液滴韦伯数 耽 来描述液 滴在湍流中的破碎情况 ，具体表达式为 We 一T d 2 ～ 在各 向均质湍流中， △ u 可用速度差的均方 根 △ u 来表示 ，为 2 ． 0 _ d 亍， 为液滴表面切 应力 ， 为表面张力 ， 为湍流中平均单位质量能 量耗散率。 H i n z e 根据 C l a y在库尔特流场中所得数据 ，推 导了临界液滴韦伯数 耽 ，并 由此得 出了最大液 滴粒径 d m ax 与湍流强度关系式 3 ， 、 5 2 d x I l 了 0 ． 7 2 5 3 ＼ ／ 在 此 后 的 近3 0 a 里 ， C ． A ． S l e i c h e r 、 A ． J ． K a r a b e l a s 和 H ． P ． G r a c e在 H i n z e 理论基础上进 行了一些具有针对性 的改进研究 ，并相继建立 了各 种理论预测模型 3 。但客观而言，这些理论均具 有一定的局限性，表现在①H i n z e 理论仅对库尔 特流场中的数据进行了分析 ，并没有考虑其他流场 类型 ，且该理论与 K a r a b e l a s 理论均忽略了分散相 黏性力的作用；②S l e i c h e r 理论仅在分散相黏度范 围 0 ． 3 ～ 3 0 ． 0 m P a S 内适用；③G r a c e 在研究 中统计的液滴破碎情况部分数据来源于母液滴上 的 小突起脱落 ，并非真正 意义上 的液滴破碎 。纵观 2 0 世纪 8 0年代中期至今的其他理论研究，均可视 为 Hi n z e理 论 的 修 正 ，并 没 有 突 破 性 的 新 理 论 一 。 2 小孔节流中液滴破碎的相关研究 2 0世纪 9 0年代后期 ，随着世界范围内各大主 力油 田逐渐进入高含水开采期 ，油气集输作业 中的 油水分离问题 日渐凸显 ，石油工程领域中的液滴破 碎问题开始引起人们的关 注。荷 兰 D e l f t 理工大学 和法 国石油研究院 I F P 先后开展了液滴通过节 流元件破碎行为的试验研究。前者首次针对高含水 体积分数原 油开采过程 中液滴 油颗粒 在节 流 元件中的破碎行为开展研究 ，主要侧重于液滴 的破 碎机理 ；后者 的研究则在模拟采油井 口温度 、压力 等条件下进行，对液滴粒径分布的预测更接近工程 实际。 2 ． 1 荷兰 D e l ft理工大学试验研究 2 ． 1 ． 1 小孔 节流试 验 2 0世纪 9 0年代后期 ，v a n d e r Z a n d e等建立 了 图 1 所示 的试验装置流程。 1 一偏心螺杆泵；2 、4 一流量计； 3 一齿轮泵 ； 5 一 节 流元件 ； 6 一 激光 粒度 仪 ； 7 一控 制 阀 。 图1 D e m理工大学小孔节流试验装置工艺流程 F i g ． 1 T e c h n o l o g i c a l fl o w c h a r t o f o r i f i c e c o mp e n s a t i o n t e s t d e v i c e o f De l f t Un i v e r s i t y of T e c h n o l o g y 水作为连续相以固定流速由水槽进入水管后分 为2 路，一路流人主流道，一路以固定流速经旁路 与由注射阀门注人的分散相油混合，流速不变时可 2 0 1 4年 第4 2卷 第2期 刘 鹏等国外液滴破碎机理研究与新型井口节流阀开发 一 9 3一 认为混合后的液滴粒径相 同。油水混合物重新汇入 主流道中混合 ，由于主流道混合段的内径增大 3 倍 使流速降低，从而保证了其内无液滴发生破碎。混 合流体经过一段内径缓慢收敛的锥形管加速后 ，通 过节流元件使液滴发生破碎 ；采用压差计测量节流 元件前 、后压力降，并用激光粒度仪测量节流元件 下游的油滴粒径。油水混合物最后排放到沉降罐 中 进行分离 。整个试验装置流道内的压力控制通过下 游安装的控制阀来实现 ，以避免在节流元件 内产生 气穴现象 。当采用一段直管路代替节流元件时 ，即 可测量得到所注射油滴的粒径 j 。 为了研究注射液滴粒径 、流速、分散相黏度 、 节流比及节流元件几何结构等因素对液滴破碎的影 响 ，研究人员分别采用壳牌 V i t r e a 9 、4 6和 6 8号 矿物油及正庚烷作为分散相 ，以水作为连续相 ，小 孔板和锥形阀作为节流元件开展 了试验。分析试验 结果发现 ，液滴破碎与节流元件 内平均单位质量能 量耗散率以及液滴在湍流区域 中的停 留时间有关 ； 改变节流元件几何结构可改变液滴的破碎性能，与 小孔板相 比，锥形阀可减小液滴破碎 ，增大平均液 滴粒径 。 2 ． 1 ． 2长管节流试验 2 0 0 7年 ，P e t e r J a n K w a k e ma a k继续 开展 了节 流元 件几 何 结 构 对 液滴 破 碎 影 响 的研 究。基 于 Hi n z e 理论及对减小平均单位质量能量耗散率可增 大最大稳定液滴尺寸的认识 ，提出了通过延长节流 长度、增大节流面积，进而降低压力梯度的措施。 研制开发了 由 7根 5 0 mm 长 2 m i l l 内径 平行光 滑 圆管组 成 的 中长 管节 流元 件 和 由 1 9根 2 1 2 mi l l 长 X 2 m i l l 内径 平行光滑 圆管组成 的长管节流元件 ，并与 3 m m 厚 x 5 ． 5 m m 内 径 的小孔节流板进行 了对 比试验 ，长管节流元 件试验过程 中有 6根圆管处于关 闭状态_ 】 。试验 过程 中分散相为壳牌 V i t r e a 9和 4 6号矿物油 ，水 为连续相 ，试验 方法 和试验装 置与 v a n d e r Z a n d e 所用 的装置相 同。 研究结果表明①中长管和长管节流元件与小 孔节流板在相同流速下的压力降基本相等，具有相 同的节流性能，测量结果具有可比性；②3 种节流 元件 的液滴破碎性能 由强到弱依次为 小孔节流板 中长管节流元件 长管节流元件 ，例如在流速为 2 5 L ／ rai n下注射液滴粒径为 1 9 0 m的 V i t r e a 9时 ， 经过 3种 节流元件后 的平均液滴粒 径分别 为 2 0、 3 1和 5 0 m。研究人员分析认 为，节流长 管 中平 均单位质量能量耗散率与管道长度成反比，增加节 流长度意味着增大湍流区域长度，从而能够降低平 均单位质量的能量耗散率 ，最终增大了最大稳定液 滴粒径 。另外 ，小孔节流中流动状态复杂 ，液滴经 循环区域重新进人强湍流区域 ，故而停 留时间长 ， 破碎程度高。相比之下 ，长管节流模型中流动为渐 进式 ，液滴在强 湍流 区域停 留时 间短 ，破碎程度 较低。 2 ． 2 I F P试验研究 2 ． 2 ． 1 小孔节流试验 客观而言 ，荷兰 D e l f t 理工大学仅仅开展 了低 含油体积分数情况下的试验研究 ，没有考虑液滴聚 结 、液滴表面活性物以及分散相体积分数对液滴破 碎的影响 ，并且忽视 了黏性 力作用 。1 9 9 8年 ，I F P 物理化学与应用化学部 的 C ． N o i k等人搭建 了如 图 2所示的小孔节流试验装置，油 连续相 ，体积分 数为 5 0 ％ 一 7 5 ％ 和水 分散相分别 以固定 的 流速泵入油管和水管中，并在预混管 内混合 ；预混 管下游安装小孔板 ，油水混合物流过小孑 L 板而使其 中的液滴发生破碎 ，然后到达小孔 板上方 的容器 中；测量T L 板上游 和下游 5 ． 8 c m处 的压力 ，并 通过容器上的玻璃视窗观察容器中油水混合物的状 况。整个试验装置放置在加热柜中，试验过程中的 最高温度和压力可达 1 0 0 和 5 ． 0 MP a 。 加 热柜 ____-●●____------_--● 一一一一 1 0℃ ≤ l 1 0 0℃ l l r _ 1 ； { 储液罐 l △P ； △P 观 察窗 口 ～一⋯ 校准 孔 压力控制罐 圆 囱 水 泵【 加 药 泵 囱油 泵i 注 水 加药 注 油 图2 I F P小孔节流试验装置工 艺流程 F i g ． 2 T e c h n o l o g i c a l fl o wc h a r t o f o r i fi c e c o mp e n s a t i o n t e s t d e v i c e o f I F P 为确保离线测量时乳化液 的状况不发生变化 ， I F P还开发了保真取样技术。通过在油水两相 内添 加化学物质 ，在液滴表面发生聚合反应而包裹一层 聚合物，从而阻止取样离线测量过程中液滴发生聚 结。试验 中油水混合 物原油体积 比大于 5 0 ％ ，在 接近井 口真实环境下研 究了流速 、节流 比、温度 、 压力和溶解甲烷气对乳化液形成的影响，并采用光 学显微镜和差示扫描量热 D S C法测量乳化液性 质、油滴粒径分布和乳化液含水体积分数。研究结 果表明 ，要获得稳定 、均匀的乳化液 ，每单位质量 -- 9 4--- 石 油机械 2 0 1 4年第4 2卷第 2期 的流体耗散能必须达到最小临界值 ，所得液滴 的最 终尺寸与湍流中最小涡量级相 同，具体大小可以用 G r a c e的液滴黏性破碎理论或惯性破碎理论进行 阐 释 。虽然此研究揭示 了乳化液形成所涉及 的流 体动力 问题 ，但从公开发表的文献来看 ，没有全面 系统地考 虑原油 的物 理． 化 学性 质、温度 、压力 、 溶解气等因素对于乳化液形成的影响。 2 ． 2 ． 2液 滴破 碎机 理试 验 2 0 0 4年 ，I F P与法 国图卢兹国立应用科学学院 I N S A T o u l o u s e 合作 ，继续开展了基 于节流d T L 的液滴破碎机理研究 ，所搭建的试验装置流程如图 3所示 。水 连续相 由重力沉降罐泵送进人 管 路 ，并经温度控制系统加热后到达不锈钢材质锥顶 瓶的底部 ，油 分散相 进入锥顶瓶 内并通 过中 上部安装的 1 组毛细管注入 ，与水混合后可 以得到 粒径大小相等的液滴群；油水混合物流过一段垂直 放置的、内部装有同心小孔板的透明圆管后 ，液滴 群发生剪切破碎 。为了用高速摄像技术准确观测液 滴群的破碎过程 ，特意在圆管外安装了 1 个装满水 的透明方形盒以减小观测误差 ，并透过方形盒采用 压力传感器测量节流小孔前、后的压力差 ；圆管末 端连接重力沉降罐 ，油水混合物在重力沉降罐内沉 降分离后重新泵送进入管路循环使用。在进行单液 滴试验时，通过在节流A , T L 上游侧圆管上垂直安装 1根连接单液滴注射系统 的毛细管代替毛细管组注 入分散相 。 图3 液 滴破碎机理研 究试验装置工 艺流程 F i g ． 3 Te c h n o l o g i c a l fl o wc h a a o f t e s t d e v i c e f o r me c h a n i s m r e s e a r c h o f d r o p l e t b r e a k a g e 研究人员采用正庚烷和添加 了苏丹红的正庚烷 作为分散相，分别进行了单液滴试验研究和液滴破 碎总体分析试验研究，并使用仿视眼软件图像处理 库处理分析了液滴性质以研究液滴破碎过程。在试 验正式开始之前 ，首先逐渐增大连续相流速并观察 节流4 , T L 下游液滴的破碎情况 ，以确认所搭建的试 验装置能使液滴在较宽的流动参数 范围内发生破 碎 ，而且所得到的液滴粒径与 P e r c y和 S l e i c h e r的 研究所得数据相符。单液滴试验侧重于从微观尺度 上分析液滴在湍流中的破碎机理 ，统计得 出母液滴 的破碎概率和子液滴的粒径分布范围。分析结果表 明①液滴破碎与速度梯度有关 ，液滴破碎概率与 由节流T L 前 、后最大压力降决定的韦伯数呈递增 关系，取决于总体测试区域的湍流强度及液滴通过 强湍流区域的概率；②母液滴在低雷诺数下破碎为 大小不等的子液滴 ，在高雷诺数下产生大小相等的 液滴 的概率较大。液滴破碎总体分析试验则侧重于 4 , T L 下游液滴破碎情况的全面分析 ，为此研究人员 建立 了简单稳态体积平均模型来 预测液滴粒径 分 布。对 比模型计算结果与试验测量数据可以发现 ， 在全部试验所用雷诺数范围内，液滴粒径计算值大 于试验测量值 ，两者之间的差别随雷诺数的增大而 减小 ，但模型对粒径分布区域和形态的预测和试验 测量数据相符 。 3 井 口低剪切节流阀的研制与开发 围绕分散相液滴通过节流4 , T L 的破碎情况开展 基础研究和应用基础研究的最终 目的，在于帮助工 程界充分利用或有效避免液滴破碎 的发生。对原油 开采及集输工程而言 ，人们显然对如何有效避免液 滴发生破碎更为关注 ，也因此而先后研发了低剪切 泵 、低剪切注聚阀和低剪切 流量控制器等 。相 比较而言，人们对井 口采油树配套用低剪切节流阀 的关注则较晚，直到 2 0 0 4年西方发达 国家才开始 这方面的研 发。 目前 ，挪威 T y p h o n i x公 司和荷 兰 D u x v a lv e s 公司已先后推出了相关产品，其低剪切 原理主要基于降低最大单位质量能量耗散率、增大 最大稳定液滴粒径来实现。 3 ． 1 T y p h o n i x 公司的旋流阀门 T y p h o n i x 公 司在挪威研究理事会 的支持下 ，自 2 0 0 4年 与 S t a t o i l 、S h e l l和 C o n o c o P h i l l i p s 、E n i和 M o k v e l d 等多家石油公司和石油设备供应商合作， 研发了旋流 阀门 C y c l o n e V a l v e ，并先后参与 了 挪威政府的 P e t r o m a k s 计划和 D E MO 2 0 0 0计划。 3 ． 1 ． 1 基本结构与工作原理 从 T y p h o n i x公 司所 申请 的专 利来看 ，低 剪切 节流阀主要有柱塞式和孔板式 2种结构 ，公司优先 围绕前者开展研 发工作 。如图 4所示 ，旋流 阀 2 0 1 4年 第4 2卷第2期 刘 鹏等国外液滴破碎机理研究与新型井口节流阀开发 门主要 由阀体 、阀杆、阀笼 带节 流孔 、柱 塞、 柱塞杆、防涡器和密封元件等组成。总体采用轴 向 对称流道设计 ，后端带有膨胀段 ，并设法在膨胀段 内产生旋流离心效应。工作时转动阀杆 ，带动柱塞 沿管道轴线滑动 ，通过柱塞控制节流孔流通数量 ， 调节流通面积进而调节流量 。节流孔切向分布 ，阀 门出口处为文丘里型旋流室，旋流室末端安装防涡 器。流体通过阀门时由于切 向孔作用绕流道轴线旋 转流动通过旋流室 ，到达旋流室末端 由防涡器消除 旋流 ，流出节流阀。旋流阀门通过旋流室 内逐渐增 大的能量耗散体积，降低最大单位质量能量耗散 率 ，增加最大稳定液滴粒径 ；同时旋流作用促进分 散相液滴聚结 ，得到较大粒径的液滴 。 1 一 阀体 ；2 -- 网杆 ；3 -- 阀笼 ；4 -- 防 涡 器 ； 5一 柱 塞 ； 6一 柱 塞 杆 。 图 4旋流 阀门结构 示意图 F i g ． 4 S t r u c t u r a l d i a g r a m o f v o e x v a l v e 3 ． 1 ． 2性 能测 试 2 0 0 7年 ，研究人 员在接近油 田实 际温度下对 旋流阀门进行了油水分离性能影响测试研究 ，测试 所用原油基本涵盖了北海原油 的不同性质 。6种模 拟油井采出液的分离测试结果表明 ，旋流阀门促进 了其 中 4种 的分离 过 程 ，如在 含 水体 积 分 数 为 7 5 ％时 ，基于原油 B的模 拟采 出液通 过旋流 阀门 和常规 阀门并进行离心分离后 ，出水 口的含油质量 浓度分别为 6 5 0和 9 5 0 m g ／ L ，平均油滴粒径分别 为 7和 3 m；同时出油 口的含水体积分数较低 。5 种模拟采油污水测试结果表明 ，污水通过常规节流 阀后的平均油滴 粒径为 7～1 O m；而通过旋 流阀 门后的平均油滴粒径为 1 5～2 0 Ix m，约为前者 的 2 倍 ，且最小油滴粒径约为前者的 3倍。 2 0 0 9年 4月 ，T y p h o n i x公 司在挪 威 国家石油 公司多相流循环管道 MP F L 上进行 了旋 流阀门 性能测试。测试结果表明，旋流阀门使原油脱水和 采油 污水 的质量 得 到 了提 高 ，含 水 体 积 分数 为 5 0 ％ 一 9 0 ％时 ，原油含水体 积分数 降低 了 6 0 ％ ～ 9 0 ％。2 0 1 2年 ，T y p h o n i x公司在挪威北 海 O s e b e r g 油田进行现场测试，使用旋流阀门时，分离器水出 E l 的平均含油质量浓度约为 5 5 m g ／ L ，常规节流阀 则大于 1 0 0 mg ／ L ，旋 流阀门使水 出 口含油质量浓 度降低约 5 0 ％；两者在分离器油出口含水体积分 数 的测量结果上差别不明显 。 3 ． 2 D u x v a l v e s 公司的 T y p h o o n阀 2 0 1 2年 2月 ，荷兰 D u x v a l v e s 公司对外 发布 了 成功研发 T y p h o o n阀的消息。T y p h o o n阀的核心技 术仍为 T y p h o n i x公 司所有 ，D u x v a l v e s公 司主要 围 绕 T y p h o n i x公司的孔板式专利结构开展研发工作。 如 图 5所示 ，T y p h o o n阀为低剪切孔板式 节流 阀， 节流元件 由固定孔板和旋转孔板组成 ，固定孔板与 流道连接成一体。工作时转动阀杆 ，带动旋转孔板 绕轴线旋转，通过调节旋转孔板与固定孔板上切向 孔 的对齐面积来调节流量。旋流室为喇叭口状 ，内 径逐渐增大 ，末端安装防涡器。流体流经切向孑 L 后 绕流道轴线旋转流过旋流室 ，到达旋流室末端时由 防涡器消除旋流 ，流出阀门。 1 一阀杆 ；2 一旋转孔板 ；3 一固定孔板 ；4 一 防涡器 。 图 5 T y p h o o n阀结构示意 图 F i g ． 5 S t r u c t u r d i a g r a m o f T y p h o o n v a l v e 4 结论与建议 1 从影响液滴 破碎 的微 观机理来看 ，降低 最大能量耗散率和流体内部速度梯度即可增大液滴 粒径，从而改变化学工程中的传热传质等过程。 2 对于原油 开采及集输 过程而言 ，降低液 滴破碎意味着油水分离效率的提高 。井 口低剪切节 流阀基于液滴破碎理论及旋流原理，极大地降低了 对流体的剪切作用 ，与常规井 口节流阀相比具有 明 显优势。 3 国外围绕井口低剪切节流阀开展了卓有 成效的研发工作，现场试验展示了其在提高油水分 离效率方面的巨大潜力 ，目前已经处于工程推广应 用阶段。我国尚未开展相关研究工作，建议我国对 井 口低剪切节流阀予以关注 ，并尽快开展低剪切节 流 阀的应用基础研究工作 。 一 9 6一 石 油机械 2 0 1 4年第4 2卷第 2期 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 1 0 ] 参考文献 尹钟万，杜春林 ，张双城 ．控制油滴粒径提高油水 分离效率的探讨 [ J ]．油气地面工程，1 9 9 3 ，1 2 22 12 3 ． Hi n z e J 0 ． F u n d a me n t a l s o f t h e h y d r o d y n a mi c me c h a n i s m o f s p l i t t i n g i n d i s p e r s i o n s p r o c e s s e s[ J ]． A I C h E J o u r n a l ，1 9 5 5 ，1 3 1 8 9 2 9 5 ． S l e i c h e r C A ． Ma x mi u m s t fi b l e d r o p s i z e i n t u r b u l e n t fl o w [ J ]． A I C h E J o u r n a l ，1 9 6 2 ， 8 4 4 7 1 4 7 7 ． P e r c y J S．S l e i c h e r C A． Dr o p b r e a k u p i n t h e fl o w o f i m m i s c i b l e l i q u i d s t h r o u g h a n o ri fi c e i n a p i p e[ J ]． A I C h E J o u r n al，1 9 8 3 ，2 9 1 1 6 1 1 6 4 ． Ka r a b e l a s A J ． Dr o p l e t s i z e s p e c t r a g e n e r a t e d i n t u r b u l e n t p i p e fl o w o f d i l u t e l i q u i d ／ l i q u i d d i s p e r s i o n s[ J ]． A I C h E J o u r n a l ，1 9 7 8 ，2 4 2 1 7 01 8 0 ． D a v i e s J T ． D r o p s i z e s o f e mu l s i o n s r e l a t e d t o t u r b u l e n t e n e r g y d i s s i p a t i o n[ J ]． C h e m i c a l E n g i n e e r i n g J o u r n a l ， 1 9 8 5 ，4 0 5 8 3 9 8 4 2 ． Mi e t u s W G P，Ma t a r O K，L a wr e n c e C J ，e t a 1 ． Dr o p l e t d e f o r ma t i o n i n c o n f i n e d s h e a r a n d e x t e n s i o n a l fl o w [ J ]． C h e m i c a l E n g i n e e ri n g S c i e n c e ，2 0 0 2 ，5 7 1 2 1 7 1 23 0． v a n d e r Z a n d e M J ． B r e a k u p o f o i l d r o p l e t s i n t h e p r o d u c t i o n s y s t e m [ R ]． E T C E 9 8 4 7 4 4 ，1 9 9 8 ． v a n d e r Z a n d e M J 。Mu n t i n g a J H．v a n d e n B r o c k W M G T ． E mu l s i fi c a t i o n o f p r o d u c t i o n fl u i d s i n t h e c h o k e v al v e[ R]． S P E 4 9 1 7 3 ，1 9 9 8 ． K wa k e ma a k P J ，v a n d e r Br o e k W M G T， C u r r i e P K ． R e d u c t i o n o f 0 i 1 d r o p l e t b r e a k u p i n a c h o k e[ R]． [ 1 1 ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] [ 1 7 ] SP E 1 0 6 69 3，20 0 7． J a n s s e n P H，N o i k C，Da l ma z z o n e C ． Emu l s i o n f o r - ma ri o n i n a m o d e l c h o k e v a l v e[ R]． S P E 7 1 4 7 3 ， 2 0 01 ． G a l i n a t S ， Ri s s o F， Ma s b e r n a t O， e t a 1 ． Dy n a mi c s o f d r o p b r e a k u p i n i n h o mo g e n e o u s t u r b u l e n c e a t v a r i o u s v o l u m e f r a c t i o n s[ J ]． F l u i d Me c h a n i c s ，2 0 0 7 ，5 7 8 8 59 4 ． G a l i n a t S ， Ma s b e r n a t O， Gu i r a u d P，e t a 1 ． D r o p b r e a k - u p i n t u r b u l e