CN105672962A - 一种空气泡沫流量分配装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空气泡沫流量分配装置和方法。所述分配装置用于为N个注入井分配空气泡沫，所述分配装置包括空气压缩机组、注液泵组、N个空气流量控制装置和N个液体流量控制装置；所述N个空气流量控制装置与所述空气压缩机组连通，用于向所述注入管线输入压缩空气；所述N个液体流量控制装置与所述注液泵组连通，用于向所述注入管线输入液体，该液体与压缩空气进行混合后形成空气泡沫，分别进入所述N个注入井内。通过设置N个空气流量控制装置和所述N个液体流量控制装置，分别对混合前的液体和气体的流量进行控制，从而实现对流量的控制和分配，解决了现有技术中不能对气体在各井的流量进行自动分配的技术问题。

Description

一种空气泡沫流量分配装置和方法

技术领域

本发明涉及油田开发技术领域，尤其涉及一种空气泡沫流量分配装置和方法。

背景技术

一般的油田开发方式主要是利用注水方式，注水开发到油井产出液含水达到经济极限(约98％以上)后，此时依然有70％左右原油滞留在地下无法采出，就需要向油藏注入化学剂等进行三次采油以提高剩余油开采程度(提高采收率)。

多年注水开发的老油田由于注入水的不断冲刷，加之油层本身的非均质性，产生了渗透性不等的高渗透条带，导致低效或无效水循环，使得注入水波及效率降低。为了降低油藏高渗区域的渗透率，需要向油藏高渗区域注入具有封堵作用的化学体系，以减少注入水在高渗区域的通过量，扩大注入水在相对低渗区域的波及体积，进而提高原油采收率。空气泡沫驱技术就是向油藏注入空气和发泡剂并生成泡沫，可以能有效的降低水相渗透率，扩大水驱波及效率，具有大幅度提高采收率的潜力。

由于空气泡沫驱现场注入的是气液两相泡沫流或段塞流，井筒液柱压力较常规注水压力要小，因此要确保空气泡沫能够注入地层，通常井口注入压力也比常规注水压力要高出5-10MPa。要确保空气泡沫驱现场实施效果，就必须有效实现高压条件下空气与发泡剂向油藏的注入，在地面实现气液两相在各注入井上的流量的精确分配是整个空气泡沫驱技术配注工艺的核心。

而目前，单泵对多井的液体的流量自动控制技术是一种成熟技术，但，如何实现气体在各井的流量自动分配是急需承待解决的问题。

发明内容

本申请提供一种空气泡沫流量分配装置和方法，解决了现有技术中不能对气体在各井的流量进行自动分配的技术问题。

本申请提供一种空气泡沫流量分配装置，用于为N个注入井分配空气泡沫，所述N大于等于2，所述分配装置包括：空气压缩机组、注液泵组、N个空气流量控制装置和N个液体流量控制装置；

所述N个空气流量控制装置与所述空气压缩机组连通，用于接收来自空气压缩机组的压缩气体，对并通过的压缩气体流量进行控制，同时所述N个空气流量控制装置分别与所述N个注入井的注入管线连通，用于向所述注入管线输入压缩空气；

所述N个液体流量控制装置与所述注液泵组连通，用于接收来自所述注液泵组的液体，并对通过的液体流量进行控制，同时所述N个液体流量控制装置分别与所述N个注入井的注入管线连通，用于向所述注入管线输入液体，该液体与压缩空气进行混合后形成空气泡沫，分别进入所述N个注入井内。

优选地，所述空压机组包括用于净化和过滤空气的空气净化与过滤装置和用于压缩空气的多台空压机。

优选地，所述注液泵组包括多台往复式柱塞泵、与所述多台往复式柱塞泵输入端连通的过滤器、与所述多台往复式柱塞泵输出端依次连接的止回阀和截断阀。

优选地，所述气体流量控制装置包括用于检测气体流量的气体流量计、与所述气体流量计连接的角行程电动执机构、与所述气体流量计连接的磨轮式调节阀、以及连接所述磨轮式调节阀和所述角行程电动执机构的控制器。

优选地，所述控制器根据日配注设定值与流量计瞬时流量的偏差，利用比例、积分、微分算法控制所述磨轮式调节阀的阀门的流通面积。

优选地，所述磨轮式调节阀上设置有用于显示参数信息的显示屏。

本申请还提供一种空气泡沫流量分配方法，应用于上述分配装置中，其特征在于，所述分配方法包括：

所述空气压缩机组对输入的空气进行压缩，获得压缩空气，并将压缩空气输入所述N个空气流量控制装置；

所述注液泵将输入的液体注入所述N个液体流量控制装置中；

所述N个空气流量控制装置控制通过的压缩空气的流量，所述N个液体流量控制装置控制通过的液体的流量；

通过所述N个空气流量控制装置的压缩空气和所述N个液体流量控制装置的液体混合后形成空气泡沫，分别进入所述N个注入井内。

优选地，所述空气压缩机组对输入的空气进行压缩，获得压缩空气，具体为：

通过空气净化与过滤装置对输入的空气进行净化和过滤，再通过多台空压机对净化和过滤后的空气进行压缩，获得压缩空气。

本申请有益效果如下：

本申请提供的一种空气泡沫流量分配装置和方法，通过设置N个空气流量控制装置和所述N个液体流量控制装置，分别对混合前的液体和气体的流量进行控制，从而实现对流量的控制和分配，解决了现有技术中不能对气体在各井的流量进行自动分配的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为本申请较佳实施方式一种空气泡沫流量分配装置的结构示意图；

图2为本申请另一较佳实施方式一种空气泡沫流量分配方法的流程图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种空气泡沫流量分配装置和方法，解决了现有技术中不能对气体在各井的流量进行自动分配的技术问题。

本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

一种空气泡沫流量分配装置，用于为N个注入井分配空气泡沫，所述N大于等于2，所述分配装置包括：空气压缩机组、注液泵组、N个空气流量控制装置和N个液体流量控制装置；

所述N个空气流量控制装置与所述空气压缩机组连通，用于接收来自空气压缩机组的压缩气体，对并通过的压缩气体流量进行控制，同时所述N个空气流量控制装置分别与所述N个注入井的注入管线连通，用于向所述注入管线输入压缩空气；

所述N个液体流量控制装置与所述注液泵组连通，用于接收来自所述注液泵组的液体，并对通过的液体流量进行控制，同时所述N个液体流量控制装置分别与所述N个注入井的注入管线连通，用于向所述注入管线输入液体，该液体与压缩空气进行混合后形成空气泡沫，分别进入所述N个注入井内。

本申请提供的一种空气泡沫流量分配装置和方法，通过设置N个空气流量控制装置和所述N个液体流量控制装置，分别对混合前的液体和气体的流量进行控制，从而实现对流量的控制和分配，解决了现有技术中不能对气体在各井的流量进行自动分配的技术问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一

为了解决现有技术中不能对气体在各井的流量进行自动分配的技术问题，本申请提供一种空气泡沫流量分配装置。如图1所示，为本申请较佳实施方式一种空气泡沫流量分配装置的结构示意图。

所述空气泡沫流量分配装置用于为N个注入井5分配空气泡沫，所述N大于等于2。所述空气泡沫流量分配装置包括：空气压缩机组1、注液泵组3、N个空气流量控制装置2和N个液体流量控制装置4。

所述N个空气流量控制装置2与所述空气压缩机组1连通，用于接收来自空气压缩机组1的压缩气体，对并通过的压缩气体流量进行控制，同时所述N个空气流量控制装置2分别与所述N个注入井5的注入管线连通，用于向所述注入管线输入压缩空气。

所述N个液体流量控制装置4与所述注液泵组3连通，用于接收来自所述注液泵组3的液体，并对通过的液体流量进行控制，同时所述N个液体流量控制装置4分别与所述N个注入井的注入管线连通，用于向所述注入管线输入液体，该液体与压缩空气进行混合后形成空气泡沫，分别进入所述N个注入井5内。注液泵组将按照设计浓度混配好的发泡剂液输送至N个液体流量控制装置，通过N个液体流量控制装置后以发泡剂液以一定排量进入相应单井注入管线并与其相应的注入空气混合，这样便实现了各单井注入的空气与发泡剂液的智能流量控制。

具体地，所述空压机组包括用于净化和过滤空气的空气净化与过滤装置和用于压缩空气的多台空压机。

所述注液泵组包括多台往复式柱塞泵、与所述多台往复式柱塞泵输入端连通的过滤器、与所述多台往复式柱塞泵输出端依次连接的止回阀和截断阀。

空气泡沫流量分配的核心在于高压条件下空气流量的分配，这种流量分配时通过气体流量控制装置来完成。气体流量控制装置包括用于检测气体流量的气体流量计、与所述气体流量计连接的角行程电动执机构、与所述气体流量计连接的磨轮式调节阀、以及连接所述磨轮式调节阀和所述角行程电动执机构的控制器。

在接收到系统的控制信号时，

能够按照系统的控制信号以及外界因素的变化自主改变磨轮式调节阀的阀门的流通面积，从而实现对截止流量的调节。

控制器根据接收到的日配注量、控制精度等控制信息以及流量计的瞬时流速的反馈信号，通过磨轮式调节阀，改变气体的流通截面积，自主的调节阀门的流通面积，同时控制器自主累加当日净注水量，以实现更高精度的控制要求。

所述控制器根据日配注设定值与流量计瞬时流量的偏差，利用PID算法控制调节阀门的流通面积。PID控制的原理和特点如下：

PID调节，是指比例、积分、微分控制，简称PID控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

比例(P)控制：比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-stateerror)。

积分(I)控制：在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(SystemwithSteady-stateError)。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

微分(D)控制：在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

气体流量控制装置的主要功能与特点：

(1)磨轮式调节阀正面采用四位段式液晶显示，能翻屏显示各种流量参数及调节阀调节精度等级等参数并设置。

(2)磨轮式调节阀设置有外部磁触发开关，可用带磁性笔在不打开阀盖的情况下对调节装置进行参数设置，可以设置的参数有日配注量、控制精度、流量计通信协议、流量上限和下限报警值、通信地址等参数。

(3)具有双路RS-485通讯接口，流量调节阀可同时实现与流量计和RTU同时建立智能通讯，且两RS-485总线物理隔离，通信互不干扰。

(4)采用了磨轮调节技术，在高压下实现低扭矩(在35Mpa的压差下，阀门开启扭力小于50N)，高安全性和密封性；另外磨轮在热处理基础之上，采用“纳米陶瓷镀”技术进行处理，硬度和耐磨性都大大增强。

(5)多参数跟踪，除跟踪瞬时流量外，还跟踪了日累积流量等多种参数，提高系统的控制精度(瞬时控制精度2％以内，日累计控制精度1％以内)。

(6)可实现动态调节，对于单井系统干线压力波动，调节阀可随压力变化而进行动态调节，满足单井日配注量。

(7)可采集流量计的各种参数并进行存储和转发，保障了后台数据与现场同步。

(8)多重超限调节保护功能以及独特的凸轮和机械机构，有效的提供了系统的电气保护、极限位置监测以及机械保护保护，防止系统超限。

(9)同时执行器可以显示动静磨轮之间的偏差角度、日配注量、控制精度、动态日配注量，工作电压、日累积流量、测配工作状态(全开)、当前时间、系统版本信息等数据。

本方法在实施时，根据总井数及注入量，确定注入系统所需空压机、注液泵与控制阀的数量，与其它工艺过程所用的各类阀门、管线、管附件等，形成一体。同时该工艺还设置用于流量控制阀的电控柜，使控制阀供电与自控系统集同一控制柜内，做到操作可靠、便于管理。

对于压缩机组、注液泵、流量控制系统的参数的设置与调整，可以随时根据工艺需求通过数据统一平台调整配注量，并下发到智能控制阀。同时，把流量控制系统的主要参数：瞬时流量、累计流量、管道压力、气体温度、当前配注量、设置的配注量、智能流量控制器的阀门开度等参数，上传数据统一展示平台进行展示。流量控制系统通过RS485总线和数据统一展示平台进行通讯，流量控制柜再通过RS485总线和现场的智能流量控制器通讯，根据现场的流量计计量读数来调整智能流量控制器的开启角度，从而改变流速，使流量的变化和下发的配注一致。

采用“单机多井”注入工艺，实现了高压气体在多注入井的配注方案，具有结构紧凑、体积小、占地面积少、现场安装灵活、自动化控制程度高的特点。按照本工艺进行建造，具有节约一次性投资和大量节省运行费用的显著特点，更能容易达到简单、快捷、工艺短、上马快、投资费用少的目的。

本申请提供的一种空气泡沫流量分配装置，通过设置N个空气流量控制装置和所述N个液体流量控制装置，分别对混合前的液体和气体的流量进行控制，从而实现对流量的控制和分配，解决了现有技术中不能对气体在各井的流量进行自动分配的技术问题。

实施例二

基于同样的发明构思，本申请还提供一种空气泡沫分配方法，该分配方法应用于实施例一中的空气泡沫分配装置中，如图2所示，为一种空气泡沫流量分配方法的流程图。所述空气泡沫流量分配方法包括：

步骤110，所述空气压缩机组对输入的空气进行压缩，获得压缩空气，并将压缩空气输入所述N个空气流量控制装置。

步骤120，所述注液泵将输入的液体注入所述N个液体流量控制装置中。

其中步骤110和步骤120的顺序可以交换。

步骤130，所述N个空气流量控制装置控制通过的压缩空气的流量，所述N个液体流量控制装置控制通过的液体的流量。

步骤140，通过所述N个空气流量控制装置的压缩空气和所述N个液体流量控制装置的液体混合后形成空气泡沫，分别进入所述N个注入井内。

具体地，所述空气压缩机组对输入的空气进行压缩，获得压缩空气，具体为：通过空气净化与过滤装置对输入的空气进行净化和过滤，再通过多台空压机对净化和过滤后的空气进行压缩，获得压缩空气。

本申请提供的一种空气泡沫流量分配方法，通过设置N个空气流量控制装置和所述N个液体流量控制装置，分别对混合前的液体和气体的流量进行控制，从而实现对流量的控制和分配，解决了现有技术中不能对气体在各井的流量进行自动分配的技术问题。

实施方式

某油田区块开展空气泡沫驱提高采收率的现场注入，实施井网为3注8采，设计日注液215m3，日注空气42785Nm3(约29.7Nm3/min)，地面注入系统设计压力等级为25MPa。注气设备采用排量为29.7Nm3/min的空气压缩机3台，运行方式为2用1备。

现场应用前，对该空气自动分配工艺的的气密性、耐热性、压差扭矩和气量分配精度等关键性能参数进行了评价。

(1)耐压和气密性评价

由通过国家认可的检测机构对智能流量控制器高压气体流量分配器阀体进行了检测，控制器能承受37.5MPa压力，在25MPa压力下密封性合格。

(2)高温耐热性评价

执行器放置在60℃的高温烘箱中，通电运行30分钟，工作正常；将控制阀放于烘箱中，通过连接轴与烘箱外的执行器连接，通过阀门轴传递100℃的温度，执行器内部温度最高达到41℃，执行器具有很好的耐热性，可以在满足100℃工作环境。

(3)压差扭矩实验

将磨轮式调节阀固定在实验装置上，给定前后压差实验条件下，用160N·m的控制器进行由关闭到打开的调节实验30次，并用扭力测量扳手，测量开启调节阀所需要的扭力。

表1不同压差下阀门开启所需的扭力

压差(Mpa)	0	15	35
				开启扭力(N)	10	26	50
沸水中开启扭力(N)	20	50	75

将磨轮式调节阀固定在实验装置上，常温下在前后压差为零的情况下，阀门的开启扭力为10N左右，在15Mpa的压差下，所需的开启扭力为26N。在35Mpa的压差下，所需的开启扭力为50N，较无压差的情况下增加40N。

将阀门浸入沸水10分钟，在前后压差为零的情况下，检测阀门的开启扭力增加至20N。通过调整阀轴的松紧度，使阀门在室温无压差的情况下，开启扭力增加至50N，模拟35Mpa下阀门开启的扭力。然后将阀门再次进入沸水10分钟，检测阀门的开启扭力增加至75N，较常温下增加25N左右。

评价结果表明，在高温条件下，该智能空气流量控制器在35Mpa条件下阀门开启扭力为75N，160N·m的控制器可完全满足阀门的正常开启。

(4)气量分配精度评价

借助空气压缩机的气体流量给流程主、支线上，智能流量控制器根据设定的注入气体量进行调节，使各支线流量计的瞬时流量保持一个相对稳定的数据。记录干线压力、各支线流量数据的变化和出口压力的变化，用数据远传的方式的数据进行时时采集。

表2气量分配精度试验结果

智能流量控制器根据设定的注入气体量进行调节，一般在10分钟后流量趋于稳定，瞬时控制精度2％以内，日累计控制精度1％以内，智能流量控制器能够成功对各支线气体流量进行流量分配，选择合适的气体流量计配套后，控制精度能够满足生产要求。

利用本发明工艺现场的空气泡沫注入过程中，3口注入井日注起泡剂液量215m³，日注气量42785m³，空气泡沫注入过程中，注入压力最大16m³，比正常注水时压力增加7m³，气量分配精度小于1％，完全满足注入设计要求。表3中列出了注空气泡沫时与正常注水时的注入参数对比。

表3发明工艺现场应用的注入参数

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种空气泡沫流量分配装置，用于为N个注入井分配空气泡沫，所述N大于等于2，其特征在于，所述分配装置包括：空气压缩机组、注液泵组、N个空气流量控制装置和N个液体流量控制装置；

所述N个空气流量控制装置与所述空气压缩机组连通，用于接收来自空气压缩机组的压缩气体，对并通过的压缩气体流量进行控制，同时所述N个空气流量控制装置分别与所述N个注入井的注入管线连通，用于向所述注入管线输入压缩空气；

所述N个液体流量控制装置与所述注液泵组连通，用于接收来自所述注液泵组的液体，并对通过的液体流量进行控制，同时所述N个液体流量控制装置分别与所述N个注入井的注入管线连通，用于向所述注入管线输入液体，该液体与压缩空气进行混合后形成空气泡沫，分别进入所述N个注入井内。

2.如权利要求1所述的分配装置，其特征在于，所述空压机组包括用于净化和过滤空气的空气净化与过滤装置和用于压缩空气的多台空压机。

3.如权利要求1所述的分配装置，其特征在于，所述注液泵组包括多台往复式柱塞泵、与所述多台往复式柱塞泵输入端连通的过滤器、与所述多台往复式柱塞泵输出端依次连接的止回阀和截断阀。

4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的分配装置，其特征在于，所述气体流量控制装置包括用于检测气体流量的气体流量计、与所述气体流量计连接的角行程电动执机构、与所述气体流量计连接的磨轮式调节阀、以及连接所述磨轮式调节阀和所述角行程电动执机构的控制器。

5.如权利要求4所述的分配装置，其特征在于，所述控制器根据日配注设定值与流量计瞬时流量的偏差，利用比例、积分、微分算法控制所述磨轮式调节阀的阀门的流通面积。

6.如权利要求4所述的分配装置，其特征在于，所述磨轮式调节阀上设置有用于显示参数信息的显示屏。

7.一种空气泡沫流量分配方法，应用于如权利要求1-6中任一分配装置中，其特征在于，所述分配方法包括：

所述空气压缩机组对输入的空气进行压缩，获得压缩空气，并将压缩空气输入所述N个空气流量控制装置；

所述注液泵将输入的液体注入所述N个液体流量控制装置中；

所述N个空气流量控制装置控制通过的压缩空气的流量，所述N个液体流量控制装置控制通过的液体的流量；

通过所述N个空气流量控制装置的压缩空气和所述N个液体流量控制装置的液体混合后形成空气泡沫，分别进入所述N个注入井内。

8.如权利要求7所述的分配方法，其特征在于，所述空气压缩机组对输入的空气进行压缩，获得压缩空气，具体为：

通过空气净化与过滤装置对输入的空气进行净化和过滤，再通过多台空压机对净化和过滤后的空气进行压缩，获得压缩空气。