CN102094607B - 高低压井注水设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油开采设备技术领域，具体涉及用于油井注水的高低压井注水设备及方法。包括注水设备、液力缸、油路控制设备和PLC控制器，所述注水设备通过油路控制设备与液力缸和油井连接，液力缸的换向设备通过向PLC控制器发出信号控制油路控制设备的导向设备，再由油路控制设备的导向设备实现液力缸的换向，所述油路控制系统的压力油通过油泵稳定提供，并形成一个循环回路，使压力油能够循环使用。本发明的有益效果表现为：由于采用了独立的循环油路控制设备控制注水的水路，使得注水设备在往高、低压井注水的可靠性和稳定性更强，延长了机器的使用寿命，同时节省了能耗；注水效果更好，且无污染物排放。

Description

高低压井注水设备及方法

技术领域

本发明属于石油开采设备技术领域，具体涉及用于油井注水的高低压井注水设备及方法。

背景技术

油田采油过程中，为了将原油从地下岩层的缝隙间趋出，往往需要向油井内注水。而不同的油井内的压力不同，有高有低，因此注水时所要求的注水压力也不尽相同，高压井需要更高的压力才能实现注水，低压井则不需要过高的压力。对于油井注水的传统做法是采用高压泵对高压井进行注水，为了使高压泵能对低压井同时进行注水，通常通过阀门节流，控制流量的方法来进行。为了使水压提高，能实现对更高压力的井注水，往往需要功率很大的水泵，因此能量消耗很大；同时，采用高压泵向低压井注水的做法，也会造成严重的能量浪费，而且注水效果也不好，对开采工作中造成诸多不便。

针以上技术问题，有技术利用进水自身的压力，采用调压缸、水油能量转换器、电磁换向阀等来控制注水流，以期实现水力自动调压注水的目的。但该技术通过水油能量转换器实现利用水压向油路加压，再通过油路压力变换控制桥式插入式阀件实现进出口水路的变换，这种做法虽然利用了水压自动向油路加压，但存在很大的缺陷：一是该专利技术方案中没有公开完整的控制油路的技术方案，实践中根据此专利的描述无法实现控制油路的连续循环工作，二是漏失的水和油动力液不但造成浪费，而且会对环境造成污染，三是不能提供稳连接定的控制油压，导致注水工作的不稳定，四是水介质容易腐蚀管道，影响油路的工常工作；同时，该技术的调压缸的换向设备和缸筒之间的连接都存在很大的缺陷。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种用于油田的能向高低压井同时注水的方法。

本发明的另一个目的是提供一种循环油路控制设备来控制注水的水路，利用固定压力的一级泵站实现对高压井和低压井同时进行稳定注水，且设备使用寿命长，换向稳定，精准度高的水力自动调压的注水设备。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：高低压井注水方法，利用压力调节设备通过水自身的压力，将泵入的恒定水压的水调节成高压水和低压水，再将高压水注入高压井，低压水注入低压井，所述压力调节设备是利用泵入的水压大于低压井的压力所形成的压力差，推动压力调节设备的工作腔内的活塞运动，形成压力大于高压井压力的高压腔和压力大于低压井压力的低压腔，实现对高压井和低压井的注水；再通过换向设备和导向设备，使所述压力差反向作用活塞，再形成压力大于高压井压力的高压腔；如此反复换向导向，实现对高压井和低压井的持续注水。

所述导向设备通过循环的油路控制设备控制，所述油路控制设备通过油泵泵入的具有恒定压力的油，利用先导电子球阀接通或切断油路，控制注水口开关的切换，所述压力差的方向的切换。

高低压井注水设备，包括注水设备、液力缸、油路控制设备和PLC控制器，所述液力缸包括由连接体连接的左缸筒和右缸筒，液力缸内设有两端带有活塞的连杆，活塞、连杆和连接体将左缸筒和右缸筒分隔为A腔、B腔、C腔、D腔四个工作腔，所述每个工作腔分别设有A口、B口、C口、D口四个进出水口；所述注水设备包括一级泵站、工作口控制设备、高压井和低压井，所述工作口控制设备包括进水口，B工作口，C工作口和出水口，所述进水口与一级泵站连接，所述B工作口与所述B腔连接，所述C工作口与所述C腔连接，所述出水口与所述低压井连接，所述一级泵站通过A腔输入单向阀和D腔输入单向阀分别与所述A腔与D腔连接，所述A腔与D腔分别通过A腔输出单向阀和D腔输出单向阀与高压井连接；所述油路控制设备包括工作口开关和先导设备，所述工作口开关包括四个液控单向阀A、B、C、D，所述先导设备包括与所述PLC控制器连接的先导电子球阀A和B，所述先导电子球阀A与所述液控单向阀A、D连接，先导电子球阀B与所述液控单向阀B、C连接，所述左缸筒和右缸筒的两端分别设有与所述PLC控制器连接的左接近开关和右接近开关，所述油路控制设备还包括油泵和油箱，所述油泵和PLC控制器连接，所述油泵和油箱分别和所述先导设备连接，在油泵和先导设备之间设有输油单向阀。

所述先导电子球阀A上设有排油通道A和进油通道A，所述先导电子球阀B上设有排油通道B和进油通道B。

所述输油单向阀和先导设备之间设有蓄能器和压力传变送器，所述压力传变送器与PLC控制器连接。

所述输油单向阀和油泵之间设有溢流阀，所述溢流阀与油箱连接。

所述蓄能器通过截油阀与油箱连接。

所述左缸筒、右缸筒和所述连接体之间的连接为法兰连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果表现为：由于采用了独立的循环油路控制设备对注水的水路，使得注水设备往高、低压井注水的可靠性和稳定性更强，延长了机器的使用寿命，同时节省了能耗；注水效果更好，且无污染物排放。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中，1-液力缸，11A-左缸筒，11B-右缸筒，12A-左活塞，12B-右活塞，13-连接体，14A-左接近开关，14B-右接近开头，15-连杆，16A-A腔，16B-B腔，16C-C腔，16D-D腔，17A-A口，17B-B口，17C-C口，17D-D口；2-注水设备，21A-A腔输入单向阀，22A-A腔输出单向阀，21D-D腔输入单向阀，22D-D腔输出单向阀，23A-进水口，23B-B工作口，23C-C工作口，23D-注水口，P-一级泵站，P1-低压井，P2-高压井；3-油路控制设备，31A-液控单向阀A，31B-液控单向阀B，31C-液控单向阀C，31D-液控单向阀D，32-油泵，33-输油单向阀，34-溢流阀，35-蓄能器，36-压力传变送器，37-截油阀，38-油箱，39A-先导电子球阀A，39B-先导电子球阀B，310A-排油通道A，310B-排油通道B，311A-进油通道A，311B-进油通道B。

具体实施方式

参见图1，水力自动调压装置包括注水设备2、液力缸1、油路控制设备3和PLC控制器。液力缸1包括由连接体13连接的左缸筒11A和右缸筒11B，液力缸内设有连杆15，连杆15的两端带有左活塞12A和右活塞12B，活塞和连接体将左缸筒11A和右缸筒11B分隔为A腔、B腔、C腔、D腔四个工作腔，每个工作腔均设有A口、B口、C口、D口四个进出水口；左缸筒11A、右缸筒11B和连接体13之间的连接为法兰连接，左缸筒11A、右缸筒11B两端分别设有与所述PLC控制器连接的左接近开关14A和右接近开关14B。

注水设备包括一级泵站P、工作口控制设备、高压井P2和低压井P1，工作口控制设备包括进水口23A，B工作口23B，C工作口23B和出水口23D，进水口23A与一级泵站P连接，B工作口23B与B腔16B连接，C工作口与C腔16C连接，出水口23D与低压井P1连接，一级泵站P通过A腔输入单向阀21A和D腔输入单向阀21D分别与A腔16A与D腔16D连接，A腔16A与D腔16D分别通过A腔输出单向阀22A和D腔输出单向阀22D与高压井P2连接。一级泵站P指油田注水的一级泵站。

油路控制设备包括工作口开关和先导设备，工作口开关包括液控单向阀A31A，液控单向阀B31B、液控单向阀C31C、液控单向阀D31D，先导设备包括与PLC控制器连接的先导电子球阀A39A和先导电子球阀B39B，先导电子球阀A与液控单向阀A、液控单向阀D连接，先导电子球阀B与液控单向阀B、液控单向阀C连接；先导电子球阀A上设有排油通道A310A和进油通道A311A，先导电子球阀B上设有排油通道B310B和进油通道B311B。油路控制设备还包括油泵32和油箱38，油泵32和PLC控制器连接，油泵32和油箱38分别和所述先导设备的先导电子球阀A和先导电子球阀B连接，在油泵和先导设备之间设有输油单向阀33，输油单向阀33和先导设备之间设有蓄能器35和压力传变送器36，压力传变送器36与PLC控制器连接，输油单向阀33和油泵之间设有溢流阀34，溢流阀34与油箱38连接，蓄能器35通过截油阀37与油箱38连接。油箱38上也可设置过滤器，液位计、空气滤清器、温度传感器和加热器。温度传感器与通过PLC器和加热器相连。PLC控制器优选为单片机。

本实用新型水力自动调压设备工作时：油泵从油箱中抽油，通过输油单向阀将油泵向先导设备的先导电子球阀，如果油路中油压过高，油可以从设在油泵和输油单向阀之间的溢流阀溢出并流回油箱；经过输油单向阀的油在油压过高时，无法回流入油箱，因此在输油单向阀和先导电子球阀之间设有蓄能器，用来蓄积多余的油路能量，油路中油压过大时，蓄能器和先导电子球阀之间的压力传变送器将这个高油压值传给PLC控制器，PLC控制器接到油压过高的信号后，发出指令关闭油泵，此时，蓄能器向油路提供油压，等压力小于工作压力时，压力传变送器再次向PLC控制器传递压力过低的信息以启动油泵继续向油路泵油。

两个先导电子球阀处于不同的工作状态，当一个先电子球阀的进油通道与进油管连通，其出油口与相应的液控单向阀连通，而它的排油通道处于封闭状态；此时另外一个先导电子球阀的排油通道与相应的液控单向阀和油箱连通，将油路中的油排入油箱中。在PLC控制器的控制下，两个电子球阀的工作状态不能停地切换，实现两个先导电子球阀进油通道和排油通道的交替接通与封闭。

当先导电子球阀A的进油通道A接通时，液控单向阀A和液控单向阀D在油路压力的作用下关闭，此时，先导电子球阀B的排油通道B与液控单向阀B、液控单向阀C所处的油路接通，液控单向阀B、液控单向阀C所处的油路中的油通过先导电子球阀B的排油通道B排向油箱，使液控单向阀B、液控单向阀C所受油路的油压消失，则液控单向阀B和液控单向阀C打开。此时，一级泵站P将水泵入工作口控制设备的进水口23A，水经过液控单向阀C流向液力缸的C腔，此时C腔为来水腔，而B腔通过液控单向阀B与低压井P1连通，此时B腔为低压腔，A腔、D腔与一级泵站P一直处于连通状态，此时活塞受到的C腔和A腔的压力之和大于活塞受到来自D腔和B腔的压力，活塞即向右移动，随着活塞的移动，D腔的压力增大，通常一级泵站供的泵水压力15-20MPa，D腔的压力通常会增大到泵水压力1-1.5倍，当这个压力大于高压井P2的压力时，D腔的水就会通过输出单向阀22D注入高压井P2，此时B腔为低压腔，其水压一般为泵水压力的0-0.5倍，B腔的水则注入低压井P1，当右活塞接近到D腔的端部，到达D腔端部所设的接近开关14B时，接近开关14B将感应到的信号发送给PLC控制器，PLC控制器立即向先导设备的先导电子球阀发出导向指令，两个电子球阀随即切换工作状态，其排油通道和进油通道的开闭状态立即切换，使液控单向阀B、C在油路压力的作用下关闭，使液控单向阀A、D开启，则此时B腔通过开启的液控单向阀A与一级泵站连通，则B腔成为来水腔，C腔通过开启的液控单向阀D与低压井P1连通，则C腔变为低压腔，此时活塞即向反向移动，A腔的水压力升高，A腔的水压大于高压井的压力时，A腔的水通过输出单向阀22A注入高压井，同时C腔的水进入低压井P1，当左活塞移至A腔的端部，A腔端部的接近开关14A感应到左活塞时，接近开关24将感应到的信号发送给PLC控制器，PLC控制器立即向先导设备的先导电子球阀发出导向指令，两个电子球阀随即再次切换工作状态，活塞便再向反向移动，如此反复实现对高压井P2和低压井P1同时注水。

高低压井注水方法是将泵入的恒定水压的水，利用压力调节设备通过水自身的压力，将泵入的水调节成高压水和低压水，再将高压水注入高压井，低压水注入低压井，所述压力调节设备是利用泵入的水压大于低压井的压力所形成的压力差，推动压力调节设备的工作腔内的活塞运动，形成压力大于高压井压力的高压腔和压力大于低压井压力的低压腔，实现对高压井和低压井的注水；再通过换向设备和导向设备，使所述压力差反向作用所述活塞，再形成压力大于高压井压力的高压腔；如此反复换向导向，实现对高压井和低压井的持续注水。所述导向设备通过循环的油路控制设备控制，所述油路控制设备通过油泵泵入的具有恒定压力的油，再利用先导电子球阀接通或切断油路，控制注水口开关的切换，实现对压力调设备的所述压力差的方向的切换。

Claims (5)

1.高低压井注水方法，利用压力调节设备通过水自身的压力，将泵入的恒定水压的水调节成高压水和低压水，再将高压水注入高压井，低压水注入低压井，其特征在于：所述压力调节设备是利用泵入的水压大于低压井的压力所形成的压力差，推动压力调节设备的工作腔内的活塞运动，形成压力大于高压井压力的高压腔和压力大于低压井压力的低压腔，实现对高压井和低压井的注水；再通过换向设备和导向设备，使所述压力差反向作用活塞，再形成压力大于高压井压力的高压腔；如此反复换向导向，实现对高压井和低压井的持续注水，所述导向设备通过循环的油路控制设备控制，所述油路控制设备通过油泵泵入的具有恒定压力的油，利用先导电子球阀接通或切断油路，控制注水口开关的切换，所述压力差的方向的切换，所述压力调节设备包括注水设备、液力缸、油路控制设备和PLC控制器，所述液力缸包括由连接体连接的左缸筒和右缸筒，液力缸内设有两端带有活塞的连杆，活塞、连杆和连接体将左缸筒和右缸筒分隔为A腔、B腔、C腔、D腔四个工作腔，所述每个工作腔分别设有A口、B口、C口、D口四个进出水口；所述注水设备包括一级泵站、工作口控制设备、高压井和低压井，所述工作口控制设备包括进水口，B工作口，C工作口和出水口，所述进水口与一级泵站连接，所述B工作口与所述B腔连接，所述C工作口与所述C腔连接，所述出水口与所述低压井连接，所述一级泵站通过A腔输入单向阀和D腔输入单向阀分别与所述A腔与D腔连接，所述A腔与D腔分别通过A腔输出单向阀和D腔输出单向阀与高压井连接；所述油路控制设备包括工作口开关和先导设备，所述工作口开关包括四个液控单向阀A、B、C、D，所述先导设备包括与所述PLC控制器连接的先导电子球阀A和B，所述先导电子球阀A与所述液控单向阀A、D连接，先导电子球阀B与所述液控单向阀B、C连接，所述左缸筒和右缸筒的两端分别设有与所述PLC控制器连接的左接近开关和右接近开关，所述油路控制设备还包括油泵和油箱，所述油泵和PLC控制器连接，所述油泵和油箱分别和所述先导设备连接，在油泵和先导设备之间设有输油单向阀。

2.高低压井注水设备，包括注水设备、液力缸、油路控制设备和PLC控制器，所述液力缸包括由连接体连接的左缸筒和右缸筒，液力缸内设有两端带有活塞的连杆，活塞、连杆和连接体将左缸筒和右缸筒分隔为A腔、B腔、C腔、D腔四个工作腔，所述每个工作腔分别设有A口、B口、C口、D口四个进出水口；所述注水设备包括一级泵站、工作口控制设备、高压井和低压井，所述工作口控制设备包括进水口，B工作口，C工作口和出水口，所述进水口与一级泵站连接，所述B工作口与所述B腔连接，所述C工作口与所述C腔连接，所述出水口与所述低压井连接，所述一级泵站通过A腔输入单向阀和D腔输入单向阀分别与所述A腔与D腔连接，所述A腔与D腔分别通过A腔输出单向阀和D腔输出单向阀与高压井连接；所述油路控制设备包括工作口开关和先导设备，所述工作口开关包括四个液控单向阀A、B、C、D，所述先导设备包括与所述PLC控制器连接的先导电子球阀A和B，所述先导电子球阀A与所述液控单向阀A、D连接，先导电子球阀B与所述液控单向阀B、C连接，其特征在于，所述左缸筒和右缸筒的两端分别设有与所述PLC控制器连接的左接近开关和右接近开关，所述油路控制设备还包括油泵和油箱，所述油泵和PLC控制器连接，所述油泵和油箱分别和所述先导设备连接，在油泵和先导设备之间设有输油单向阀，所述先导电子球阀A上设有排油通道A和进油通道A，所述先导电子球阀B上设有排油通道B和进油通道B，所述左缸筒、右缸筒和所述连接体之间的连接为法兰连接。

3.根据权利要求2所述的高低压井注水设备，其特征在于：所述输油单向阀和先导设备之间设有蓄能器和压力传变送器，所述压力传变送器与PLC控制器连接。

4.根据权利要求2所述的高低压井注水设备，其特征在于：所述输油单向阀和油泵之间设有溢流阀，所述溢流阀与油箱连接。

5.根据权利要求3所述的高低压井注水设备，其特征在于：所述蓄能器通过截油阀与油箱连接。

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