CN104549794A - 水力旋流器底流控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水力旋流器底流控制装置，其设置在水力旋流器的底流口位置，包括：固定在所述底流口所在的管线上并与所述底流口相连通的控制阀，其包括阀座和阀芯；通过电缆与地面供电系统连接的电机，其具有一操控部，所述操控部与所述阀芯配合，能够带动所述阀芯相对所述阀座转动或移动，从而控制所述控制阀的开大或关小；用于监测所述水力旋流器底流口处流量的传感器。本发明所述水力旋流器底流控制装置，可以通过控制底流口的大小控制水力旋流器流场，能够使水力旋流器在井下工况环境发生变化时维持相对较高的分离效率。

Description

水力旋流器底流控制装置

技术领域

本发明涉及一种井下油水分离用的装置，特别涉及一种水力旋流器底流控制装置。

背景技术

目前，我国各大主力油田已经相继进入高含水开采期，产出液中含水量越来越高，石油开发中的产出液的举升量、水处理成本越来越大，开发成本越来越高。为此，为了降低高含水油田的开发成本，高含水油田采用井下油水分离及同井注采技术。

所述井下油水分离及同井注采技术是针对高含水油田经济长期开采的有效方法，具体的，其先通过水力旋流器在井下实现油和水的分离，然后将分离出的富有流举升到地面，将分离出的水直接注入到回注层。通过水力旋流器在井下实现油水分离，能够显著降低产出液举升量，降低水处理成本。其中水力旋流器作为井下油水分离技术的关键装置，能够直接影响到油水分离效率。所述水力旋流器一旦成型其本身具有一个较高的分离区间，当在次此区间工作时，旋流器具有高的分离效率，分离出的水中含油最低。为了维持水力旋流器在高效分离区间工作，要求水力旋流器内部形成的流场保持不变。

然而水力旋流器内部的流场是随着井下流量、压力等工况环境的变化而变化的。当井下流量、压力等工况环境发生变化时，水力旋流器的流场也会随之变化，从而会导致旋流器不在高效分离区间工作，使分离效率下降。

但是目前还没有一种水力旋流器的控制装置，使水力旋流器在井下工况环境发生变化时能够维持相对较高的分离效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种水力旋流器底流控制装置，使水力旋流器在井下工况环境发生变化时能够维持相对较高的分离效率。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：一种水力旋流器底流控制装置，其设置在水力旋流器的底流口位置，包括：固定在所述底流口所在的管线上并与所述底流口相连通的控制阀，其包括阀座和阀芯；通过电缆与地面供电系统连接的电机，其具有一操控部，所述操控部与所述阀芯配合，能够带动所述阀芯相对所述阀座转动或移动，从而控制所述控制阀的开大或关小；用于监测所述水力旋流器底流口处流量的传感器。

在优选的实施方式中，所述水力旋流器包括：呈圆锥型的分离腔、以及设置在所述分离腔上的入口、溢流口、底流口，所述分离腔具有横截面尺寸较大的上端和横截面尺寸较小的下端；其中所述入口与分离腔的轴线相切且设置在分离腔的上端；所述底流口设置在分离腔的下端；所述溢流口设置在分离腔的上端，且其中心位于分离腔的轴线上。

在优选的实施方式中，所述水力旋流器的外部套设有分离腔壳体，所述底流口处设置有接头，所述接头内部具有贯通孔，所述贯通孔的孔径与所述底流口的孔径接近或相等；所述接头与所述分离腔壳体固定连接。

在优选的实施方式中，所述接头的外围设置有外壳，所述外壳为两端开口的中空壳体，其罩设在所述控制阀、电机、传感器的外围，其上端与所述接头固定连接，其下端用于和下部的油管固定连接。

在优选的实施方式中，所述接头与所述控制阀之间设置有一连接管，所述连接管上端和所述接头固定连接，下端固定有一内壳，所述内壳为两端开口的中空壳体，其自上而下可分为上壳段、过渡段和下壳段，

所述上壳段上端和所述连接管固定连接，其下端与所述过渡段固定连接，所述上壳段的内径与所述连接管的内径接近或相同；

所述过渡段呈内径逐渐增大的锥形；

所述下壳段内部固定有电机、传感器。

在优选的实施方式中，所述上壳段的内部形成有环形止挡部，所述止挡部用于对所述控制阀进行限位。

在优选的实施方式中，所述外壳的下端内部设置有台肩，所述内壳抵紧于所述台肩上。

在优选的实施方式中，所述阀座设置在所述内壳的上壳段内，并通过所述止挡部限位，所述阀座上设置有扇片以及相应的流通孔；

所述阀芯位于所述阀座的下方，其具有相对的上表面和下表面，所述上表面与所述阀座接触，其下表面上可设置有卡合部，用于和所述电机的操控部配合，所述阀芯也设置有扇片，当所述电机转动时，其能够将所述流通孔关小。

在优选的实施方式中，所述控制阀为滑阀机构，所述阀座为中空的套筒，所述阀座上设置有流通孔；

所述阀芯穿设在所述阀座的内部，其下部与所述操控部固定连接，当所述操控部上下移动时，能够带动所述阀芯移动从而将所述流通孔开大或关小。

在优选的实施方式中，所述传感器为流量压力传感器。

本发明的特点和优点是：本发明所述水力旋流器底流控制装置通过电机控制控制阀阀门开度，调节水力旋流器底流口的流量大小，从而改变水力旋流器的流场，使水力旋流器在井下参数发生变化时也能够维持在相对较高的油水分离效果。同时，通过传感器测出底流口处的流量和压力，数据通过电缆传输到地面，通过计算可得出水力旋流器的分离效果,且通过观测分离效果，可以进一步调整控制阀阀门的开度，使得所述水力旋流器始终保持最佳分离区间内工作。

附图说明

图1是本发明实施例中一种水力旋流器底流控制装置的结构示意图；

图2-1是本发明实施例中第一种控制阀全开状态的主视图；

图2-2是本发明实施例中第一种控制阀全开状态的俯视图；

图3-1是本发明实施例中第一种控制阀关小状态的主视图；

图3-2是本发明实施例中第一种控制阀关小状态的俯视图；

图4是本发明实施例中第二种控制阀的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

本发明提供一种水力旋流器底流控制装置，可以通过控制底流口的大小控制水力旋流器流场，使水力旋流器在井下工况环境发生变化时能够维持相对较高的分离效率。

水力旋流器的流场主要是由于本身结构特点形成的。所述水力旋流器主体为锥状结构，流体沿着切向入口高速进入水力旋流器，在离心力、重力、浮力、摩擦阻力等力的联合作用下，使密度较高的水沿着水力旋流器内壁运动；密度较低的油在水力旋流器中心运动。影响水力旋流器内部流场的因素主要包括：水力旋流器自身的结构参数、入口压力、流量、含油浓度等。

请参阅图1，本发明所述水力旋流器底流控制装置设置在水力旋流器1的底流口C位置，包括：固定在所述水力旋流器1底流口C所在的管线上并与所述底流口C相连通的控制阀2，其包括阀座21和阀芯22；通过电缆5与地面供电系统连接的电机3，其具有一操控部30，所述操控部30与所述阀芯22配合，能够带动所述阀芯22相对所述阀座21转动或移动，从而控制所述控制阀2的打开或关闭；用于监测所述水力旋流器1底流口C处流量的传感器4。

所述水力旋流器1用于当液体通过其圆锥型分离腔时，在离心力的作用下，将流动的液体，如密度不同的液体分离并分别排出。所述水力旋流器1包括：呈圆锥型的分离腔10、以及设置在所述分离腔10上的入口A、溢流口B、底流口C。所述分离腔10具有横截面尺寸较大的上端和横截面尺寸较小的下端；其中所述入口A与分离腔10的轴线大致相切且设置在靠近分离腔10的上端的位置；所述底流口C设置在靠近分离腔10的下端；所述溢流口B设置在分离腔10的上端，且其中心可位于分离腔10的轴线上。

在所述水力旋流器1的外部套设有保护所述水力旋流器1用的分离腔壳体11，在所述水力旋流器1的底流口C处可设置有一接头12，所述接头12内部具有贯通孔120，所述贯通孔120的孔径与所述底流口C的孔径接近或相等。所述接头12上端的外侧与所述分离腔壳体11固定连接，其下端的外侧可设置有保护用的外壳13。

所述外壳13整体为两端开口的中空壳体，其罩设在所述控制阀2、电机3、传感器4的外围，其上端与所述接头12固定连接，其下端用于和下部的油管固定连接。

在所述接头12与所述控制阀2之间可设置有一连接管14。所述连接管14上端用于和所述接头12固定连接，另一端可固定有一内壳15。

所述内壳15整体为两端开口的中空壳体，所述内壳15自上而下可分为上壳段151、过渡段152和下壳段153，所述上壳段151、过渡段152和下壳段153可一体成型。所述上壳段151上端用于和所述连接管14固定连接，其下端与所述过渡段152固定连接，所述上壳段151的内径与所述连接管14的内径接近或相同。所述上壳段151的内部设置有控制阀2。所述上壳段151的内部形成有环形止挡部154，所述止挡部154用于对所述控制阀2进行限位。所述过渡段152呈内径逐渐增大的锥形，其设置在所述上壳段151与下壳段153之间，用于将所述上壳段151与所述下壳段153平缓过渡。所述下壳段153的内部固定有电机3、传感器4。所述下壳段的下端固定在所述外壳13上，具体的可在外壳13的下端内部设置有台肩130，所述内壳15抵紧于所述台肩130上。

所述控制阀2其包括阀座21和阀芯22。具体的，所述控制阀2可为平面阀。请参阅图2-1、图2-2，为本发明实施例中一种控制阀全开状态的主视图和俯视图。所述阀座21可设置在所述内壳15的上壳段151内，并通过所述止挡部154限位。所述阀座21上设置有一个以上扇片及相应的流通孔20，当所述扇片为多个时，所述多个扇片周向间隔分布。

所述阀芯22位于所述阀座21的下方，其包括一个以上扇片，具体的所述阀芯22的扇片个数分布可与所述阀座21的相同，所述阀芯22与所述阀座21配合后，能够将所述阀座21的扇片形成的流通孔20关小。

所述阀芯22具有相对的上表面和下表面，所述上表面与所述阀座21接触，其下表面上可设置有卡合部220，用于和电机3配合。所述卡合部220可为键槽。

所述电机3位于所述控制阀2的下方，其可通过设置一固定架31固定在所述内壳15内，其通过电缆5与地面供电系统连接。所述电机3具有一操控部30，当所属卡合部220为键槽时，所述操控部30可为与所述键槽相匹配的键，所述操控部30插入所述卡合部220内，在电机3通电后，所述操控部30的转动可带动所述阀芯22的转动。

具体的工作过程如下：

当井下流量和/压力发生变化时，水力旋流器1入口A处的流量、压力相应地发生变化，从而导致水力旋流器1内部油水分离流场发生变化，水力旋流器1的溢流口B的流量、压力、含水率和底流口C处的流量、压力、含油浓度也会发生变化，进而导致水力旋流器1的分离效率发生变化，很可能分离效率大大降低。

为了保证水力旋流器底流口C处的含油浓度处于较低水平，即保证水力旋流器处于较高分离效率，此时通过电机3带动所述控制阀2的阀芯22转动，当电机3正方向旋转时，所述流通孔20变大，即阀门开度增大；请参阅图3-1和图3-2，当电机3反方向旋转时，所述流通孔20变小，即阀门开度减小，通过控制阀门开度，可以改变底流口C的流量大小，从而改变水力旋流器1的流场提高分离效率。

例如，当入口A处的流量增大时，水力旋流器1的流场会发生变化，分离效果偏离最佳分离区间，需要稍微开大底流口C，也就是使控制阀22开度变大，这样可以使分离效果回归最佳分离区间。此时通过电机3带动所述控制阀2的阀芯22转动，当电机3正方向旋转时，所述流通孔20变大，即阀门开度增大，底流流量变大。

所述控制阀2还可以为滑阀机构，请参阅图4，所述控制阀2包括阀座61和阀芯62，所述阀座61可为中空的套筒，套设在所述阀芯62的外围，在所述阀座61的侧壁上设置有流通孔610。所述阀芯62穿设在所述阀座61的内部，其下部与所述电机3的操控部30固定连接，所述电机3的转动能够转换为所述操控部30的上下移动，例如当电机3顺时针转动时，所述操控部30向上移动，能够使得所述阀芯62将所述流通孔610关小或关闭，当所述电机3逆时针转动时，所述操控部30向下移动，能够使得所述阀芯62将所述流通孔610重新开大。

所述传感器4具体为流量压力传感器，用于监测所述水力旋流器1底流口C处流量，其可固定在所述下壳段153内部。

所述电缆5除用于为所述电机3供电外，其还能够用于将所述传感器4获得的流量压力信号传输到地面信号接收设备中。具体的在所述外壳13、内壳15上设置有通孔140，所述电缆5穿过所述通孔140，将所述电机3和传感器4与地面供电设备连接。

本发明所述水力旋流器1的分离效果可利用现有的流体力学理论通过计算获得。计算所需要的底流口C流量压力参数由所述传感器4监测；溢流口B的流量压力数据可从地面监测读取。

本发明所述水力旋流器底流控制装置通过电机3控制控制阀2阀门开度，调节水力旋流器1底流口C的流量大小，从而改变水力旋流器1的流场，使水力旋流器1在井下参数发生变化时也能够维持在相对较高的油水分离效果。同时，通过传感器4测出底流口C处的流量和压力，数据通过电缆5传输到地面，通过计算可得出水力旋流器1的分离效果,且通过观测分离效果，可以进一步调整控制阀2阀门的开度，使得所述水力旋流器1始终保持最佳分离区间内工作。

以上所述仅为本发明的几个实施例，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种水力旋流器底流控制装置，其特征在于：其设置在水力旋流器的底流口位置，包括：

固定在所述底流口所在的管线上并与所述底流口相连通的控制阀，其包括阀座和阀芯；

通过电缆与地面供电系统连接的电机，其具有一操控部，所述操控部与所述阀芯配合，能够带动所述阀芯相对所述阀座转动或移动，从而控制所述控制阀的开大或关小；

用于监测所述水力旋流器底流口处流量的传感器。

2.如权利要求1所述的水力旋流器底流控制装置，其特征在于，所述水力旋流器包括：呈圆锥型的分离腔、以及设置在所述分离腔上的入口、溢流口、底流口，所述分离腔具有横截面尺寸较大的上端和横截面尺寸较小的下端；其中所述入口与分离腔的轴线相切且设置在分离腔的上端；所述底流口设置在分离腔的下端；所述溢流口设置在分离腔的上端，且其中心位于分离腔的轴线上。

3.如权利要求2所述的水力旋流器底流控制装置，其特征在于：所述水力旋流器的外部套设有分离腔壳体，所述底流口处设置有接头，所述接头内部具有贯通孔，所述贯通孔的孔径与所述底流口的孔径接近或相等；所述接头与所述分离腔壳体固定连接。

4.如权利要求3所述的水力旋流器底流控制装置，其特征在于：所述接头的外围设置有外壳，所述外壳为两端开口的中空壳体，其罩设在所述控制阀、电机、传感器的外围，其上端与所述接头固定连接，其下端用于和下部的油管固定连接。

5.如权利要求4所述的水力旋流器底流控制装置，其特征在于：所述接头与所述控制阀之间设置有一连接管，所述连接管上端和所述接头固定连接，下端固定有一内壳，所述内壳为两端开口的中空壳体，其自上而下可分为上壳段、过渡段和下壳段，

所述上壳段上端和所述连接管固定连接，其下端与所述过渡段固定连接，所述上壳段的内径与所述连接管的内径接近或相同；

所述过渡段呈内径逐渐增大的锥形；

所述下壳段内部固定有电机、传感器。

6.如权利要求5所述的水力旋流器底流控制装置，其特征在于：所述上壳段的内部形成有环形止挡部，所述止挡部用于对所述控制阀进行限位。

7.如权利要求5所述的水力旋流器底流控制装置，其特征在于：所述外壳的下端内部设置有台肩，所述内壳抵紧于所述台肩上。

8.如权利要求6所述的水力旋流器底流控制装置，其特征在于：所述阀座设置在所述内壳的上壳段内，并通过所述止挡部限位，所述阀座上设置有扇片以及相应的流通孔；

所述阀芯位于所述阀座的下方，其具有相对的上表面和下表面，所述上表面与所述阀座接触，其下表面上可设置有卡合部，用于和所述电机的操控部配合，所述阀芯也设置有扇片，当所述电机转动时，其能够将所述流通孔关小。

9.如权利要求1所述的水力旋流器底流控制装置，其特征在于：所述控制阀为滑阀机构，所述阀座为中空的套筒，所述阀座上设置有流通孔；

所述阀芯穿设在所述阀座的内部，其下部与所述操控部固定连接，当所述操控部上下移动时，能够带动所述阀芯移动从而将所述流通孔开大或关小。

10.如权利要求1所述的水力旋流器底流控制装置，其特征在于：所述传感器为流量压力传感器。