CN111396009B - 一种集成化复合超重注入系统及其工作方法 - Google Patents

一种集成化复合超重注入系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种集成化复合超重注入系统及其工作方法，属于石油化工设备技术领域，包括设置在机架上的上料机构、复合超重机构、驱动机构、增压泵和混合器，上料机构将水和智聚能驱油剂的主剂和辅剂配比初混，上料机构的出口通过管道连通到复合超重机构的输入口，复合超重机构对初混的混合液进行搅拌混合溶解和超重熟化形成母液，母液由复合超重机构的输出口通过管道输入到增压泵入口，增压泵将增压的母液注入到混合器，混合器将母液和稀释高压水混合后注入油水井，复合超重机构和增压泵的动力轴均由驱动机构驱动。本发明技术方案，设备占地面积和空间大幅缩小，智聚能驱油剂配制的分散、溶解和熟化时间大幅缩短，提高注入效率。

Description

一种集成化复合超重注入系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及石油化工设备技术领域，尤其涉及一种集成化复合超重注入系统及其工作方法。
背景技术
原有陆上三次采油、智聚能驱油等用途的注剂配制溶解熟化技术，流程太长设备多占地面积大，如日配制50m 3高浓度母液占地面积达200m 2以上,几百m 3/d母液配制需占地面积更大。流程长，设备多，装机台套多、功率能耗大，管理、维护难度大等。存在占用空间大，场地大问题。
现有技术中，油田注入系统智聚能驱油剂配注流程见附图1，智聚能驱油剂溶液配制：将智聚能驱油剂料斗2’中的智聚能驱油剂和来水阀门1’供应的高压水按照比例通入到固液混合器3’进行初步混合分散后，输出到缓冲罐4’中经1-4小时的搅拌，使智聚能驱油剂均匀分散到水中，溶剂不成团和不出现鱼眼，配制成高浓度混合母液。
母液存储、熟化：将混合母液导至熟化罐5’，进行熟化。智聚能驱油剂分子为线团性结构，在水溶液中逐渐溶胀，溶液粘度上升，溶胀后的溶液不易堵塞油层。智聚能驱油剂溶液熟化时间一般设置为18-240h。熟化罐5’占地面积、空间体积大，而且熟化时间长、效率低下。
稀释、泵注：母液浓度一般5000mg/L，熟化后需要稀释后使用增压泵6’注入井口装置7’下方的油层。稀释水一般为污水。增压泵6’为柱塞泵，其排量一般不大于200m 3/d，柱塞泵特别加固相颗粒时，泵阀和高压密封盘根的维护周期一般较短。
海洋油田采用海上平台方式开采，为降低开采成本，平台上通常有十到几十口油水井，其特点为：平台空间狭小。通常存在多井生产作业不能同时进行，只能单一实施的问题；生产要求技术措施装备占地面积不大于30m 3；注入量大，海洋油田注水井多为水平井，单井注入量大，日注数百至上千方,注入设备流程占地面积会更大；物资装备运送、安装、维护困难和人力费用高和环境差等；海洋台风环境腐蚀、配套设施建设维护费用高昂等等。
因此，现有技术的油田注入系统流程长，设备多，装机台套多、占地面积和空间体积大，而且熟化时间长、效率低下、功率能耗大，管理、维护难度大。不能适用于面积小、安装空间有限的海洋油田平台或者其他安装空间受限的采油场合的需求。因此，需要开发一种集成化复合超重注入系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成化复合超重注入系统及其方法，设备占地面积和空间大幅缩小，智聚能驱油剂配制的分散、溶解和熟化时间大幅缩短，提高注入效率。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种集成化复合超重注入系统，包括设置在机架上的上料机构、复合超重机构、驱动机构、增压泵和混合器，所述上料机构将水和智聚能驱油剂的主剂和辅剂配比初混，所述上料机构的出口通过管道连通到所述复合超重机构的输入口，所述复合超重机构对初混的混合液进行搅拌混合溶解和超重熟化形成母液，所述母液由所述复合超重机构的输出口通过管道输入到所述增压泵入口，所述增压泵将增压的所述母液注入到所述混合器，所述混合器将所述母液和稀释高压水混合后注入油水井，所述复合超重机构和增压泵的动力轴均由所述驱动机构驱动。
进一步的，所述复合超重机构包括定子筒和转子，所述转子的芯轴通过两端的轴承座密封支撑在所述定子筒中，所述芯轴上设置有叶轮组和超重床，所述定子筒中间设置有用于密封隔离的隔环，所述隔环将所述叶轮组和超重床隔离并分割所述定子筒为搅拌腔和超重腔，搅拌腔内的定子筒内壁上设置有用于水击的阻流环和阻流板；所述定子筒在所述搅拌腔的侧壁上设置用于进料的所述输入口，所述定子筒在所述超重腔的侧壁上设置用于出料的所述输出口，所述芯轴在所述定子筒内的一端设置有用于连通所述搅拌腔和超重腔的芯轴连通孔组，所述芯轴探出所述定子筒的一端为动力轴。
进一步的，所述搅拌腔外侧的所述轴承座的中间设置有环形凹槽，所述输入口对应所述环形凹槽，所述环形凹槽的底部设置有朝向所述搅拌腔的低压区输入孔。
进一步的，所述驱动机构包括电机和变速单元，所述电机安装在机架上并输入动力到所述变速单元的输入端上，所述变速单元的两个输出端分别连接所述复合超重机构和增压泵的动力轴。
进一步的，所述变速单元包括小轮、介轮轴和大轮，所述小轮串联同轴连接的所述复合超重机构动力轴和所述电机输出轴，所述介轮轴通过轴承座架设在所述机架上，所述小轮和大轮均通过传动件连接所述介轮轴的中间轮，所述大轮的转轴通过联轴器连接所述增压泵的动力轴。
进一步的，所述传动件具体采用传动皮带或者链条。
进一步的，所述增压泵具体采用低速螺杆泵，所述低速螺杆泵的转子高低压端变径，所述低速螺杆泵的定子分段串联对接而成。
进一步的，所述混合器具体采用静态混合器。
相应的本发明还提供一种集成化复合超重注入系统的工作方法，利用上述任意一项所述的集成化复合超重注入系统进行油水井注入工作，其工作步骤包括：
第一步，所述上料机构引入水源和智聚能驱油剂按照工艺比例进行初步混合；
第二步，初步混合液被吸入到所述复合超重机构的搅拌腔进行水击搅拌混合，再进入到所述复合超重机构的超重腔进行超重速溶熟化过滤，形成高粘度高浓度的母液；
第三步，所述母液通过管道输入到所述增压泵的入口，所述增压泵低剪切高压输送注入到所述混合器；
第四步，所述混合器将高压稀释水和高压母液混合稀释后注入到油水井中。
进一步的，所述复合超重机构和增压泵由一套驱动机构的两个输出端驱动，所述增压泵动力轴转速低于所述复合超重机构。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明一种集成化复合超重注入系统，通过核心设备复合超重机构的设置，从4个分散、熟化罐合计百方以上缩减到不到1方反应器，体积缩小百倍以上，溶解熟化速度从18-24小时缩短到10分钟以下，提高效率百倍，实现自吸进料、搅拌混合溶解和超重熟化过滤，适用于配制难溶、易剪切的溶液。通过复合超重机构和增压泵的动力轴均由一套驱动机构驱动，减少了驱动装置的数量，提高了设备利用效率，也降低了功耗。本发明集成化复合超重注入系统，设备占地面积和空间大幅缩小，智聚能驱油剂配制的分散、溶解和熟化时间大幅缩短，提高注入效率。
此外，通过主要由定子筒和转子组成的复合超重机构，注入水源与智聚能驱油剂的主剂和辅剂在暂存罐内混合成混合液，通过输入口进入搅拌腔经过叶轮组的高速搅拌，通过所述芯轴连通孔组进入超重腔被超重床超重速溶、熟化和过滤。复合多功能的复合超重机构高度集成化，高速水击搅拌宏观混合和微观溶解、超重分子渗透和熟化、超重床在线熟化、熟化液过滤，相对于原有现有技术，减少了设备的数量和制备流程，提高了母液制备效率，适应于在线实时使用。通过所述环形凹槽和低压区输入孔的设置，便于将输入口引入的混合液导入到搅拌腔的离心低压区，能够形成负压吸入进料，节省了射流泵进料的传统方式。通过由小轮、介轮轴和大轮构成的所述变速单元并由电机驱动，能够使用一个电机同时驱动复合超重机构和增压泵，降低了设备投入。螺杆泵启动需较大功率、该系统启动时复合超重机构待螺杆泵启动后再启动加载，利用螺杆泵启动备用功率即可带动复合超重机构，降低装机功率，提高系统能量利用率和提高了电机的利用率同时提高电机和系统效率，既降低装机功率又取得节电效果。而且节省了安装空间。通过低速螺杆泵的选用，利用螺杆泵转子圆滑几何形状和连续运动腔体的低剪切特点，对基本熟化的母液进一步搅拌溶解熟化并增压；采用高低压端变径的低速螺杆泵，能够逐步对母液加压，增加了设备的使用寿命；通过低速螺杆泵的定子分段串联对接而成，便于更换维护，而且更换下来的定子可以重复利用到变大直径的转子上，节约了设备成本。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为现有技术油田注入系统智聚能驱油剂配注流程示意图；
图2为本发明集成化复合超重注入系统的组成结构示意图；
图3为本发明的复合超重机构的主视剖视结构示意图。
附图标记说明：1'、来水阀门；2'、智聚能驱油剂料斗；3'、固液混合器；4'、缓冲罐；5'、熟化罐；6'、增压泵；7'、井口装置；
1、供水阀；2、射流管；3、送料斗；4、复合超重机构；401、定子筒；4011、输入口；4012、输出口；402、转子；403、搅拌腔；404、超重腔；405、隔环；406、叶轮组；407、超重床；5、电机；6、小轮；7、介轮轴；8、大轮；9、增压泵；10、混合器。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种集成化复合超重注入系统，设备占地面积和空间大幅缩小，智聚能驱油剂配制的分散、溶解和熟化时间大幅缩短，提高注入效率。
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的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参考附图，图1为现有技术油田注入系统智聚能驱油剂配注流程示意图；图2为本发明集成化复合超重注入系统的组成结构示意图；图3为本发明的复合超重机构的主视剖视结构示意图。
在一具体实施方式中，如图2和图3所示，一种集成化复合超重注入系统，包括设置在机架11上的上料机构、复合超重机构4、驱动机构、增压泵9和混合器10，所述上料机构采用射流管2的形式，所述射流管2的尾部入口端连接水源，侧壁入口端连接送料斗3下方的螺旋输送器输送过来的智聚能驱油剂。射流管2的出口通过管道连通到复合超重机构4的输入口4011，复合超重机构4对初混的混合液进行搅拌混合溶解和超重熟化形成母液，所述母液由复合超重机构4的输出口4012通过管道输入到增压泵9入口，增压泵9将增压的母液注入到混合器10，混合器10将母液和稀释高压水混合后注入油水井，复合超重机构4和增压泵9的动力轴均由驱动机构驱动。
本发明集成化复合超重注入系统通过核心设备复合超重机构4的设置，从4个分散、熟化罐合计百方以上缩减到不到1方反应器，体积缩小百倍以上，溶解熟化速度从18-24小时缩短到10分钟以下，提高效率百倍，实现自吸进料、搅拌混合溶解和超重熟化过滤。本发明尤其适用于难溶、粘稠和易剪切的溶液的配制。通过复合超重机构4和增压泵9的动力轴均由一套驱动机构驱动，减少了驱动装置的数量，提高了设备利用效率，也降低了功耗。本发明集成化复合超重注入系统，设备占地面积和空间大幅缩小，智聚能驱油剂配制的分散、溶解和熟化时间大幅缩短，提高注入效率。
在本发明的一具体实施方式中，如图3所示，复合超重机构4包括定子筒401和转子402，转子402的芯轴通过两端的轴承座密封支撑在定子筒401中，芯轴上设置有叶轮组406和超重床407，定子筒401中间设置有用于密封隔离的隔环405，隔环405将叶轮组406和超重床407隔离并分割定子筒401为搅拌腔403和超重腔404，搅拌腔403内的定子筒401内壁上设置有用于水击的阻流环和阻流板。定子筒401在搅拌腔403的侧壁上设置用于进料的输入口4011，定子筒401在超重腔404的侧壁上设置用于出料的输出口4012。芯轴在定子筒401内的一端设置有用于连通搅拌腔403和超重腔404的芯轴连通孔组，芯轴探出定子筒401的一端为动力轴。
具体而言，如图3所示，搅拌腔403外侧的轴承座的中间设置有环形凹槽，输入口4011对应环形凹槽，环形凹槽的底部设置有朝向搅拌腔403的低压区输入孔。
通过主要由定子筒401和转子402组成的复合超重机构4，注入水源与智聚能驱油剂在射流管2内混合成混合液，通过输入口4011进入搅拌腔403经过叶轮组406的高速搅拌，通过所述芯轴连通孔组进入超重腔404被超重床407超重速溶、熟化和过滤。复合多功能的复合超重机构4高度集成化，高速水击搅拌宏观混合、微观溶解、分子渗透熟化液过滤，相对于原有现有技术，减少了设备的数量和制备流程，提高了母液制备效率，适应于在线实时使用。通过所述环形凹槽和低压区输入孔602的设置，便于将输入口4011引入的混合液导入到搅拌腔102的低压区，能够形成负压吸入进料，节省了需要射流泵进料的传统方式。
在本发明的一具体实施方式中，如图2所示，驱动机构包括电机5和变速单元，电机5安装在机架11上并输入动力到所述变速单元的输入端上，所述变速单元的两个输出端分别连接复合超重机构4和增压泵9的动力轴。
具体而言，如图2所示，所述变速单元包括小轮6、介轮轴7和大轮8，小轮6串联同轴连接的复合超重机构4动力轴和电机5输出轴，复合超重机构4动力轴和小轮6之间可以设置有离合器。介轮轴7通过轴承座架设在机架11上，小轮6和大轮8均通过传动件连接介轮轴7的中间轮，大轮8的转轴通过联轴器连接增压泵9的动力轴。显而易见的，所述变速单元也可以采用带有两个输出端的变速箱，变速箱的两个输出端分别连接复合超重机构4和增压泵9的动力轴。上述类似变形方式，均落入本发明的保护范围中。
具体而言，如图2所示，所述传动件具体采用传动皮带或者链条。
通过由小轮6、介轮轴7和大轮8构成的所述变速单元并由电机5驱动，能够使用一个电机同时驱动复合超重机构4和增压泵9，降低了设备投入，提高了电机的利用效率，而且节省了安装空间。同时，增压泵9使用螺杆泵时，启动需较大功率，该系统启动时所述离合器脱开，复合超重机构4待螺杆泵启动后再启动加载。利用螺杆泵启动备用功率即可带动复合超重机构4，降低装机功率，提高系统能量利用率和提高了电机的利用率同时提高电机和系统效率，既降低装机功率又取得节电效果。
在本发明的一具体实施方式中，如图2所示，增压泵9具体采用低速螺杆泵，因为高压端定子橡胶内侧壁的受高压变形较大，低速螺杆泵的转子高低压端变径，容易损坏的高压端的转子直径略大于低压端转子直径；低速螺杆泵的定子分段串联对接而成，采用外法兰方式连接。在一具体实施例中，低速螺杆泵转速150转/分；排量：45-55m 3/d；额定压力10-12MPa；级数35-40级。
通过低速螺杆泵的选用，利用螺杆泵转子圆滑几何形状和连续运动腔体的低剪切特点，对基本熟化的母液进一步溶解熟化并增压；采用高低压端变径的低速螺杆泵，能够逐步对母液加压，高压端的转子直径略大，增加了设备的使用寿命；通过低速螺杆泵的定子分段串联对接而成，便于更换维护，而且更换下来的定子可以重复利用到变大直径的转子上，节约了设备成本。
在本发明的一具体实施方式中，混合器10具体采用静态混合器。利用所述静态混合器对进入的高压水和高压母液进行混合稀释后，注入到油水井中。
基于上述各个实施方式的集成化复合超重注入系统本发明还提供一种集成化复合超重注入系统的工作方法，利用上述实施方式任意一项的集成化复合超重注入系统进行油水井注入工作，其工作步骤包括：
第一步，上料机构引入水源和智聚能驱油剂按照工艺比例进行初步混合；
第二步，初步混合液被吸入到复合超重机构的搅拌腔进行水击搅拌混合，再进入到超重机构的超重腔进行超重速溶熟化过滤，形成高粘度高浓度的母液，复合超重机构的超重加速度>500m/s 2；
第三步，母液通过管道输入到增压泵的入口，增压泵低剪切高压输送注入到混合器；
第四步，混合器将高压稀释水和高压母液混合稀释后注入到油水井中。
进一步的，复合超重机构和增压泵由一套驱动机构的两个输出端驱动，采用低速螺杆泵的增压泵动力轴转速低于复合超重机构。所述复合超重机构的转子转速为600～1000r/Min可以调节，低速螺杆泵的转子转速140～160r/Min。
本发明集成化复合超重注入系统，通过核心设备复合超重机构4的设置，从4个分散、熟化罐合计百方以上缩减到不到1方反应器，体积缩小百倍以上，溶解熟化速度从18-24小时缩短到10分钟以下，提高效率百倍，实现自吸进料、搅拌混合溶解和超重熟化过滤。通过复合超重机构4和增压泵9的动力轴均由一套驱动机构驱动，减少了驱动装置的数量，提高了设备利用效率，也降低了功耗。本发明集成化复合超重注入系统，设备占地面积和空间大幅缩小，智聚能驱油剂配制的分散、溶解和熟化时间大幅缩短，提高注入效率。此外，通过主要由定子筒401和转子402组成的复合超重机构4，注入水源与智聚能驱油剂在射流管2内混合成混合液，通过输入口4011进入搅拌腔403经过叶轮组406的高速搅拌，通过所述芯轴连通孔组进入超重腔404被超重床407超重速溶、熟化和过滤。复合多功能的复合超重机构4高度集成化，高速水击搅拌、超重搅拌溶解、超重床在线熟化、熟化液过滤，相对于原有现有技术，减少了设备的数量和制备流程，提高了母液配制效率，适应于在线实时使用。通过所述环形凹槽和低压区输入孔602的设置，便于将输入口4011引入的混合液导入到搅拌腔102的低压区，能够形成负压吸入进料，节省了射流泵进料的传统方式。通过由小轮6、介轮轴7和大轮8构成的所述变速单元并由电机5驱动，能够使用一个电机同时驱动复合超重机构4和增压泵9，降低了设备投入，提高了电机的利用效率，而且节省了安装空间。通过低速螺杆泵的选用，利用螺杆泵转子圆滑几何形状和连续运动腔体的低剪切特点，对基本熟化的母液进一步溶解熟化并增压；采用高低压端变径的低速螺杆泵，能够逐步对母液加压，增加了设备的使用寿命；通过低速螺杆泵的定子分段串联对接而成，便于更换维护，而且更换下来的定子可以重复利用到变大直径的转子上，节约了设备成本。

Claims (9)

1.一种集成化复合超重注入系统，其特征在于：包括设置在机架(11)上的上料机构、复合超重机构(4)、驱动机构、增压泵(9)和混合器(10)，所述上料机构将水和智聚能驱油剂的主剂和辅剂配比初混，所述上料机构的出口通过管道连通到所述复合超重机构(4)的输入口(4011)，所述复合超重机构(4)对初混的混合液进行搅拌混合溶解和超重熟化形成母液，所述母液由所述复合超重机构(4)的输出口(4012)通过管道输入到所述增压泵(9)入口，所述增压泵(9)将增压的所述母液注入到所述混合器(10)，所述混合器(10)将所述母液和稀释高压水混合后注入油水井，所述复合超重机构(4)和增压泵(9)的动力轴均由所述驱动机构驱动；
所述复合超重机构(4)包括定子筒(401)和转子(402)，所述转子(402)的芯轴通过两端的轴承座密封支撑在所述定子筒(401)中，所述芯轴上设置有叶轮组(406)和超重床(407)，所述定子筒(401)中间设置有用于密封隔离的隔环(405)，所述隔环(405)将所述叶轮组(406)和超重床(407)隔离并分割所述定子筒(401)为搅拌腔(403)和超重腔(404)，搅拌腔(403)内的定子筒(401)内壁上设置有用于水击的阻流环和阻流板；所述定子筒(401)在所述搅拌腔(403)的侧壁上设置用于进料的所述输入口(4011)，所述定子筒(401)在所述超重腔(404)的侧壁上设置用于出料的所述输出口(4012)，所述芯轴在所述定子筒(401)内的一端设置有用于连通所述搅拌腔(403)和超重腔(404)的芯轴连通孔组，所述芯轴探出所述定子筒(401)的一端为动力轴。
2.根据权利要求1所述的集成化复合超重注入系统，其特征在于：所述搅拌腔(403)外侧的所述轴承座的中间设置有环形凹槽，所述输入口(4011)对应所述环形凹槽，所述环形凹槽的底部设置有朝向所述搅拌腔(403)的低压区输入孔。
3.根据权利要求1所述的集成化复合超重注入系统，其特征在于：所述驱动机构包括电机(5)和变速单元，所述电机(5)安装在机架(11)上并输入动力到所述变速单元的输入端上，所述变速单元的两个输出端分别连接所述复合超重机构(4)和增压泵(9)的动力轴。
4.根据权利要求3所述的集成化复合超重注入系统，其特征在于：所述变速单元包括小轮(6)、介轮轴(7)和大轮(8)，所述小轮(6)串联同轴连接的所述复合超重机构(4)动力轴和所述电机(5)输出轴，所述介轮轴(7)通过轴承座架设在所述机架(11)上，所述小轮(6)和大轮(8)均通过传动件连接所述介轮轴(7)的中间轮，所述大轮(8)的转轴通过联轴器连接所述增压泵(9)的动力轴。
5.根据权利要求4所述的集成化复合超重注入系统，其特征在于：所述传动件具体采用传动皮带或者链条。
6.根据权利要求1所述的集成化复合超重注入系统，其特征在于：所述增压泵(9)具体采用低速螺杆泵，所述低速螺杆泵的转子高低压端变径，所述低速螺杆泵的定子分段串联对接而成。
7.根据权利要求1所述的集成化复合超重注入系统，其特征在于：所述混合器(10)具体采用静态混合器。
8.一种集成化复合超重注入系统的工作方法，其特征在于：利用上述权利要求1～7任意一项所述的集成化复合超重注入系统进行油水井注入工作，其工作步骤包括：
第一步，所述上料机构引入水源和智聚能驱油剂按照工艺比例进行初步混合；
第二步，初步混合液被吸入到所述复合超重机构的搅拌腔进行水击搅拌混合，再进入到所述复合超重机构的超重腔进行超重速溶熟化过滤，形成高粘度高浓度的母液；
第三步，所述母液通过管道输入到所述增压泵的入口，所述增压泵低剪切高压输送注入到所述混合器；
第四步，所述混合器将高压稀释水和高压母液混合稀释后注入到油水井中。
9.根据权利要求8所述的集成化复合超重注入系统的工作方法，其特征在于：所述复合超重机构和增压泵由一套驱动机构的两个输出端驱动，所述增压泵动力轴转速低于所述复合超重机构。
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