CN1067390A - 数控油气水三相分离器 - Google Patents

Abstract

一种数控油气水三相分离器，由机械分离器和控 制装置两部分组成。机械分离器是一个卧躺放置的 长圆筒形密闭容器，其中装有多个平板形溢流挡板， 在罐体尾端的顶部、底部和中间是气、水和油的出口， 那儿配装有各自的数控计量阀和数据采集单元，它们 的适配模块则插装在控制介面箱里的接口介面上，通 过电缆与装有微机的通用系统控制工作站相连通，由 PARAGON软件进行自适应控制和调节。结构简 单操作方便，是可在现场使用的机电一体化新装备。

Description

本发明涉及一种数控油气水三相分离器，属于机电一体化的油田生产机电作业装备技术领域。

在油田生产过程中，需要把从每口油井采出的原油、伴生天然气和水三种物质分别进行计量，从而统计每天的生产数量并作为生产过程中的原始数据记录备案。为了将从油井喷流出来的油气水三相混合体分别计量，需要在计量站内设置一个三相分离器，把从油井流出的原油、伴生气和水分离之后再分别加以计量。目前的三相分离器有多种类型，但其基本原理大体都是把三相混合物注入分离器中，利用气油水三者的比重差别进行分离：首先是气体从混合物中脱离并逸出液面，这是因为气体与原油的比重差较大，游离的气体就会比较容易地从油与水的液体中分离出来。但是水和油的比重差别较小，水从混合液中沉降的速度与油和水的比重差以及水滴的直径平方成正比，而与原油的粘度成反比。为了要使水从原油中分离出来就需要使混合液在分离器中有足够的停留时间，当油、水分离之后再将其分别从各自的原油出口和水出口排出分离器，再将分离出来的油、伴生气、水三相物质分别用各自的流量计计量其流量，同时要将油、气、水三相各自的流出计量速度控制到与油井的产量相均衡。

采用传统方法的三相分离器是用自动控制仪表来完成三相出口流量控制的，设备结构复杂，操作要求高，管理困难，油田的现场操作人员受其技术和文化水平的限制，难以掌握运用和维护，因此，在国内三相分离计量使用较少，并不普及。

本发明的目的是提供一种机电结构简单，操作维护方便，可在油田现场推广使用的机电一体化的数控油气水三相分离器。

本发明是由一个机械三相分离器及其控制装置两部分组成。机械分离器结构简单，制造使用都很简便。控制装置全部选用机电一体化的标准系列单元组成，没有传统控制装置的复杂自动化硬件回路，也不会出现各种传统布线逻辑电路的麻烦和困扰，而由机电一体化的集成模块和软件控制其运行，因而工作可靠，管理简便，并且可把油田产量的计量通过过程控制工作站纳入用信息技术管理整个油田系统的一个有机组成，是油田生产作业装备机电一体化的更新换代产品。

下面结合附图，具体介绍本发明。

图1是本发明的机械分离器结构原理示意图。

图2是本发明的控制装置原理示意图。

本发明是由机械分离器和控制装置两部分组成的。机械分离器的结构和工作原理如图1所示。1是分离器罐体，它是一个用钢板焊制成的，卧躺放置的长圆筒型，其中装有多个平板形溢流挡板2的密闭容器。来自被计量油井的原油经由计量站阀组的分配，从罐体1的进口处1A流入分离器里。分离器罐体1中装有若干级溢流挡板2，它使比重高的液体从挡板下部流到下一级挡板的下侧，比重轻的液体则可从挡板的上部溢入下一级的上侧，其中溢流挡板2的首级焊接在分离器的上部，迫使原油都从该挡板的下部流往下级挡板。之后的挡板2都焊接在罐体的中间部位。当原油流经每一级挡板时都会发生上述的比重分选，使原油逐渐聚集到容器的上部，水则逐渐地聚集到下部，经多级分离之后，到最后一级时水和油就比较层次分明地分离开了，也就是说，在溢流挡板的最后一级，油水的分界面就相当清楚和明显了。而原油中的伴生天然气因其比重明显小于油水液体，故在其进入分离器罐体里，就会马上逸出液体而充满在分离器顶部的空间中，而在分离器罐体的另一端顶部、底部和端盖中间部位上，分别安装接有数控计量阀7、8、6的伴生气、水和原油的出口4、5、3。油、气、水就从中自的出口3、4、5中流出分离器罐体，其流出的速度则由数控计量阀6、7、8分别独立控制。而且，在出口处都安装有相应的数据敏感（采集）单元，例如：由锐孔板及差压采集单元10压力采集单元11采集气流量的组成参数，油流量及水流量则由括板流量计13、14计量，并由计数采集单元15、16采集其流量参数。而在排气出口处4的罐体段部装有滤油网4A，数控计量阀7和温度采集单元12等都装在其后侧。在罐体1后部端盖下部的适当部位上还装有一个微波含水采集单元17。由于水和原油的介电常数μ有着明显的数值差别。利用整个装置系统在工作时，采集单元17敏感到的数据总是介乎水和油的数据之间，就能通过控制进口1A处的流量使得分离器末端的油水介面维持在微波含水采集单元敏感的位置上。上述的各种数控计量阀单元和各种数据采集单元都是当代机电一体化的标准系列单元产品，已经可以从市场上选购成品或由工厂定制。这些敏感单元装置或执行单元（如数控计量阀）装置都有与其相对应的集成化适配模块控制，本发明的控制系统配置如图2所示。

在图2中与各机电一体化单元装置相对应的适配模块都用其原来单元装置的序号来标准之，只是增加一个小三角框。其中各数控计量阀分别有控制模块和数据反馈模块，用字母A、B区别之。这些适配模块都插装在控制介面箱18里的接口介面（又称工业控制器）19上，接口介面箱18通过其中的接口介面19和电缆21把上述数字和/或模拟的集成适配模块与油田的中央控制微机一通用系统过程控制工作站20相连通，构成一个有机联系的控制整体系统。这里控制介面箱18是通用控制工作站20的一个外围设备，一个工作站可以管理许多个介面箱，而每一个介面箱都可以连接彼此相关或不相关的各种采集或执行单元。控制工作站20是油田生产过程控制的核心设备，它和介面箱一样也是机电一体化的标准系列设备，均可选用美国机电一体化公司（ME-CHATRONIC  EQUIPMEN  INC.）的标准产品。介面箱的型号为I/O  K32，工作站的型号为CS-1。在I/O  K30介面箱中已装有美国OPT22系列的接口介面PB16AH和PB16H。在工作站里装有通用过程控制软件PARAGON。这是一种能进行自适应调节和控制的智能化软件，用户只要把分离器的控制关系和控制策略作为工作站总的控制策略的一个组成部分输入工作站，工作站中的PARAGON就能按照用户的意图自动生成一套管理该计量站及分离器的过程控制软件，运行时，系统就能采集到属于该计量站及配套装置的高质量的数据信息流。把这些控制装置连入系统后，本发明也成为整个油田生产的一个有机组成部分，是油田设备机电一体化的更新换代产品。

由于本发明全部采用机电一体化标准系列产品，没有传统控制装置的复杂自动化电路，所以不会出现各种硬件布线逻辑的干扰和故障，因而工作可靠，管理简便，可以由油田现场人员操作使用。

需要说明的是采用本发明装置后，尽管用户可以把各自的意图输入工作站“让”PARAGON编制运行软件，但是无论用户采用什么策略去控制该装置，事实上，PARAGON还是会根据差压采集单元10和压力采集单元控制出气数控阀单元7，根据介面采集单元17控制出水数控阀单元8，根据油气介面的差压采集单元控制出油数控阀6……，并且由于数控阀6、7、8的特性，其数字操作量与流量之间保持严格的密切关联，可使PARAGON在装置运行一段时间之后，从处理历史数据中用数学回归方法找到两者之间的正确函数关系，在这之后，PARAGON就可直接利用此函数关系来计算油、水产量，括板流量计7和8也就不再需要了。总之PARAGON是一种自适应性很强的智能化软件，随着装置的操作使用，它会从中找出更加正确合适的控制关系来，使本发明成为油田纳入信息技术管理的一个环节。

Claims (6)

1、一种数控油气水的三相分离器，由机械分离器和控制装置两部分组成，其特征在于机械分离器是一个卧躺放置的长圆筒型、其中装有多个平板形溢流挡板的密闭容器，容器的一端接原油进口，在另一端的顶部，底部和端盖中间部位上，分别安装接有数控计量阀的气、水、油的出口处都安装有相应的数据敏感(采集)单元，在端盖下部还装有微波含水采集单元，各采集单元的适配模块都插装在控制介面箱里的接口介面上，并由介面箱通过电缆与装有微机的通用系统过程控制工作站相连通。

2、如权利要求1所述的三相分离器，其特征在于所述的溢流挡板，首级应焊接在容器上部，使原油从该挡板下侧流往下级挡板。

3、如权利要求1所述的三相分离器，其特征在于位于容器另一端顶部的排气出口处装有滤油网，其后才是数控气计量阀。

4、如权利要求1所述的三相分离器，其特征在于由差压采集单元和压力采集单元气流量组成参数;由括板流量计和计数采集单元集油、水的流量参数。

5、如权利要求1所述的三相分离器，其特征在于控制介面箱可选用美国ME.公司的I/O  K32型号产品。

6、如权利要求1所述的三相分离器，其特征在于通用过程控制工作站可选用美国ME.公司的标准产品，其型号为CS-1。

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