CN104481477A - 高温油藏化学驱密闭配聚装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温油藏化学驱密闭配聚装置，包括干粉储罐、螺旋给料机、接料斗、射流器、熟化罐和给水系统，所述给水系统与射流器的水进口相连通，所述干粉储罐、螺旋给料机、接料斗、射流器、熟化罐依次连通，形成密闭的配聚系统；还包括氮气供应系统，所述氮气供应系统通过供氮管路分别与干粉储罐、接料斗、熟化罐相连通，所述供氮管路上设有氮封压力控制系统。本发明的配聚装置，可在氮气隔氧工况下进行配聚，实现了氮密闭配制聚合物溶液，极大的降低了聚合物溶液中溶解氧的含量，解决了开放式水力射流配聚装置所得聚合物溶液中氧浓度较高的问题，满足高温油藏化学驱对聚合物溶液氧含量的要求指标。
Description
技术领域
本发明属于油田地面配聚技术领域，具体涉及一种高温油藏化学驱密闭配聚装置。
背景技术
国内外为提高油田最终采收率而开展的聚合物驱、聚合物弱凝胶调驱、聚合物与表面活性剂及碱、聚合物、表面活性剂复合驱等化学驱油技术的研究与应用已经相当广泛和深入，但80℃以上的高温油藏化学驱技术的研究与应用尚未突破。其中，注入的驱剂体系中聚合物溶液配制的关键问题在于配制过程中要防止聚合物的化学降解降粘。聚合物的化学降解是指在某些化学因素(热、氧、残余杂质、过度金属)的作用下，发生氧化还原反应或水解反应，使聚合物分子链断裂或改变聚合物的结构，从而导致聚合物分子量下降，粘度降低，严重时甚至会完全失去粘性，因此聚合物的化学降解是聚合物溶液配制过程中必须注意的问题。
实验研究表明，聚合物溶液在不含溶解氧的情况下，在温度高达90℃时，2％NaCl水溶液配制的聚合物溶液至少可以稳定20个月，并且在高温下聚合物分子中的酰胺基水解化为羧基，使大分子内部产生静电斥力，分子水动力学体积膨胀，溶液粘度增加；不含氧时，溶液中存在Fe2+、Fe3+、H2S不影响聚合物溶液的稳定性。高分子的聚丙烯酰胺在与空气接触条件下所配制的聚合物溶液，在较低温度下，聚合物的降解较小，温度升高将使降解增加，尤其在有Fe2+、Fe3+、H2S等其他还原物存在时会发生剧烈降解。因此，如何降低聚合物溶液中的溶解氧含量，是聚合物溶液配制过程中急需解决的问题。
目前，工业化应用的配聚设备均为常压设备。其中，聚合物干粉的分散溶解系统大多采用风送式，聚合物溶液的溶解氧含量一般在1.8mg/L以上，远高于温油藏化学驱聚合物溶液氧含量不大于0.5mg/L的要求指标。现有技术中，专利CN2886076Y公开了一种水力射流直接分散聚合物干粉的装置，该装置由干粉储罐、螺旋给料机、给水系统、水力喷射器和熟化罐构成，给水系统依次管路连接了电动阀、电磁流量计、压力表至喷射器的芯管入口，电磁流量计的出口管路连接了电磁阀，并继续以管路切线进入喂料漏斗；干粉储罐的下部安装了料位开关及底部下料开关，并经管路连接至螺旋给料机的入口，螺旋给料机的出口置于喂料漏斗的上口，喂料漏斗的下部经开关连接喷射器的扩散腔，喷射器的出口连接料液熟化罐。专利CN201431858Y公开了一种高效射流型聚合物分散溶解装置，由水泵、电动球阀进水、电磁流量计和高效射流器通过管线依次连接，旋流清洗下料漏斗置于高效射流器的上面，旋转下料漏斗上方依次连接螺旋下料器和干粉储罐，所述旋转下料器旁设置有一个振动器，开口处装有滤网以及在上方安装了除尘器。水力射流分散装置依旧为开放式常压工况下配聚，虽相对于风送式可大幅度减少空气的射入量，但由于喂料漏斗为开放式且装置中充满了空气，其配置的聚合物溶液中仍含有较高浓度的溶解氧，不能满足高温油藏化学驱对聚合物溶液氧含量的要求指标。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温油藏化学驱密闭配聚装置，解决现有开放式水力射流配聚装置所得聚合物溶液中溶解氧浓度较高的问题。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：高温油藏化学驱密闭配聚装置，包括干粉储罐、螺旋给料机、接料斗、射流器、熟化罐和给水系统，所述给水系统与射流器的水进口相连通，所述干粉储罐、螺旋给料机、接料斗、射流器、熟化罐通过管路依次连通，形成密闭的配聚系统；还包括氮气供应系统，所述氮气供应系统通过供氮管路分别与干粉储罐、接料斗、熟化罐相连通，所述供氮管路上设有用于控制配聚系统内压力的氮封压力控制系统。
所述接料斗为封闭式容器，与螺旋给料机通过管路相连通。
所述氮封压力控制系统包括球阀、调节阀、压力传感器，所述球阀、调节阀和压力传感器沿供氮方向依次设置在供氮管路上。
所述氮封压力控制装置还包括PIC闭环调节装置，所述PIC闭环调节装置分别与球阀、调节阀、压力传感器相连接。
所述供氮管路在球阀、调节阀、压力传感器处设有旁路管道，所述旁路管道安装有限流孔板。
所述供氮管路上，沿供氮方向在压力传感器后方还设有恒压排气阀。
所述干粉储罐和/或熟化罐顶部设有呼吸阀。
所述干粉储罐和/或熟化罐顶部设有紧急泄放阀。
所述射流器的出口管路最低处设有电磁阀。
所述螺旋给料机的进口与出口均位于接料斗的内腔中，干粉储罐的下料口与螺旋给料机的进口相连通，螺旋给料机的出口与接料斗的内腔相连通。
所述氮气供应系统为氮气储罐。
本发明的高温油藏化学驱密闭配聚装置，干粉储罐、螺旋给料机、接料斗、射流器、熟化罐依次连通，形成密闭的配聚系统，使聚合物的配聚过程在密闭的配聚系统中进行，防止配聚过程中外界空气进入配聚系统；氮气供应系统和氮封压力控制系统可向配聚系统中充入氮气，在配聚系统中形成压力控制在一定范围内的氮气隔氧工况，在氮气隔氧工况下进行聚合物干粉的水力射流分散、混合溶解熟化，实现氮密闭配制聚合物溶液，极大的降低了聚合物溶液中溶解氧的含量，有效避免了聚合物溶液的热氧降解，提高了80～105℃条件下配制高温聚合物驱、低度交联聚合物驱、复合驱及其组合驱油体系的粘度，解决了现有开放式水力射流配聚装置所得聚合物溶液中溶解氧浓度较高的问题，满足高温油藏化学驱对聚合物溶液氧含量的要求指标，为动用Ⅲ类储量(油藏温度80℃以上)的高温油藏化学驱油技术提供了设备支撑。
进一步的，氮封压力控制系统包括球阀、调节阀、压力传感器，一定压力和流量的氮气经调节阀进入配聚系统，正常情况下通过压力传感器、调节阀维持配聚系统内气相空间压力在合理范围之内，当气相空间压力超过最高限值时，球阀关闭，停止氮气供应；当气相空间压力低于最低限值时，球阀开启，开始补充氮气。PIC闭环调节装置实现气相空间压力的自动控制与调节。当球阀、调节阀、压力传感器和PIC闭环调节装置需要检修或故障时，使用安装有限流孔板的旁路给配聚系统内补充氮气，当气相空间压力高于最高限值时，通过恒压排气阀外排。当压力传感器、调节阀和PIC闭环调节装置事故失灵不能及时开启，造成配聚系统内压力降低至最低限值以下时，通过干粉储罐顶部和熟化罐顶部的呼吸阀向配聚系统内部补充空气，确保配聚系统内压力不低于设计压力底限。为确保事故工况下的安全排放，在熟化罐顶部设置紧急泄放阀，紧急泄放阀定压不高于设计压力上限。为确保在密闭工况下装置安全可靠，在射流器出口管路的最低点安装大口径常开式电磁阀(不供电处于开阀状态)，当装置运行中意外停电时，该电磁阀以0.2s的速度打开，把管线中剩余液体全部排出到排污池，防止返回密封式接料斗中；当射流器有阻塞时，接料斗中液位超高，则打开该电磁阀同时装置停止运行。
附图说明
图1为实施例1的高温油藏化学驱密闭配聚装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例的高温油藏化学驱密闭配聚装置，如图1所示，包括干粉储罐3、螺旋给料机4、给水系统、接料斗5、射流器6和熟化罐7；所述干粉储罐3为密闭式聚合物干粉储罐，螺旋给料机4为密闭式变频螺杆下料器，射流器6为插入式文丘里射流器，熟化罐7为动密封搅拌溶解熟化罐，熟化罐7中安装有搅拌器33；所述接料斗5为密闭容器，螺旋给料机4的进口和出口均位于接料斗5内部；
所述干粉储罐3的下料口与螺旋给料机4的进口通过管路相连通，该管路上设有储罐出口阀26；螺旋给料机4的出口与接料斗5的内腔相连通，接料斗的底部为圆锥状，其圆锥状部分的侧壁上设有光电液位探测计39；接料斗5的下口与射流器6的扩散腔通过管路相连通，该管路上设有电动球阀31；射流器6的出口与熟化罐7的进口相连通，射流器的出口管路最低处设有电磁阀32，该电磁阀32为大口径常开式电磁阀；所述干粉储罐3、螺旋给料机4、接料斗5、射流器6、熟化罐7及其相互连接的管路形成密闭的配聚系统；
射流器6的进口与给水系统相连通；所述给水系统包括储水罐1、离心泵2和给水控制系统，所述储水罐1的出口与离心泵2的进口相连通，离心泵2的出口与射流器6的进口通过供水管路相连通，给水控制系统设置在该供水管路上；所述给水控制系统包括电动蝶阀27、电动调节阀28、电磁流量计29和PLC可编程程序控制器30，所述电动蝶阀27、电动调节阀28、电磁流量计29沿供水方向依次设置在供水管路上，所述PLC可编程程序控制器30分别与电动蝶阀27、电动调节阀28、电磁流量计29相连接，实现本地闭环自动控制；
还包括振动筛19、加料桶20和抽风除尘器22，所述振动筛19的底部与加料桶20的顶部相连通，加料桶20的底部与干粉储罐3的顶部通过管道相连通，该管道上设有第一电动闸板阀21；抽风除尘器22的底部与干粉储罐3的顶部通过管道相连通，该管道上设有第二电动闸板阀23；为保证连续下料，所述干粉储罐3的底部为圆锥状，其圆锥状部分的侧壁上设有料位音叉24和振动器25；
还包括氮气储罐13，所述氮气储罐13出口经第一供氮管路与干粉储罐3的氮气进口相连通，经第二供氮管路与接料斗5的氮气进口相连通，经第三供氮管路与熟化罐7的氮气进口相连通，所述氮气储罐13的出口处设有自立式调节阀14，所述第一、第二、第三供氮管路上均设有氮封压力控制系统8和恒压排气阀16；所述氮封压力控制系统8包括电动球阀12、电动调节阀11、第一压力传感器9和PIC闭环调节装置10，所述电动球阀12、电动调节阀11和第一压力传感器9沿供氮方向依次设置在供氮管路上，PIC闭环调节装置10分别与电动球阀12、电动调节阀11、第一压力传感器9相连接；恒压排气阀16沿供氮方向设置在第一压力传感器9的后方；所述第一、第二、第三供氮管路均在电动球阀12、电动调节阀11、第一压力传感器9处设有旁路管道，所述旁路管道安装有限流孔板15；
所述干粉储罐3的顶部设有呼吸阀17，熟化罐7的顶部设有紧急泄放阀18和呼吸阀17；所述熟化罐7的出口与螺杆供液泵36的进口通过管路相连通，该管路上设有熟化罐出口阀35；所述螺杆供液泵36为两台，一用一备，螺杆供液泵36连接有变频器37；所述螺杆供液泵36的出口管路上设有第二压力传感器38。
本实施例的高温油藏化学驱密闭配聚装置，使用时，氮气储罐内的氮气(0.8MPa)经自立式调节阀减压至需要的压力(0.2MPa)；一定压力和流量的氮气经电动调节阀进入配聚系统，正常情况下通过压力传感器、电动调节阀、PIC闭环调节装置自动维持配聚系统内气相空间压力在合理范围之内(1.0～4.0KPa)，当气相空间压力超过最高限值(4.0KPa)时，电动球阀关闭，停止氮气供应；当气相空间压力低于最低限值(1.0KPa)时，电动球阀开启，开始补充氮气。当电动球阀、电动调节阀、压力传感器和PIC闭环调节装置需要检修或故障时，使用安装有限流孔板的旁路给配聚系统内补充氮气，当气相空间压力高于最高限值(4.5KPa)时，通过恒压排气阀外排。当压力传感器、电动调节阀和PIC闭环调节装置事故失灵不能及时开启，造成配聚系统内压力降低至最低限值以下(-0.3KPa)时，通过干粉储罐顶部和熟化罐顶部的呼吸阀向配聚系统内部补充空气，确保配聚系统内压力不低于设计压力低限(-0.5KPa)。为确保事故工况下的安全排放，在熟化罐顶部设置紧急泄放阀，紧急泄放阀定压不高于设计压力上限(5.0KPa)。为确保在密闭工况下装置安全可靠，在射流器出口管路的最低点安装大口径常开式电磁阀(不供电处于开阀状态)，当装置运行中意外停电时，该电磁阀以0.2s的速度打开，把管线中剩余液体全部排出到排污池，防止返回密封式接料斗中；当射流器有阻塞时，密封接料斗中光电液位探测计探测到液位超高，则打开该电磁阀同时装置停止运行。
本实施例的高温油藏化学驱密闭配聚装置中，干粉储罐的具体加料方式为：加料前首先关闭氮封压力控制系统，而后开启加料桶下面的第一电动闸板阀，开启抽风除尘器下面的第二电动闸板阀；待开启状态反馈后，启动抽风除尘器，打开加料桶盖，启动振动筛，加注聚合物干粉；加料后，停止振动筛，关严加料桶盖，关闭第一电动闸板阀；启动氮封压力控制系统，5min后关闭抽风除尘器，关闭第二电动闸板阀，待关闭状态反馈后，装置即完成加料操作。启动氮封压力控制系统5min后关闭抽风除尘器的目的是将聚合物干粉储罐内气相空间中的空气置换为高纯度的氮气。
配聚的工艺流程为：聚合物干粉经振动筛进入干粉储罐，再经螺旋给料机精确计量投加进入接料斗，离心泵将储水罐中的水输出(压力0.15～1.2MPa)，经电动调节阀调节及电磁流量计计量后，由插入式文丘里射流器高速射出，在文丘里管体喉管段的末端形成有效的真空度，将密闭式螺旋给料机输出的干粉吸入混合湿润，并利用射流器出口备压通过管路输送到熟化罐进行搅拌溶解熟化，熟化后的聚合物溶液通过螺杆泵输入高压注聚系统；本实施例的高温油藏化学驱密闭配聚装置为密闭(气密性)装置，采用氮气储罐和氮封压力控制系统向配聚系统中充入纯度为99.99％的氮气，形成氮气隔氧工况，在氮气隔氧工况下进行聚合物干粉的水力射流分散、混合溶解熟化，实现氮密闭配制聚合物溶液，极大的降低了聚合物溶液中溶解氧的含量。
本实施例的高温油藏化学驱密闭配聚装置实现全自动控制，控制系统采用当今主流控制系统美国AB PLC及控制组态软件；包括分散溶解装置控制系统及中心控制系统(包括供水、分散下料、搅拌溶解熟化、喂液控制系统)，共采用2套AB PLC控制系统，采用集散式的控制方案。各控制系统采用独立的AB可编程控制器(PLC)，中心控制系统采用AB 1756系列，分散溶解装置控制系统采用AB1769系列，可不受其他单元制约，独立完成自身的数据处理和逻辑控制功能，又可通过控制网进行通讯，中心控制系统采用远程I/O式控制，使通讯速度大大提升，对各设备集中控制。中心控制系统采用WINDOWS XP操作平台下的AB组态RSVIEW32工控软件，屏幕可动态显示配制站的工艺流程及装置与系统的工作状态，及运行参数与设置参数，对整站设备实施监测与控制。各控制单元的控制柜提供所需的电气与机械保护功能如过载保护、液位监控、料位监控、无流量关机并报警，超压停泵报警。
整个控制系统实行三级控制：即远程监控、单元自动、手动操作。整个系统可以对任何设备单元进行任何级别的控制操作。第一级-手动控制，每一设备单元均有完备的独立手动控制，无须经过PLC控制器及中心控制系统即可独立手动启动与停止，应按照工艺操作顺利进行；第二级-局部(单元)自动控制，各系统均具备独立自动逻辑控制功能，不需经中心控制系统，由本单元PLC可编程控制器来实现装置或其它系统的各部件自动连续运行；第三级-远程自动控制，系统操作台在中心控制室内，各控制操作在操作台上进行。在系统操作台上可进行相应的控制参数的输入与操作运行参数的监控。如果设备单元是处于第一级或第二级控制状态下，则控制参数不能从系统操作台输入，但可对相应运行参数进行监控；同时，中心控制室还可进行数据记录、故障点、故障内容、故障时间报警显示、故障复位和确认，同时具有声光报警功能及相应的生产报表打印。整个控制系统实行三级控制，可以对任何设备单元进行任何级别的控制操作；配制站系统电源波动范围小于20％时，整站自控系统可正常工作；自控系统具有抗电源干抚、电磁干抚、及工业环境下抗震动干抚能力。具体操作如下：
自动操作：选择工作模式为“自动”位置，确认三套氮封压力控制系统均处于本地自动运行状态；打开主控机电源，显示当前系统流程，检查显示是否可靠，设定各参数；通过鼠标选择各运行单元，按“运行”键，显示该单元颜色变绿，计算机确认符合启动条件，即将开始工作。以下各步操作均是自动进行，自控核心装置为PLC可编程序控制器；a)当动密封搅拌溶解熟化罐有进口阀开、且系统无致命故障报警时，离心泵启动，分散装置进水；进水时，电动蝶阀开，根据设定流量通过电动调节阀、电磁流量计和PLC可编程序控制器调节满足设定流量值；水流稳定35s后打开密闭式接料斗下面的电动球阀；电动球阀开启状态反馈5s后密闭式变频螺杆下料器启动，根据水流量与设定浓度自动变频调节下料量；干粉与水经插入式文丘里射流器混合后进入动密封搅拌溶解熟化罐；b)当因某种原因需要停止工作时，分散部分应首先停密闭式变频螺杆下料器，5s后依次关闭电动球阀、氮气供给系统、和电动蝶阀，10s后停离心泵；c)分散装置运行后，自控系统将选择一座到达所设定空罐低液位时间最长的熟化罐，打开其进口阀门，并向该罐输液；若该罐进口阀门不能打开或其它故障，能自动、手动将该罐切除出自控系统，自控系统将选择另一座达到设定空罐低液位时间最长的熟化罐输液；d)淹没熟化罐搅拌器低层叶片时，启动搅拌器；e)当液位到达所设定的高液位时，向另一个达到设定空罐低液位时间最长的熟化罐供液，打开其进口阀后，关闭已满罐的进口阀，若无空罐，则分散装置自动停机；f)从液位到达所设定的高液位时开始计熟化时间和搅拌时间，停止计空罐时间并清零；当搅拌时间达到设定熟化时间，搅拌器停止工作；g)若干个熟化罐均能自动进液、搅拌熟化、排液，任何一个或几个罐出现故障都不会影响其它罐的自动运行；h)在自动方式下，熟化罐搅拌时间达不到设定熟化时间，不能打开其出口阀；i)熟化罐排液到所设定的空罐低液位时，停止排液，停止计熟化时间并清零，同时对另一座熟化时间最长的熟化罐排液；j)熟化罐的熟化时间等控制参数具有掉电自保持功能，即熟化系统因停电原因重新启动后应保持原来的参数；k)若干个熟化罐共用一套氮封控制系统，熟化罐的上部气相空间压力相同；L)恒压喂液(转液)控制系统由两台螺杆供液泵及配套工艺流程组成，一用一备。正常情况下一台螺杆泵变频运行，保证泵出口压力平稳；若一台泵出现故障，另一台变频泵自动投入运行；m)泵进出口实现压力连锁保护。
系统发生下列故障时，系统将停运：系统程序紊乱，主机硬件故障；主控柜供电断路、各通讯信号受扰，PLC故障；干粉料位偏低，低料位出现报警，要在5min内停机；密闭式变频螺杆下料器卡死，发出报警；搅拌器出现故障；熟化罐液位超高，造成压变及浮球开关动作，产生报警；熟化罐出口阀出现“粘”阀现象，PLC控制进行开合失灵，行程开关动作不正常。
手动操作：仅用于调试和维修，或当装置因某些故障不能自动运行时，可通过手动方式进行短期的生产。操作方法如下：主电源开关扳到“开”位置；工作方式选择开关置于“手动”位置；把相应开关处于“运行”，可以使相应设备工作(用于调试、维修)；手动方式下详细生产操作序列如下(用于短期生产或自动控制系统发生故障时)：启动离心泵，打开电动蝶阀(通过电控箱上的开关)，向分散装置供水；手动调节调节阀达到设定值，供水35s后，打开电动球阀；电动球阀开5s后，启动料斗振动器和密闭式变频螺杆下料器；通过给料旋钮调节下料量；通过手动调节阀满足氮封压力控制系统正常运行参数。手动关机时，关闭顺序与启动时相反。
密闭配聚装置的配电系统：配电系统应选用3台低压配电柜与1台变频柜，要求每一回路具有手动和自动启停、过载保护功能(所有手动启停操作在配电柜上实现，三位选择开关安装在PLC控制柜上)，柜内预留一路备用回路；每一回路配备电源指示灯和运行指示灯，并提供正常运行、停止、故障触点端子。
Claims (10)
1.高温油藏化学驱密闭配聚装置，包括干粉储罐、螺旋给料机、接料斗、射流器、熟化罐和给水系统，所述给水系统与射流器的水进口相连通，其特征在于：所述干粉储罐、螺旋给料机、接料斗、射流器、熟化罐通过管路依次连通，形成密闭的配聚系统；还包括氮气供应系统，所述氮气供应系统通过供氮管路分别与干粉储罐、接料斗、熟化罐相连通，所述供氮管路上设有用于控制配聚系统内压力的氮封压力控制系统。
2.根据权利要求1所述的高温油藏化学驱密闭配聚装置，其特征在于：所述氮封压力控制系统包括球阀、调节阀、压力传感器，所述球阀、调节阀和压力传感器沿供氮方向依次设置在供氮管路上。
3.根据权利要求2所述的高温油藏化学驱密闭配聚装置，其特征在于：所述氮封压力控制装置还包括PIC闭环调节装置，所述PIC闭环调节装置分别与球阀、调节阀、压力传感器相连接。
4.根据权利要求2或3所述的高温油藏化学驱密闭配聚装置，其特征在于：所述供氮管路在球阀、调节阀、压力传感器处设有旁路管道，所述旁路管道安装有限流孔板。
5.根据权利要求4所述的高温油藏化学驱密闭配聚装置，其特征在于：所述供氮管路上，沿供氮方向在压力传感器后方还设有恒压排气阀。
6.根据权利要求2或3所述的高温油藏化学驱密闭配聚装置，其特征在于：所述干粉储罐和/或熟化罐顶部设有呼吸阀。
7.根据权利要求2或3所述的高温油藏化学驱密闭配聚装置，其特征在于：所述干粉储罐和/或熟化罐顶部设有紧急泄放阀。
8.根据权利要求1、2或3所述的高温油藏化学驱密闭配聚装置，其特征在于：所述射流器的出口管路最低处设有电磁阀。
9.根据权利要求1、2或3所述的高温油藏化学驱密闭配聚装置，其特征在于：所述螺旋给料机的进口与出口均位于接料斗的内腔中，干粉储罐的下料口与螺旋给料机的进口相连通，螺旋给料机的出口与接料斗的内腔相连通。
10.根据权利要求1、2或3所述的高温油藏化学驱密闭配聚装置，其特征在于：所述氮气供应系统为氮气储罐。
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