CN105836914A - 注入水水质自动调节系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种注入水水质自动调节系统。包括：源水储水单元、源水测量单元、一级纳滤单元、一级纳滤测量单元、二级纳滤单元、氯化钡BaCl2加注单元、二级纳滤测量单元和PLC控制单元，其中，PLC控制单元会根据源水测量单元和纳滤测量单元测量的SO4 2-浓度值分别确定源水储水单元中的注入水的输出方向、以及一级纳滤单元和二级纳滤单元中的浓水和纳滤水的输出方向，并且控制BaCl2加注单元向得到的浓水中加入BaCl2，以中和掉浓水中的部分SO4 2-，从而使得最终得到的浓水也可以被利用，进而使注入水100％被利用。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术，尤其涉及一种注入水水质自动调节系统。
背景技术
油田开发一般采用注水开发。由于地层水富含钡离子Ba2+和锶离子Sr2+，而当注入水中含有高浓度的硫酸根离子SO4 2-时，注入水注入油层后，由于注入水和地层水的不配伍性，地层水中的Ba2+和Sr2+会与注入水中的SO4 2-反应，生成酸碱不溶的硫酸钡BaSO4和硫酸锶SrSO4，也即，常说的硫酸钡锶垢，而形成硫酸钡锶垢会附着在在层孔隙而堵塞地层，从而导致注水井压力升高，进而注不进水，采不出油，使得油田采收率降低。
现有技术中有效防止硫酸钡锶垢生成的方法为，利用纳滤膜对注入水进行预处理，生成纳滤水和浓水，并直接将生成的纳滤水注到井下目的层位，然后将浓水和注入水按照1：3-1：10的重量比例混配稀释后，回注到与稀释后的浓水同性质的地层中或回灌至非相关层中。
但采用现有技术的方式，过滤的浓水回注到与稀释后的浓水同性质的地层中或回灌至非相关层中，会造成水资源的浪费，特别是对从地面打水源井将地下浅层水抽出，然后注入到油层的注水开发油田方式，浓水回注地下意味10％～30％的注入水被浪费排掉。
发明内容
本发明实施例提供一种注入水水质自动调节系统，以克服现有技术中的会有部分注入水被浪费的问题。
本发明第一方面提供一种注入水水质自动调节系统，包括：
源水储水单元，用于存储注入水以及将所述注入水输出；
源水测量单元，与所述源水储水单元连接，用于测量所述注入水的第一硫酸根离子SO4 2-浓度值，将所述第一SO4 2-浓度值输出至可编程逻辑控制器PLC控制单元；
一级纳滤单元，与所述源水储水单元连接，用于对所述源水储水单元输出的注入水进行纳滤得到一级浓水和一级纳滤水，并将所述一级浓水和所述一级纳滤水输出；
一级纳滤测量单元，与所述一级纳滤单元连接，用于测量所述一级纳滤水中的第二SO4 2-浓度值，将所述第二SO4 2-浓度值输出至PLC控制单元；
二级纳滤单元，与所述一级纳滤单元连接，用于对所述一级纳滤单元纳滤得到的一级浓水进行纳滤，得到二级浓水和二级纳滤水，并将所述二级浓水和二级纳滤水输出；
氯化钡BaCl2加注单元，与所述二级纳滤单元连接，用于向所述二级浓水中加入BaCl2；
二级纳滤测量单元，与所述二级纳滤单元连接，用于测量所述二级纳滤水中的第三SO4 2-浓度值，以及二级浓水中的第四SO4 2-浓度值，并将所述第三SO4 2-浓度值和所述第四SO4 2-浓度值输出至PLC控制单元；
所述PLC控制单元，与所述源水储水单元、所述源水测量单元、所述一级纳滤单元、所述一级纳滤测量单元、所述二级纳滤单元、所述BaCl2加注单元和所述二级纳滤测量单元连接，用于根据所述第一SO4 2-浓度值和第一预设SO4 2-浓度阀值确定所述注入水的输出方向，根据所述第二SO4 2-浓度值和所述第一预设SO4 2-浓度阀值确定所述一级纳滤水的输出方向，根据所述第三SO4 2-浓度值和所述第一预设SO4 2-浓度阀值确定所述二级纳滤水的输出方向，根据所述第四SO4 2-浓度值确定加入所述二级浓水中的BaCl2的量，以使所述第四SO4 2-浓度值低于第二预设SO4 2-浓度阀值时，将所述低于第二预设SO4 2-浓度阀值的二级浓水输出。
在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述PLC控制单元具体用于：
若所述第一SO4 2-浓度值小于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，控制所述源水储水单元将所述注入水输出至目的地层中；
若所述第一SO4 2-浓度值大于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，控制所述源水储水单元将所述注入水输出至纳滤单元。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，还包括：预处理单元，与所述源水储水单元和所述纳滤单元连接，用于在所述源水储水单元将所述注入水输出至所述一级纳滤单元之前，对所述注入水中进行过滤，并将过滤后的注入水输出至所述一级纳滤单元。
结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，还包括：钙镁离子控制单元，与所述一级纳滤单元和所述二级纳滤单元连接，用于在所述一级纳滤单元将所述一级浓水输出至所述二级纳滤单元之前，过滤所述一级浓水中的钙离子和镁离子。
在第一方面的第四中可能的实现方式中，所述一级纳滤单元包括：一级纳滤器、一级纳滤水罐和一级浓水罐，所述一级纳滤器与所述一级纳滤水罐和所述一级浓水罐连接，所述一级纳滤器用于对所述待纳滤的水进行纳滤得到一级浓水和一级纳滤水，将所述一级浓水储存至一级浓水罐、将所述一级纳滤水存储至一级纳滤水罐。
结合第一方面的第四种可能的实现方式中，在第一方面的第五种可能实现方式中，所述PLC控制单元具体用于：
若所述第二SO4 2-浓度值小于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，控制所述纳滤单元将所述纳滤水输出至目的地层中；
若所述第二SO4 2-浓度值大于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，控制所述纳滤水输出方向，重新执行一级纳滤过程。
结合第一方面的第四种可能的实现方式中，在第一方面的第六种可能实现方式中，所述PLC控制单元还用于：根据所述第二SO4 2-浓度值调节所述一级纳滤器对应的纳滤压差，以使通过所述一级纳滤器纳滤得到的一级纳滤水中的第二SO4 2-浓度值小于所述第一预设SO4 2-浓度阀值；
所述PLC控制单元还用于：控制所述第一纳滤单元将小于所述第一预设SO4 2-浓度阀值的纳滤水输出至目的地层中。
在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述二级纳滤单元包括：二级纳滤器、二级纳滤水罐和二级浓水罐，所述二级储水罐与所述二级纳滤器连接，所述二级纳滤器与所述二级纳滤水罐和所述二级浓水罐连接，所述二级纳滤器用于对所述一级浓水进行纳滤得到二级浓水和二级纳滤水，将所述二级浓水储存至二级浓水罐、将所述二级纳滤水存储至二级纳滤水罐。
结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述PLC控制单元具体用于：
若所述第三SO4 2-浓度值小于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，控制所述二级纳滤单元将所述二级纳滤水输出至目的地层中；
若所述第三SO4 2-浓度值大于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，控制所述二级纳滤水输出方向，重新对所述二级纳滤水执行二级纳滤过程；
若所述第四SO4 2-浓度值低于所述第二预设SO4 2-浓度阀值，将所述低于第二预设SO4 2-浓度阀值的二级浓水输出至二级纳滤入口，重新对所述低于所述第二预设SO4 2-浓度阀值的二级浓水执行纳滤的过程。
若所述第四SO4 2-浓度值高于所述第二预设SO4 2-浓度阀值，根据所述第四SO4 2-浓度值确定加入所述二级浓水中的BaCl2的量，以使所述第四SO4 2-浓度值低于所述第二预设SO4 2-浓度阀值，将所述低于第二预设SO4 2-浓度阀值的二级浓水输出，重新执行二级纳滤过程。
结合第一方面、第一方面的第一至第八种可能的实现方式，在第一方面第九种可能的实现方式中，还包括：地层水存储单元和地层水测量单元，
所述地层水存储单元用于存储目的地层水；
所述地层水测量单元与所述地层水存储单元连接，用于测量所述地层水中的盐分浓度值、钡离子Ba2+浓度值、锶离子Sr2+浓度值，并将所述盐分浓度值、所述Ba2+浓度值和所述Sr2+浓度值输出至所述PLC控制单元；
所述PLC控制单元与所述地层水存储单元和所述地层水测量单元连接，所述PLC控制单元还用于：根据所述盐分浓度值、所述Ba2+浓度值和所述Sr2+浓度值确定所述第一预设SO4 2-浓度阀值。
本发明中，首先，源水储水单元存储注入水以及将所述注入水输出，然后源水测量单元测量所述注入水的第一硫酸根离子SO4 2-浓度值并输出至PLC控制单元，然后，一级纳滤单元对所述源水储水单元输出的注入水进行纳滤得到一级浓水和一级纳滤水，并将所述一级浓水和所述一级纳滤水输出，纳滤测量单元会测量所述一级纳滤水中的第二SO4 2-浓度值并输出至PLC控制单元，二级纳滤单元会对一级纳滤单元输出的一级浓水重新进行纳滤，得到二级纳滤水和二级浓水，同时，氯化BaCl2加注单元会向所述二级浓水中加入BaCl2，纳滤测量单元还用于测量所述二级纳滤水中的第三SO4 2-浓度值，以及测量加入BaCl2后的二级浓水中的第四SO4 2-浓度值并输出至PLC控制单元，最后，所述PLC控制单元，用于根据所述第一SO4 2-浓度值和第一预设SO4 2-浓度阀值确定所述注入水的输出方向，根据所述第二SO4 2-浓度值和第一预设SO4 2-浓度阀值确定所述一级纳滤水的输出方向，以使当所述第二SO4 2-浓度值低于所述第一预设SO4 2-浓度值，将所述一级纳滤水输出至目的地层中，当所述第二SO4 2-浓度值高于所述第一预设SO4 2-浓度值时，对所述一级纳滤水重新执行纳滤过程，根据所述第四SO4 2-浓度值确定加入所述二级浓水中的BaCl2的量，以使所述第四SO4 2-浓度值低于所述第二预设SO4 2-浓度值，将所述二级浓水重新执行纳滤过程，最终全部输出至目的地层中，其中，通过PLC控制单元根据得到的各SO4 2-浓度值确定各个单元中的水的输出方向，并控制BaCl2加注单元向最终得到的浓水中加入BaCl2，以中和掉浓水中的部分SO4 2-，从而使得最终得到的浓水也可以被利用，进而使注入水100％被利用。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的注入水水质自动调节系统的结构示意图一；
图2为本发明实施例一提供的注入水水质自动调节系统的结构示意图二；
图3为本发明实施例一提供的注入水水质自动调节系统的结构示意图三；
图4为本发明实施例一提供的注入水水质自动调节系统的结构示意图四；
图5为本发明实施例二提供的注入水水质自动调节系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例一提供的注入水水质自动调节系统的结构示意图一，如图1所示，本实施例的装置可以包括：源水储水单元101、源水测量单元102、一级纳滤单元103、一级纳滤测量单元104、二级纳滤单元105、氯化钡BaCl2加注单元106、二级纳滤测量单元107和PLC控制单元108，其中，
源水储水单元101，用于存储注入水以及将所述注入水输出。
源水测量单元102，与所述源水储水单元101连接，用于测量所述注入水的第一硫酸根离子SO4 2-浓度值，将所述第一SO4 2-浓度值输出至可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称：PLC)控制单元108。
具体的，将未处理前的欲注入至目的地层中的水称之为注入水，源水储水单元101存储所述注入水，然后源水测量单元102测量所述注入水中的第一硫酸根离子SO4 2-浓度值，并将测量的第一SO4 2-浓度值输出至PLC控制单元108，以使PLC控制单元108可以根据测量得到的第一SO4 2-浓度值确定源水储水单元101中的注入水的流出方向。
一级纳滤单元103，与所述源水储水单元101连接，用于对所述源水储水单元101输出的注入水进行纳滤得到一级浓水和一级纳滤水，并将所述一级浓水和所述一级纳滤水输出。
一级纳滤测量单元104，与所述一级纳滤单元103连接，用于测量所述一级纳滤水中的第二SO4 2-浓度值，将所述第二SO4 2-浓度值输出至PLC控制单元108。
具体的，当PLC控制单元108根据第一SO4 2-浓度值确定需要将源水储水单元101中的注入水的流出至一级纳滤单元103进行纳滤后，在一种可实现方式中，PLC控制单元108会发送给源水储水单元101控制信号，此控制信号用于指示源水储水单元101将注入水输出至一级纳滤单元103。一级纳滤单元103接收到所述注入水之后，首先会对注入水进行纳滤得到一级浓水和一级纳滤水。然后一级纳滤测量单元104测量所述一级纳滤水中的第二SO4 2-浓度值，并将测量得到的第二SO4 2-浓度值发送至PLC控制单元108，PLC控制单元108检测到所述第二SO4 2-浓度值小于所述第一预设SO4 2-浓度值，则控制所述一级纳滤单元103将所述一级纳滤水输出至目的地层中，若所述PLC控制单元108检测到所述第二SO4 2-浓度值大于所述第一预设SO4 2-浓度值，表明一级纳滤水中的SO4 2-浓度值过高，需要重新执行纳滤过程，以降低一级纳滤水中的SO4 2-浓度值，此时，PLC控制单元108会发出控制信号，此控制信号用于控制一级纳滤单元103对所述不达标的一级纳滤水重新执行纳滤过程，其中，所述第一预设SO4 2-浓度值为与目的地层水结硫酸钡锶垢的SO4 2-浓度的最大值，。
可选的，所述一级纳滤单元103可以包括：一级纳滤器、一级纳滤水罐和一级浓水罐，所述一级纳滤器与所述一级纳滤水罐和所述一级浓水罐连接，所述一级储水罐用于存储待纳滤的水，所述一级纳滤器用于对所述待纳滤的水进行纳滤得到一级浓水和一级纳滤水，将所述一级浓水储存至一级浓水罐、将所述一级纳滤水存储至一级纳滤水罐。当PLC控制单元108检测到所述第二SO4 2-浓度值大于所述第一预设SO4 2-浓度值时，PLC控制单元108会发出控制信号，此控制信号用于控制一级纳滤单元103将所述不达标的一级纳滤水重新执行一级纳滤过程，可选的，PLC控制单元108发出的控制信号还可以用于控制一级纳滤器对应的压差，从而使得通过一级纳滤器纳滤得到的一级纳滤水中的第二SO4 2-浓度值小于所述第一预设SO4 2-浓度值。
二级纳滤单元105，与所述一级纳滤单元103连接，用于对所述一级纳滤单元103纳滤得到的一级浓水进行纳滤，得到二级浓水和二级纳滤水，并将所述二级浓水和二级纳滤水输出；
氯化钡BaCl2加注单元106，与所述二级纳滤单元105连接，用于向所述浓水中加入BaCl2。
二级纳滤测量单元107，与所述二级纳滤单元105连接，用于测量所述二级纳滤水中的第三SO4 2-浓度值，以及二级浓水中的第四SO4 2-浓度值，并将所述第三SO4 2-浓度值和所述第四SO4 2-浓度值输出至PLC控制单元108。
具体的，PLC控制单元108会控制一级纳滤单元103将得到的一级浓水输出至二级纳滤单元105，以对所述一级浓水进行处理，使其可以输出至目的地层中。
可选的，所述二级纳滤单元105包括：二级纳滤器、二级纳滤水罐和二级浓水罐，所述二级纳滤器与所述二级纳滤水罐和所述二级浓水罐连接，所述二级纳滤器用于对所述一级浓水进行纳滤得到二级浓水和二级纳滤水，将所述二级浓水储存至二级浓水罐、将所述二级纳滤水存储至二级纳滤水罐。
处理的具体流程为：PLC控制单元108会控制一级纳滤单元103将得到的一级浓水输出至二级纳滤单元105的一级浓水罐中，然后由二级纳滤器对所述一级浓水进行纳滤，得到二级纳滤水和二级浓水，二级纳滤测量单元107会测量二级纳滤水中的第三SO4 2-浓度值，并将测量得到的第三SO4 2-浓度值发送至PLC控制单元108，若所述第三SO4 2-浓度值小于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，则所述PLC控制单元108控制所述二级纳滤单元105将所述二级纳滤水输出至目的地层中；若所述第三SO4 2-浓度值大于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，则所述PLC控制单元108控制所述二级纳滤单元105将二级纳滤水输出至所述二级纳滤器处，重新对所述大于所述第一预设SO4 2-浓度阀值的二级纳滤水执行纳滤的过程，可选的，PLC控制单元108还可以控制二级纳滤器对应的压差，从而使得通过二级纳滤器纳滤得到的二级纳滤水中的第三SO4 2-浓度值小于所述第一预设SO4 2-浓度值。
BaCl2加注单元106会向所述二级浓水中加入BaCl2，以使加入至二级浓水中的BaCl2可以中和掉二级浓水中的部分SO4 2-，使得二级浓水中SO4 2-浓度值降低，具体的化学方程为：Ba2++SO4 2-＝BaSO4，进一步的，二级纳滤测量单元107还会测量二级浓水中的第四SO4 2-浓度值，并将此第四SO4 2-浓度值发送至PLC控制单元108，当所述第四SO4 2-浓度值低于第二预设SO4 2-浓度阀值时，所述PLC控制单元108控制所述二级纳滤单元105将所述低于第二预设SO4 2-浓度阀值的二级浓水输出，重新执行二级纳滤过程；当所述第四SO4 2-浓度值高于第二预设SO4 2-浓度阀值时，所述PLC控制单元108控制BaCl2加注单元106向所述二级浓水中加入BaCl2，直到所述第四SO4 2-浓度值低于第二预设SO4 2-浓度阀值，其中，所述第二预设SO4 2-浓度阀值指需要在二级浓水罐中加入BaCl2的SO4 2-浓度的最小值，也即当二级浓水中SO4 2-浓度值高于第二预设SO4 2-浓度阀值时，此时不能单靠重复的执行二级纳滤从而减小浓水中的SO4 2-浓度，而必须靠额外的加入BaCl2中和SO4 2-。
所述PLC控制单元108，与所述源水储水单元101、所述源水测量单元102、所述一级纳滤单元103、所述一级纳滤测量单元104、所述二级纳滤单元105、所述BaCl2加注单元106和所述二级纳滤测量单元107连接，用于根据所述第一SO4 2-浓度值和第一预设SO4 2-浓度阀值确定所述注入水的输出方向，根据所述第二SO4 2-浓度值和所述第一预设SO4 2-浓度阀值确定所述一级纳滤水的输出方向，根据所述第三SO4 2-浓度值和所述第一预设SO4 2-浓度阀值确定所述二级纳滤水的输出方向，根据所述第四SO4 2-浓度值确定加入所述二级浓水中的BaCl2的量，以使所述第四SO4 2-浓度值低于第二预设SO4 2-浓度阀值时，将所述低于第二预设SO4 2-浓度阀值的二级浓水输出重新执行二级纳滤过程。
具体的，PLC控制单元108接收到源水测量单元102发送的第一SO4 2-浓度值后，会将第一SO4 2-浓度值与第一预设SO4 2-浓度阀值进行比较，若第一SO4 2-浓度值大于所述预设SO4 2-浓度阀值，即注入水的中的SO4 2-浓度值过大，则确定注入水输出至一级纳滤单元103，以使一级纳滤单元103对所述注入水进行纳滤处理，使得注入水中的SO4 2-浓度值小于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，而若第一SO4 2-浓度值小于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，则直接将注入水输出至目的地层中，可选的，PLC控制单元可以向源水储水单元101发送控制信号，此控制信号用于指示源水储水单元101将注入水输出至目的地层中还是一级纳滤单元103中。
PLC控制单元108接收到一级纳滤单元103中的一级纳滤水中的第二SO4 2-浓度值时，首先会将第二SO4 2-浓度值与第一预设SO4 2-浓度阀值进行比较，若第二SO4 2-浓度值大于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，即一级纳滤水中的SO4 2-浓度值过大，则控制一级纳滤单元103重新对一级纳滤水执行纳滤处理，若第二SO4 2-浓度值小于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，则直接将一级纳滤水输出至目的地层中，而经过一级纳滤单元103处理后得到的一级浓水不会像现有技术中排入至相同性质的地层中被浪费，而是将一级浓水输出到二级纳滤单元105中，重新对一级浓水执行纳滤过程，PLC控制单元108接收到二级纳滤单元105中的二级纳滤水中的第三SO4 2-浓度值时，首先会将第三SO4 2-浓度值与第一预设SO4 2-浓度阀值进行比较，若第三SO4 2-浓度值大于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，即二级纳滤水中的SO4 2-浓度值过大，则控制二级纳滤单元105重新对二级纳滤水执行二级纳滤处理，若第三SO4 2-浓度值小于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，则直接将一级纳滤水输出至目的地层中，进一步的，经过二级纳滤单元105处理后得到的二级浓水不会像现有技术中排入至相同性质的地层中被浪费，而是使用BaCl2加注单元106，向所述二级浓水中加入BaCl2，以使加入至二级浓水中的BaCl2可以中和掉浓水中的部分SO4 2-，使得二级浓水中SO4 2-浓度值降低，具体的化学方程为：Ba2++SO4 2-＝BaSO4，从而当测得的第四SO4 2-浓度值低于第二预设SO4 2-浓度阀值，所述PLC控制单元108控制二级纳滤单元105对二级浓水重新执行二级纳滤过程，最终将注入水全部输出至目的地层，从而有效利用了浓水，并且生成的辅助产品BaSO4还可以供其他用途使用。
进一步的，如图2所示，在图1所示的注入水水质自动调节系统的基础上，还包括：预处理单元109，与所述源水储水单元101和所述一级纳滤单元103连接，用于在源水储水单元101中的注入水中的第一SO4 2-浓度值大于第一预设SO4 2-浓度阀值时，将所述注入水输出至一级纳滤单元103进行纳滤之前，对注入水进行过滤，并将过滤后的注入水输出至一级纳滤单元103中。
在本发明一种可实现方式中，预处理单元109可以包括：粗滤器和精滤器，其中粗滤器可以为5μmPPF聚丙烯纤维滤芯，精滤器1μmPPF聚丙烯纤维滤芯，具体过程为：注入水首先会经过粗滤器过滤掉注入水中直径大于5μm的浮游物及颗料物质，初步澄清水源，然后通过精滤器滤除掉注入水中直径大于1μm的浮游物及颗料物质，进一步的澄清注入水。
进一步的，如图2所示，在图1所示的注入水水质自动调节系统的基础上，还包括：钙镁离子控制单元110，与二级纳滤单元105和所述一级纳滤单元103连接，用于在所述一级纳滤单元103将所述过滤后的一级浓水输出至二级纳滤单元105之前，过滤所述一级浓水中的钙离子Ca2+和镁离子Mg2+，以防止Ca2+和Mg2+与SO4 2-发生化学反应，生成CaSO4和MgSO4，从而影响二级纳滤单元105中纳滤膜的性质，有效保护纳滤膜，从而延长纳滤膜的使用寿命。
进一步的，如图3所示，在本发明一种实施方式中，PLC控制单元108可以通过图3所示的地层水存储单元201和地层水测量单元202获取所述第一预设SO4 2-浓度阀值，具体为：其中，所述地层水存储单元201用于存储目的地层水，所述地层水测量单元202与所述地层水存储单元201连接，用于测量所述地层水中的盐分浓度值、钡离子Ba2+浓度值、锶离子Sr2+浓度值，并将所述盐分浓度值、Ba2+浓度值和所述Sr2+浓度值输出至所述PLC控制单元108；所述PLC控制单元108会根据所述盐分浓度值、Ba2+浓度值和所述Sr2+浓度值确定所述第一预设SO4 2-浓度阀值。
具体的确定的过程为：PLC控制单元108可以根据现有的硫酸钡锶结垢经验模型确定在对应的地层环境中注入水与地层水混合时结硫酸钡锶垢所需要的SO4 2-的最低浓度值，此值即为第一预设SO4 2-浓度阀值。
在另一种确定第一预设SO4 2-浓度阀值的可实施的方式中，也可以通过在室内使用瓶试法做注入水和地层水混合不相容试验，确定该地层环境下结硫酸钡锶垢所需要的SO4 2-的最低浓度值，也即确定第一预设SO4 2-浓度阀值。
进一步的，为了避免加入BaCl2后的二级浓水中生成的BaSO4量过大，从而影响二级浓水罐中的工作，所述二级纳滤测量单元107还用于测量所述加入BaCl2后的浓水中生成的BaSO4的量，并将所述测量结果输出至PLC控制单元108，所述PLC控制单元108会根据所述测量结果发出清除BaSO4的可以看见的信号，比如用警示灯显示，以使工作人员可以及时清除BaSO4，优选的，如图4所示，在图1所示的注入水水质自动调节系统的基础上，还包括：BaSO4清除单元111，用于清除所述加入BaCl2后的二级浓水中生成的BaSO4，所述PLC控制单元108会根据所述测量结果控制所述BaSO4清除单元111是否应该清除所述生成的BaSO4。
本发明实施例提供的注入水水质自动调节系统，包括：首先，源水储水单元存储注入水以及将所述注入水输出，然后源水测量单元测量所述注入水的第一硫酸根离子SO4 2-浓度值并输出至PLC控制单元，然后，一级纳滤单元对所述源水储水单元输出的注入水进行纳滤得到一级浓水和一级纳滤水，并将所述一级浓水和所述一级纳滤水输出，纳滤测量单元会测量所述一级纳滤水中的第二SO4 2-浓度值并输出至PLC控制单元，二级纳滤单元会对一级纳滤单元输出的一级浓水重新进行纳滤，得到二级纳滤水和二级浓水，同时，氯化钡BaCl2加注单元会向所述二级浓水中加入BaCl2，纳滤测量单元还用于测量所述二级纳滤水中的第三SO4 2-浓度值，以及测量二级浓水中的第四SO4 2-浓度值并输出至PLC控制单元，最后，所述PLC控制单元，用于根据所述第一SO4 2-浓度值和第一预设SO4 2-浓度阀值确定所述注入水的输出方向，根据所述第二SO4 2-浓度值和第一预设SO4 2-浓度阀值确定所述一级纳滤水的输出方向，以使当所述第二SO4 2-浓度值低于所述第一预设SO4 2-浓度值，将所述一级纳滤水输出至目的地层中，当所述第二SO4 2-浓度值高于所述第一预设SO4 2-浓度值时，对所述一级纳滤水重新执行纳滤过程，根据所述第四SO4 2-浓度值确定加入所述二级浓水中的BaCl2的量，以使所述第四SO4 2-浓度值低于所述第二预设SO4 2-浓度值时，将所述二级浓水重新执行纳滤过程，最终全部输出至目的地层中，其中，通过PLC控制单元根据得到的各SO4 2-浓度值确定各个单元中的水的输出方向，并控制BaCl2加注单元向最终得到的浓水中加入BaCl2，以中和掉浓水中的部分SO4 2-，从而使得最终得到的浓水也可以被利用，进而使注入水100％被利用。
图5所示为本发明实施例二提供的注入水水质自动调节系统的结构示意图，如图5所示，在本实施例中包括两个纳滤单元，分别用于对注入水进行纳滤，其中，源水单元包括源水储水单元和源水测量单元，具体包括源水调节罐301、流量传感器302和源水罐303。源水罐303内布SO4 2-选择电极3031、电动球阀305和电动球阀305。
源水单元下接预处理单元和注水流程。
预处理单元包括提升泵401、预处理器402，预处理单元下接一级纳滤单元。
其中预处理其402包括粗滤器和精滤器。
一级纳滤单元包括高压泵501、一级纳滤器502、一级纳滤水罐503、一级浓水罐504、安全阀505、压力计506、纳滤阀507、压力调节阀508、电动阀510和电动阀511。其中，一级纳滤水罐503内布有SO4 2-选择电极5031、一级浓水罐504内布有硫酸根选择电极5042，一级浓水罐504、二级纳滤单元的入口A通过电动阀509相连。
一级纳滤单元后分别连接二级纳滤单元和注水流程。
二级纳滤单元包括钙镁离子处理器601、高压泵602、二级纳滤器603、压力调节阀604、二级浓水罐605、浓水调节罐606、二级纳滤水罐607和纳滤阀613。高压泵602后端连接压力计608和安全阀609，二级纳滤器603与二级浓水罐605之间连接压力调节阀604，二级浓水罐605内布有硫酸根选择电极6051、二级纳滤水罐607布有硫酸根选择电极6071，二级浓水罐607内布有硫酸钡料位传感器6052和搅拌器6053，二级浓水罐605与高压泵602入口端A、浓水调节罐606间分别用电动球阀610和电动球阀611连接，二级纳滤罐607通过电动球阀612接入直接输入至目的地层的流程。
氯化钡加注单元包括氯化钡储液罐701、加药泵702、比例调节阀703和流量传感器704。氯化钡储液罐701内布液位传感器7011。
氯化钡加注单元直接与二级浓水罐607连接。
一级浓水钙镁离子控制单元即钙镁阳离子交换器，装于一级浓水罐504出口与二级纳滤单元的高压泵602之间。
地层水水质采集单元包括地层水存储单元和地层水测量单元，具体包括地层水罐。地层水罐内布有Ba2+选择电极、Sr2+选择电极，以及盐分离子选择电极。地层水水质采集单元与PLC控制单元连接。
PLC控制单元包括信号采集单元、主控单元和执行单元。信号采集单元用于采集安装的各个传感器以及选择电极输出的值，主控单元，确定注入水允许硫酸根离子浓度结垢阀值，根据一级纳滤水罐、二级纳滤水罐、一级浓水罐和二级浓水罐的硫酸根浓度信号，控制各级阀门动作，联动控制氯化钡溶液的加注与搅拌器工作。执行单元用于将主控单元的电信号指令转换为各类机械信号、从而实现各级阀门开闭、开度控制和泵的启动以及泵的停止。
具体的，PLC控制单元通过地层水罐内布有SO4 2-选择电极、Ba2+选择电极、Sr2+选择电极，以及盐分离子选择电极上报的离子浓度信号，计算出地层水的离子强度，结合人工输入的地层水温度，计算出该地层水环境下结垢的硫酸根临界浓度值，此值作为本系统标准参数之一的结垢阀值，即第一预设SO4 2-浓度阀值。
注入水进入本系统后，首先进入源水调节罐，然后进入源水罐303，布置在源水罐303中的SO42-选择电极3031测量注入中SO4 2-的浓度值，并将此值发送至PLC控制单元，若PLC控制单元检测注入水中的第一SO4 2-浓度值小于第一预设SO4 2-浓度阀值，电动球阀305打开，注入水直接输出至目的地层中；若PLC控制单元检测注入水中的第一SO4 2-浓度值大于第一预设SO4 2-浓度阀值，电动球阀306打开，源水经提升泵401升压进入预处理器402，经粗滤器和精滤器过滤，清除机械物等杂质。
预处理后的中间水经高压泵501进入一级纳滤器502，压力调节阀508调节一级纳滤502中的一级纳滤膜的压差，分离出的一级纳滤水进入一级纳滤水罐503，分离出的的一级浓水进入一级浓水罐504，分布于一级纳滤水罐503内的SO4 2-选择电极5031将一级纳滤水中的第二SO4 2-的浓度值发送至PLC控制单元，若一级纳滤水中的第二SO4 2-的浓度值低于第一预设SO4 2-浓度阀值，则电动球阀510打开一级纳滤水输出至目的地层水中，若一级纳滤水中的第二SO4 2-的浓度值大于第一预设SO4 2-浓度阀值，则电动球阀511打开，一级纳滤水重新进入一级纳滤器502，重新对一级纳滤水执行纳滤过程，最终使得第二SO4 2-的浓度值小于第一预设SO4 2-浓度阀值，电动球阀510打开一级纳滤水输出至目的地层水中。一级浓水进入一级浓水罐504，以备进入二级纳滤。进一步作为可选的措施，PLC控制单元检测一级浓水的钙镁离子浓度信号，若钙镁离子浓度大于控制要求则启动钙镁离子处理器601工作，降低钙镁离子浓度，若低于控制要求，则一级浓水直接进入二级纳滤。
具体为：一级浓水经高压泵602进入二级纳滤器603，分离出二级纳滤水和二级浓水。分布于二级纳滤水罐607内的SO4 2-选择电极6071将二级纳滤水中的第三SO4 2-的浓度值发送至PLC控制单元，若二级纳滤水中的第三SO4 2-的浓度值低于第一预设SO4 2-浓度阀值，则电动球阀612打开，将所述二级纳滤水输出值目的地层中；若二级纳滤水中的第三SO4 2-的浓度值高于第一预设SO4 2-浓度阀值，则电动球阀614打开，同时使用压力调节阀604调节纳滤膜两侧的压差，使得二次过滤后的二级纳滤水中的第三SO4 2-的浓度值低于第一预设SO4 2-浓度阀值，然后，电动球阀612打开，将所述符合要求的二级纳滤水输出值目的地层中。二级浓水进入浓水罐607，以备化学处理降低二级浓水中的第四SO4 2-浓度。
此时，PLC控制单元控制氯化钡储液罐701的加药泵702开启，并根据二级浓水中第四SO4 2-浓度值控制比例调节阀703调节阀门开度，以控制氯化钡药液的流量，同时启动搅拌器6053工作，当硫酸钡料位传感器6052检测二级浓水罐605中沉淀的硫酸钡达到清除高度后，触发清除程序或启动工人清除信号，进行清除沉淀工作，同时二级浓水转入浓水调节罐606中，保证系统不间断工作。
在第四SO4 2-浓度低于第二SO4 2-预设值时，电动球阀611打开，使得经过氯化钡中和后的二级浓水重新执行二级纳滤过程。
可选的，在将达标后的处理水进入输出至目的地层之前，系统还会根据设置参数加注防垢剂，最终将加入经过防垢剂处理后的水输出至目的地层。
在本系统工作过程中，通过流量传感器302累加注入水量，若达到增加SO4 2-浓度的注水条件后，PLC系统自动提高预定的硫酸根浓度结垢阀值；若地层水的水质条件发生改变，系统也将增减该结垢阀值；系统结垢阀值也可转入人工控制。
进一步的，该系统中还可以包括其它辅助单元，比如包括信息显示报警、安全阀在内的系统安全保护、动力泵自动保护和为保障完善本系统必需的附属配件等。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种注入水水质自动调节系统，其特征在于，包括：
源水储水单元，用于存储注入水以及将所述注入水输出；
源水测量单元，与所述源水储水单元连接，用于测量所述注入水的第一硫酸根离子SO4 2-浓度值，将所述第一SO4 2-浓度值输出至可编程逻辑控制器PLC控制单元；
一级纳滤单元，与所述源水储水单元连接，用于对所述源水储水单元输出的注入水进行纳滤得到一级浓水和一级纳滤水，并将所述一级浓水和所述一级纳滤水输出；
一级纳滤测量单元，与所述一级纳滤单元连接，用于测量所述一级纳滤水中的第二SO4 2-浓度值，将所述第二SO4 2-浓度值输出至PLC控制单元；
二级纳滤单元，与所述一级纳滤单元连接，用于对所述一级纳滤单元纳滤得到的一级浓水进行纳滤，得到二级浓水和二级纳滤水，并将所述二级浓水和二级纳滤水输出；
氯化钡BaCl2加注单元，与所述二级纳滤单元连接，用于向所述二级浓水中加入BaCl2；
二级纳滤测量单元，与所述二级纳滤单元连接，用于测量所述二级纳滤水中的第三SO4 2-浓度值，以及二级浓水中的第四SO4 2-浓度值，并将所述第三SO4 2-浓度值和所述第四SO4 2-浓度值输出至PLC控制单元；
所述PLC控制单元，与所述源水储水单元、所述源水测量单元、所述一级纳滤单元、所述一级纳滤测量单元、所述二级纳滤单元、所述BaCl2加注单元和所述二级纳滤测量单元连接，用于根据所述第一SO4 2-浓度值和第一预设SO4 2-浓度阀值确定所述注入水的输出方向，根据所述第二SO4 2-浓度值和所述第一预设SO4 2-浓度阀值确定所述一级纳滤水的输出方向，根据所述第三SO4 2-浓度值和所述第一预设SO4 2-浓度阀值确定所述二级纳滤水的输出方向，根据所述第四SO4 2-浓度值确定加入所述二级浓水中的BaCl2的量，以使所述第四SO4 2-浓度值低于第二预设SO4 2-浓度阀值时，将所述低于第二预设SO4 2-浓度阀值的二级浓水输出。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述PLC控制单元具体用于：
若所述第一SO4 2-浓度值小于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，控制所述源水储水单元将所述注入水输出至目的地层中；
若所述第一SO4 2-浓度值大于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，控制所述源水储水单元将所述注入水输出至纳滤单元。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：预处理单元，与所述源水储水单元和所述纳滤单元连接，用于在所述源水储水单元将所述注入水输出至所述一级纳滤单元之前，对所述注入水中进行过滤，并将过滤后的注入水输出至所述一级纳滤单元。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：钙镁离子控制单元，与所述一级纳滤单元和所述二级纳滤单元连接，用于在所述一级纳滤单元将所述一级浓水输出至所述二级纳滤单元之前，过滤所述一级浓水中的钙离子和镁离子。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一级纳滤单元包括：一级纳滤器、一级纳滤水罐和一级浓水罐，所述一级纳滤器与所述一级纳滤水罐和所述一级浓水罐连接，所述一级纳滤器用于对所述待纳滤的水进行纳滤得到一级浓水和一级纳滤水，将所述一级浓水储存至一级浓水罐、将所述一级纳滤水存储至一级纳滤水罐。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述PLC控制单元具体用于：
若所述第二SO4 2-浓度值小于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，控制所述纳滤单元将所述纳滤水输出至目的地层中；
若所述第二SO4 2-浓度值大于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，控制所述纳滤水输出方向，重新执行一级纳滤过程。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述PLC控制单元还用于：根据所述第二SO4 2-浓度值调节所述一级纳滤器对应的纳滤压差，以使通过所述一级纳滤器纳滤得到的一级纳滤水中的第二SO4 2-浓度值小于所述第一预设SO4 2-浓度阀值；
所述PLC控制单元还用于：控制所述第一纳滤单元将小于所述第一预设SO4 2-浓度阀值的纳滤水输出至目的地层中。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述二级纳滤单元包括：二级纳滤器、二级纳滤水罐和二级浓水罐，所述二级储水罐与所述二级纳滤器连接，所述二级纳滤器与所述二级纳滤水罐和所述二级浓水罐连接，所述二级纳滤器用于对所述一级浓水进行纳滤得到二级浓水和二级纳滤水，将所述二级浓水储存至二级浓水罐、将所述二级纳滤水存储至二级纳滤水罐。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述PLC控制单元具体用于：
若所述第三SO4 2-浓度值小于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，控制所述二级纳滤单元将所述二级纳滤水输出至目的地层中；
若所述第三SO4 2-浓度值大于所述第一预设SO4 2-浓度阀值，控制所述二级纳滤水输出方向，重新对所述二级纳滤水执行二级纳滤过程；
若所述第四SO4 2-浓度值低于所述第二预设SO4 2-浓度阀值，将所述低于第二预设SO4 2-浓度阀值的二级浓水输出至二级纳滤入口，重新对所述低于所述第二预设SO4 2-浓度阀值的二级浓水执行纳滤的过程。
若所述第四SO4 2-浓度值高于所述第二预设SO4 2-浓度阀值，根据所述第四SO4 2-浓度值确定加入所述二级浓水中的BaCl2的量，以使所述第四SO4 2-浓度值低于所述第二预设SO4 2-浓度阀值，将所述低于第二预设SO4 2-浓度阀值的二级浓水输出，重新执行二级纳滤过程。
10.根据权利要求1-9任一项所述的系统，其特征在于，还包括：地层水存储单元和地层水测量单元，
所述地层水存储单元用于存储目的地层水；
所述地层水测量单元与所述地层水存储单元连接，用于测量所述地层水中的盐分浓度值、钡离子Ba2+浓度值、锶离子Sr2+浓度值，并将所述盐分浓度值、所述Ba2+浓度值和所述Sr2+浓度值输出至所述PLC控制单元；
所述PLC控制单元与所述地层水存储单元和所述地层水测量单元连接，所述PLC控制单元还用于：根据所述盐分浓度值、所述Ba2+浓度值和所述Sr2+浓度值确定所述第一预设SO4 2-浓度阀值。
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-
2015
- 2015-01-13 CN CN201510016648.2A patent/CN105836914B/zh active Active
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