CN110805537B - 一种双管双层注聚井节能控液增压装置 - Google Patents

Abstract

一种双管双层注聚井节能控液增压装置以来液管为基座，来液管右端高压管内部上、下分别设有供液阀、排液阀，中间为小活塞缸，来液管左端低压进口管由进液口与换向推杆缸下部连接，换向推杆缸上部由排液口与低压出口管连接，换向推杆缸左边进液口、排液口与大活塞缸连接，大活塞与小活塞分别设在大活塞缸、小活塞缸内，大活塞右端设有移动指针，小活塞缸左端设有下限位器，大活塞缸右端设有上限位器，换向推杆缸中心设有换向推杆，换向推杆上端设有电磁线圈，电磁线圈分别通过连接导线与下限位器、移动指针、上限位器连接。本发明利用中压聚合物为动力，高压输出增压2‑3MPa注入高压油层，低压输出注入低压油层，是油田的高效聚合物注入节能设备。

Description

一种双管双层注聚井节能控液增压装置

技术领域

本发明涉及一种油田开发三次采油注聚工艺技术，具体而言是一种双管双层注聚井节能控液增压装置。

背景技术

目前在油田开发三次采油注聚生产过程中，同心双管分层注聚工艺主要采用内管、外管对上下两层分别独立注入和计量，实现同井两个注聚层的准确计量和地面调配的功能。它解决了单管分层注聚井的注入和测试难题，具有工艺简单、不易阻塞、易检测的特点，可以满足当前大规模双层同时注聚的需求，因此在油田注聚单元得到较大范围的应用。

目前常用的聚合物为高粘度的高分子有机物，为了保证驱油效果必须保证聚合物粘度稳定，但是通过实验得出：当剪切力变化较大时，聚合物粘度保留率较低。因此，同心双管分层注聚工艺对地面控制阀门有较高的要求。目前油田双管分层注聚井井口控压设备多采用低剪切控制阀门，控制压力在1MPa以内，聚合物溶液通过低剪切控制阀门后，粘度保留率较高。但如果控制差压大于1MPa，聚合物溶液通过低剪切控制阀门后，粘度保留率就大幅降低，粘度损失较大，为了控制压差，必须将低剪切控制阀门关得很小。此种情况在现场造成两个问题：一是聚合物溶液中的机械杂质易堵塞控制阀门的缝隙；二是控制层（低压层）液流能量全部损失到控制阀门上，造成能量浪费。

为了解决上述问题，两个层的层间压差大于1MPa的分层注聚井，必须通过特殊装置增加低压层的控制压力，使两层控制压力相近。两个层的层间压差大于5MPa的注聚井，增压设备多采用柱塞泵、螺杆泵等设备，但成本高、能耗高、管理难度大，限制其广泛使用；处于技术空白，没有很好的方法，采用低剪切控制阀门，控制压力太大，粘度保留率较低，牺牲了聚合物溶液的粘度，得不偿失。

通过检索，已有“一种注聚井增压装置及系统”，专利号：201720919954.1，属于三次采油领域。所述注聚井增压装置包括增压泵、第一控制阀、第二控制阀和增压管线，利用第一三通和第二三通将增压管线与注聚管线连接，通过在增压管线上设置增压泵和第二控制阀，且第二控制阀位于第一三通和第二控制阀之间，在注聚管线上设置第一控制阀，且第一控制阀位于第一三通与第二三通之间，当单个注聚井欠注需要增压时，关闭第一控制阀，打开第二控制阀，使得聚合物液体从注聚管线流入增压管线，启动增压泵，使得聚合物液体增压， 从增压管线回注到注聚管线中，最后流入到注聚井中，实现对单个注聚井在不停井情况下的增压注入，保证了注聚井的注入时率，提高了生产效率。“一种注聚井增压装置及系统”单独实行增压泵增压虽然对改善层（高压层）增压起到一定效果，目前也有少量使用，但由其成本高、能耗高、管理难度大，使用寿命短，故障率高，维修费用高，很难得到大量推广。

发明内容

本发明的目的就是针对上述存在的不足之处，设计一种双管双层注聚井节能控液增压装置，利用低压力层控液所损失的能量，提供高压层增压的能量，实现无外加动力增压，解决两个层的层间压差在1-5MPa的注聚井控液增压问题，提高能源的利用率。

一种双管双层注聚井节能控液增压装置，包括：电磁线圈、换向推杆、换向推杆缸；支撑螺丝、大密封圈、大活塞缸；小密封圈、小活塞、小活塞缸、供液阀、排液阀、下限位器、移动指针、上限位器、连接导线、低压出口管、低压进口管、来液管、丝堵头、高压管、低压控制阀门、高压控制阀门、高流量计、低流量计和注聚井井口装置及井下配套管柱；其特征是：所述一种双管双层注聚井节能控液增压装置为管状构成的长方形框架结构，下面以所述来液管为基座，所述来液管的两端设有内螺纹，左端设有所述丝堵头，右端向上垂直设有所述高压管，所述高压管的上端依次与所述高压控制阀门、所述高压流量计连接，所述高压管的上、下内部分别设有所述供液阀、所述排液阀，所述供液阀、所述排液阀的中间设有所述小活塞缸，所述来液管的左端设有所述低压进口管，所述低压进口管通过进液口与所述换向推杆缸的下部连接，所述换向推杆缸的上部通过排液口与所述低压出口管连接，所述低压出口管上端依次与所述低压控制阀门、所述低压流量计连接，所述换向推杆缸的左边进液口、排液口与所述大活塞缸连接，所述大活塞缸与所述小活塞缸为同心体，大活塞与所述小活塞分别设在所述大活塞缸、所述小活塞缸内，所述大活塞的右端设有所述移动指针，所述小活塞缸的左端设有所述下限位器，所述大活塞缸的右端设有所述上限位器，所述换向推杆缸的中心设有所述换向推杆，所述换向推杆的上端设有所述电磁线圈，所述电磁线圈分别通过所述连接导线与所述下限位器、所述移动指针、所述上限位器连接。

优选的，一种双管双层注聚井节能控液增压装置中的所述换向推杆的下部设有换向孔。

优选的，一种双管双层注聚井节能控液增压装置中的所述大活塞缸的缸体内部右端设有所述大密封圈。

优选的，一种双管双层注聚井节能控液增压装置中的所述小活塞缸的缸体内部左端设有所述小密封圈。

优选的，一种双管双层注聚井节能控液增压装置中的所述高压流量计与所述注聚井井口装置的所述高压井口阀门连接。

优选的，一种双管双层注聚井节能控液增压装置中的所述低压流量计与所述注聚井井口装置的所述低压井口阀门连接。

优选的，一种双管双层注聚井节能控液增压装置的井下配套管柱，所述来液管的左端还与所述注聚井井口装置的所述套管阀门连接。

优选的，一种双管双层注聚井节能控液增压装置中所述的井下配套管柱的所述外管柱下入所述油井套管内，将所述封隔器设在所述高压注聚层与所述低压注聚层之间，在所述封隔器的上部设有所述导向接头，所述内管柱下在所述外管柱的内部，底部通过所述密插补偿器与所述导向接头连接。

优选的，一种双管双层注聚井节能控液增压装置中的所述导向接头为圆柱体，下部设有内螺纹，上部设有外螺纹，中心盲孔与两个水平通道连通，在两个水平通道之间对称设有两个垂直通道，所述内管柱通过所述导向接头的两个水平通道与所述高压注聚层连通，所述内管柱与所述外管柱之间的环空则通过所述导向接头的两个垂直通道与所述低压注聚层连通。

本发明目的是通过下述技术方案实现的：

工作原理：当装置处于初始位置时，受重力影响，换向推杆下落至底部，换向孔H与进液孔J对齐，动力缸内压力P1等于干线来液干压P3，初始条件下干线来液干压P3>高压层注入压力P4>增压缸内压力P2，且动力缸活塞面积S1>增压缸活塞面积S2，因此P1╳S1>P2╳S2，即作用于大活塞的推力大于作用于小活塞的推力，小活塞向增压缸移动。

高压层注聚过程分两种情况：

（1）当P3>=P4时，供液阀和排液阀一直保持打开，高压层正常注入；

（2）当P3<P4时，初始状态下供液阀打开，排液阀关闭，随着活塞向增压缸移动，由于增压缸内体积缩小，增压缸内压力P2不断增大，当P₂>=P₃-m₁g（m₁g为供液阀阀球的重力）时，供液阀7关闭，活塞继续向增压缸移动，P₂继续增大，当P₂>=P₄+m₂g（m₂g为排液阀阀球的重力）时，排液阀打开，实现为高压层增压注入。活塞不断向增压缸移动会让移动指针与下限位器触碰，当移动指针移动至下限位器时，下限位器与移动指针连接，线圈通电，产生磁力，上提换向推杆，换向孔H与排液孔P对齐，初始情况下，动力缸内压力P1等于干线来液干压P3，大于低压层注入压力P5，动力液缸内液体进入低压层，当移动指针回位与上限位器连接时，线圈断电，磁力消失，换向推杆在重力作用下落回起始位置，进入下一个冲程循环。

本发明与现有技术相比具有以下特点：

1.利用地面井口的中压聚合物溶液（11-13MPa）为动力载体，通过双管双层注聚井节能控制；

2.中压聚合物溶液经该装置增压后，高压端输出13-15Mpa（增压2-3MPa）的高压聚合物溶液，注入高压油层，实现无动力驱动，提供了额外的注入动力；

3.低压端输出低压聚合物溶液，注入低压油层，聚合物所受剪切力控制在合理范围，粘度保留率>94%；

4.使用该装置，既实现了控液降压，又保证了聚合物高粘度保留率，同时可以节省大量的管道设施投资。因此具有成本低、节能、省时、省力等优点，是油田理想的高效聚合物注入节能设备，填补了油田注聚环保节能设备的空白。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明的各部件的形状和比例尺寸。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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。本领域的技术人员在本发明的指导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

通过参考以下附图说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的目的及结果将更加明白及易于理解。

图1—本发明主视结构高压层注聚示意图

图2—本发明主视结构低压层注聚示意图

图3—本发明现场应用结构示意图

图4—图3中A-A断面结构示意图

附图中的附图标记分别表示：

1.电磁线圈，2.换向推杆，201.换向推杆缸，3.大密封圈，4.大活塞，40.大活塞缸；5.小密封圈，6.小活塞，60.小活塞缸；7.供液阀，8.排液阀，9.下限位器，10移动指针，11.上限位器，12.连接导线，13.低压出口管，14.低压进口管，15.来液管，16.丝堵头，17.高压管，18.一种双管双层注聚井节能控液增压装置，19.低压控制阀门，20.高压控制阀门，21.高压流量计，210.低压流量计，22.注聚井井口装置，23.低压井口阀门，24.高压井口阀门，25.来液控制阀，26.套管阀门，27.套管，28.外管柱，29.内管柱，30.密插补偿器，31.封隔器，32.高压注聚层，33.导向接头，34.低压注聚层；

附图中的字母标记分别表示：

H.换向孔，J.进液口，P.排液口，P1.动力缸内压力，P2.增压缸内压力，P3.来液干压，P4.高压层注入压力，P5.低压层注入压力，S1.动力缸活塞面积，S2.增压缸活塞面积，C.垂直通道，S.水平通道；

附图中的箭头标记表示：→聚合物溶液流动方向。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，下面将结合附图对本发明实施方式作优选的详细描述：

如图1、图2、图3所示，一种双管双层注聚井节能控液增压装置由电磁线圈1、换向推杆2、换向推杆缸201；大密封圈3、大活塞4、大活塞缸40；小密封圈5、小活塞6、小活塞缸60、供液阀7、排液阀8、下限位器9、移动指针10、上限位器11、连接导线12、低压出口管13、低压进口管14、来液管15、丝堵头16、高压管17、低压控制阀门19、高压控制阀门20、高压流量计21、低压流量计210和注聚井井口装置22及井下配套管柱组成；其特征是：所述一种双管双层注聚井节能控液增压装置为管状构成的长方形框架结构，下面以来液管15为基座，所述来液管15的两端设有内螺纹，左端设有丝堵头16，右端向上垂直设有高压管17，所述高压管17的上端依次与高压控制阀门20、高压流量计21连接，高压流量计21与注聚井井口装置22的高压井口阀门24连接，所述高压管17的上、下内部分别设有供液阀7、排液阀8，供液阀7、排液阀8的中间设有小活塞缸60，所述来液管15的左端设有低压进口管14，低压进口管14通过进液口J与换向推杆缸201的下部连接，所述换向推杆缸201的上部通过排液口P与低压出口管13连接，低压出口管13上端依次与低压控制阀门19、低压流量计210连接，低压流量计210与注聚井井口装置22的低压井口阀门23连接，所述换向推杆缸201的左边进液口J、排液口P与大活塞缸40连接，所述大活塞缸40与小活塞缸60为同心体，大活塞缸4、小活塞缸6分别设在大活塞缸40、小活塞缸60内，所述大活塞4的右端设有移动指针10，所述小活塞缸60的左端设有下限位器9，所述大活塞缸40的右端设有上限位器11，所述换向推杆缸201的中心设有换向推杆2，所述换向推杆2的上端设有电磁线圈1，所述电磁线圈1分别通过连接导线12与下限位器9、移动指针10、上限位器11连接。

所述换向推杆2的下部设有换向孔H。

所述大活塞缸40的缸体内部右端设有大密封圈3。

所述小活塞缸60的缸体内部左端设有小密封圈5。

所述高压流量计21与注聚井井口装置22的高压井口阀门24连接。

所述低压流量计210与注聚井井口装置22的低压井口阀门23连接。

所述井下配套管柱来液管15的左端还与注聚井井口装置22的套管阀门26连接。

进一步如图3所示，所述井下配套管柱的外管柱28下入油井套管27内，将封隔器31设在高压注聚层32、低压注聚层34之间，在封隔器31的上部设有导向接头33，内管柱29下在外管柱28的内部，底部通过密插补偿器30与导向接头33连接。

更进一步如图4所示，所述导向接头33为圆柱体，下部设有内螺纹，上部设有外螺纹，中心盲孔与两个水平通道S联通，在两个水平通道之间设有对称设有两个垂直通道C，内管柱29通过导向接头33的两个水平通道S与高压注聚层32联通，内管柱29与外管柱28之间的环空则通过导向接头33的两个垂直通道C与低压注聚层34联通。

在图1中，当装置处于初始位置时，受重力影响，换向推杆2下落至底部，换向孔H与进液孔J对齐，动力缸内压力P1等于干线来液干压P3，初始条件下干线来液干压P3>高压层注入压力P4>增压缸内压力P2，且动力缸活塞面积S1>增压缸活塞面积S2，因此P1╳S1>P2╳S2，即作用于大活塞4的推力大于作用于小活塞6的推力，小活塞6向增压缸移动。高压层注聚过程分两种情况：（1）当P3>=P4时，供液阀7和排液阀8一直保持打开，高压层正常注入；（2）当P3<P4时，初始状态下供液阀7打开，排液阀8关闭，随着活塞向增压缸移动，由于增压缸内体积缩小，增压缸内压力P2不断增大，当P₂>=P₃-m₁g（m₁g为供液阀7阀球的重力）时，供液阀7关闭，活塞继续向增压缸移动，P₂继续增大，当P₂>=P₄+m₂g（m₂g为排液阀8阀球的重力）时，排液阀8打开，实现为高压层增压注入。活塞不断向增压缸移动会让移动指针10与下限位器9触碰，当移动指针10移动至下限位器9时，下限位器9与移动指针10连接，线圈1通电，产生磁力，上提换向推杆2，换向孔H与排液孔P对齐，初始情况下，动力缸内压力P1等于干线来液干压P3，大于低压层注入压力P5，动力液缸内液体进入低压层，当移动指针10回位与上限位器11连接时，线圈1断电，磁力消失，换向推杆2在重力作用下落回起始位置，进入下一个冲程循环。

所述进入低压层的聚合物溶液流量，是由动力液缸的排量与活塞的冲次来确定，优化动力液缸的排量小，调整活塞的冲次，就可控制进入低压层的流量，从而实现对低压层的限液。而整个控制流程都采用大通道设计，对聚合物的粘度损失小。

一种双管双层注聚井节能控液增压装置利用地面中压聚合物溶液11-13MPa为动力载体，高压端输出13-15Mpa（增压2-3MPa）的高压聚合物溶液，注入高压油层，实现无动力驱动，低压端输出注入低压油层，从而达到油田三次注聚采油少投入、多产出、优质高效采油的目的。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明的保护范围。以上仅为本发明的具体实施方式，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明，特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种双管双层注聚井节能控液增压装置，包括井下配套管柱，其特征是：以来液管（15）为基座，来液管（15）的两端设有内螺纹，左端设有丝堵头（16），右端向上垂直设有高压管（17），高压管（17）的上端依次与高压控制阀门（20）、高压流量计（21）、注聚井井口装置（22）的高压井口阀门（24）连接，高压管（17）的上、下内部分别设有供液阀（7）、排液阀（8），供液阀（7）、排液阀（8）的中间设有小活塞缸（60），来液管（15）的左端设有低压进口管（14），低压进口管（14）通过进液口（J）与换向推杆缸（201）的下部连接，换向推杆缸（201）的上部通过排液口（P）与低压出口管（13）连接，低压出口管（13）上端依次与低压控制阀门（19）、低压流量计（210）、注聚井井口装置（22）的低压井口阀门（23）连接，换向推杆缸（201）的左边进液口（J）、排液口（P）与大活塞缸（40）连接，大活塞缸（40）与小活塞缸（60）为同心体，大活塞（4）和小活塞（6）分别设在大活塞缸（40）、小活塞缸（60）内，大活塞（4）的右端设有移动指针（10），小活塞缸（60）的左端设有下限位器（9），大活塞缸（40）的右端设有上限位器（11），换向推杆缸（201）的中心设有换向推杆（2），换向推杆（2）的上端设有电磁线圈（1），电磁线圈（1）分别通过连接导线（12）与下限位器（9）、移动指针（10）、上限位器（11）连接；所述井下配套管柱的外管柱（28）下入油井套管（27）内，将封隔器（31）设在高压注聚层（32）、低压注聚层（34）之间，在封隔器（31）的上部设有导向接头（33），内管柱（29）下部在外管柱（28）的内部，底部通过密插补偿器（30）与导向接头（33）连接；所述导向接头（33）为圆柱体，下部设有内螺纹，上部设有外螺纹，中心盲孔与两个水平通道（S）联通，在两个水平通道（S）之间对称设有两个垂直通道（C），内管柱（29）通过导向接头（33）的两个水平通道（S）与高压注聚层（32）联通，内管柱（29）与外管柱（28）之间的环空则通过导向接头（33）的两个垂直通道（C）与低压注聚层（34）联通；所述内管柱（29）的上端通过高压井口阀门（24）、高压流量计（21）、高压控制阀门（20）与高压管（17）连通，内管柱（29）与外管柱（28）之间的环空通过低压井口阀门（23）、低压流量计（210）、低压控制阀门（19）与低压出口管（13）连通。

2.根据权利要求1所述一种双管双层注聚井节能控液增压装置，其特征是：所述换向推杆（2）的下部设有换向孔（H）。

3.根据权利要求1所述一种双管双层注聚井节能控液增压装置，其特征是：所述大活塞缸（40）的缸体内部右端设有大密封圈（3）。

4.根据权利要求1所述一种双管双层注聚井节能控液增压装置，其特征是：所述小活塞缸（60）的缸体内部左端设有小密封圈（5）。

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