CN111749663A - 一种分层注聚用配注器，聚合物智能化分注系统及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分层注聚用配注器，聚合物智能化分注系统及应用，所述聚合物智能化分注系统包括聚合物智能化分注管柱及地面控制箱；所述聚合物智能化分注管柱包括油管、若干封隔器及若干分层注聚用配注器，该封隔器及分层注聚用配注器交替设置于该油管上；若干所述封隔器及若干所述分层注聚用配注器通过电缆与所述地面控制箱相连接。采用本发明所提供的该分层注聚用配注器以及聚合物智能化分注系统进行聚合物驱智能分层注入过程中，无需动用作业车，可以实现聚合物分注井井下注入压力、流量参数的实时监测和智能化控制，还可以长期保证分注合格率，降低单井流量的调节时间，减小作业量，降低作业成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种分层注聚用配注器，聚合物智能化分注系统及应用，属于采油工程的聚合物分注技术领域。
背景技术
随着我国陆上油田已进入开发后期，聚合物驱油技术已经在我国22个油田推广应用。聚合物分注目前主要采用同心分注工艺、偏心分注工艺和高效测调技术，李海成在“石油与天然气地质”发表的论文《大庆油田聚合物驱分注工艺现状》论述了同心分注工艺和偏心分注工艺；唐俊东在会议论文《聚合物驱分注井直读电动测调技术》论述了聚合物驱高效测调工艺技术。
随着聚合物分注井数的增多，为了提高分注合格率，以上三种工艺技术均面临测试工作量大幅增加，测试队伍需求数量增多，分注成本逐年增高，且测试数据少，无法长期保证分注合格率等问题。如同心分注工艺和偏心分注工艺，为了实现单层流量调节，需要进行钢丝投捞作业，为了保证单次测试时的分注合格率，需要采用“试凑”手段，反复投捞节流芯和下入流量计，测试效率低；高效测调工艺技术解决了钢丝投捞问题，无需更换节流芯，且实现了电缆测试仪器一次下井可完成全井测调，测试效率高，但由于要采用作业车下电缆测试，井下压力、流量监测数据量少，依然无法长期保证分注合格率。
在聚合物配注器方面，中国实用新型专利CN2861479Y公开了一种带有梭形杆的聚合物偏心配注器，中国实用新型专利CN2565984Y公开了一种聚合物叠球式偏心配注器，中国实用新型专利CN2565983Y公开了一种聚合物链球式偏心配注器以及中国实用新型专利CN2565982Y公开了一种聚合物变径偏心配注器，该些配注器可以有效降低聚合物剪切，保证注入聚合物的粘度，但应用于聚合物分注高效测调工艺技术时，节流芯形成较大，联动调节时间长，注聚井层段较多时，流量测试时间长，效率低。
为了解决以上问题，亟需实现适用于聚合物分注井的智能化测调。
发明内容
为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种分层注聚用配注器。本发明所提供的该分层注聚用配注器为一种在线可调，低粘度损失的配注器。
本发明的另一个目的在于提供一种聚合物智能化分注系统。
本发明的又一个目的在于提供所述的聚合物智能化分注系统在聚合物驱智能分层注入中的应用。
本发明的再一个目的在于提供一种聚合物驱智能分层注入方法，其中，所述聚合物驱智能分层注入方法利用所述的聚合物智能化分注系统。
为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种分层注聚用在线可调低粘度损失的配注器，其中，所述分层注聚用在线可调低粘度损失的配注器包括：
中心管、外压筒、辅助筒、电磁流量计、油管压力计、油套环空压力计、电机驱动控制电路、信号处理控制电路、电机、传动总成及流量调节阀；
该外压筒的顶端及底端分别与配注器上接头及配注器下接头螺纹连接；
该电磁流量计依靠配注器上接头的压紧力固定于该外压筒内侧台阶上；
该中心管位于外压筒内并与外压筒的内壁形成密封空腔，该中心管的上端插接于电磁流量计内孔并密封，中心管的下端与配注器下接头螺纹连接；
该油管压力计及油套环空压力计分别通过螺纹连接安装于配注器下接头上；
该配注器上接头及配注器下接头还分别设置有电缆上接头、电缆下接头；
该辅助筒通过扶正块焊接在中心管上；
电机驱动控制电路、信号处理控制电路、电机及传动总成均位于密封空腔内，该电机驱动控制电路和信号处理控制电路固定于辅助筒上，该电机与电机驱动控制电路和信号处理控制电路相连接，该电机还通过传动总成与所述流量调节阀相连接；该流量调节阀固定于配注器下接头上；
所述信号处理控制电路还分别与所述电磁流量计、油管压力计、油套环空压力计相连接。
根据本发明具体实施方案，在所述的分层注聚用配注器中，该中心管的上端插接于电磁流量计内孔并密封，此时该电磁流量计的测试电极便可与中心管内的液体相接触，进而测试流量。
根据本发明具体实施方案，在所述的分层注聚用配注器中，本发明对该油管压力计及油套环空压力计于配注器下接头上的安装位置不做具体要求，只要将二者安装于配注器下接头上已经钻好的孔中即可。
根据本发明具体实施方案，在所述的分层注聚用配注器中，外压筒和中心管形成的环空为密封空间，所以外压筒和中心管均不适宜钻孔安装其他零部件，因此在该分层注聚用配注器中设置了该辅助筒，用以安装其他零部件，同时设置该辅助筒还可以使得各零部件安装有序，简化中心管的加工工艺。
根据本发明具体实施方案，在所述的分层注聚用配注器中，该电机还通过传动总成与所述流量调节阀的动子相连接，该流量调节阀的定子固定于配注器下接头上，流量调节阀的定子为过盈配合安装后，销钉固定的。
根据本发明具体实施方案，在所述的分层注聚用配注器中，所述电机驱动控制电路、信号处理控制电路均为本领域使用的常规设备，其中，所述电机驱动控制电路用于接收地面控制指令，驱动电机运行，调节流量调节阀的开度，所述信号处理控制电路还分别与所述电磁流量计、油管压力计、油套环空压力计相连接，用于采集流量、压力数据，并将数据上传。
根据本发明具体实施方案，在所述的分层注聚用配注器中，所述油管压力计、油套环空压力计均为本领域使用的常规设备，其中，所述油管压力计用于测试油管内部的压力，即流量调节阀前的中心管压力；所述油套环空压力计用于测试油套环空压力，即流量调节阀后的油管和套管环空的压力。
根据本发明具体实施方案，在所述的分层注聚用配注器中，所述流量调节阀也是本领域使用的常规设备，用于形成一定的过流面积，实现注入参数的快速调整。
根据本发明具体实施方案，在所述的分层注聚用配注器中，优选地，该中心管的上端插接于电磁流量计内孔并利用O圈进行密封。
根据本发明具体实施方案，在所述的分层注聚用配注器中，优选地，所述电缆上接头、电缆下接头分别胶封于该配注器上接头及配注器下接头。
根据本发明具体实施方案，在所述的分层注聚用配注器中，优选地，所述传动总成包括上丝杠螺母、丝杠、导向销、下丝杠螺母和防窜螺母，其中，该上丝杠螺母与所述电机的减速器((可为行星齿轮减速器))通过键连接，该丝杠的上端通过螺纹与所述上丝杠螺母相连接，该导向销的轴通过螺纹安装于丝杠上，该丝杠与下丝杠螺母通过螺纹相连，且该下丝杠螺母通过防窜螺母固定于配注器下接头上；
该丝杠的另一端与所述流量调节阀的动子通过螺纹相连接，但可轴向运动。
根据本发明具体实施方案，在所述的分层注聚用配注器中，防窜螺母将下丝杠螺母压在配注器下接头上，但没有完全压紧，属于间隙配合，这样下丝杠螺母在电机带动下才可以旋转，防窜螺母可以防止下丝杠螺母及传动总成在受外压作用时轴向向上窜出。
根据本发明具体实施方案，在所述的分层注聚用配注器中，所述传动总成包括上丝杠螺母、下丝杠螺母、丝杠、导向销和防窜螺母；该上丝杠螺母与所述电机的减速器轴通过键连接，减速器转动将带动丝杠一起螺母转动，该丝杠的上端通过螺纹与所述上丝杠螺母相连接，该导向销的轴通过螺纹安装于丝杠上，由于导向销限制了丝杠的周向转动，上丝杠螺母的旋转转动将带动丝杠轴向直线运动。防窜螺母将下丝杠螺母压在配注器下接头上，可以防止下丝杠螺母的轴向窜动。
根据本发明具体实施方案，在所述的分层注聚用配注器中，优选地，所述流量调节阀包括阀体、定子及动子，该动子位于定子内，定子位于阀体内；且定子及动子的表面均设置有连续的凸点，即定子及动子之间为双环形配注结构，以通过控制定子表面的凸点及动子表面的凸点之间的径向距离控制该流量调节阀的开度。
其中，定子及动子的表面所设置的连续的凸点的个数与节流压力有关，最大节流压力要求越大，要求设置的凸点个数越多，最大节流压力要求越小，所设置的凸点的个数越少。
根据本发明具体实施方案，在所述的分层注聚用配注器中，所述流量调节阀在驱动下可以实现全关和全开，其具体工作原理如下所示：
利用电缆给电机供电，使电机旋转，经减速器减速后，通过键连接结构驱动丝杠螺母旋转，导向销允许丝杠轴向运动，但限制丝杠周向旋转运动，因此丝杠会在丝杠螺母的旋转作用下直线运动。电机正转带动丝杠向上运动，电机反转带动丝杠向下运动。流量调节阀定子是安装固定不动的，流量调节阀定子与丝杠固定在一起，因此会随着丝杠做轴向的往复运动。当调节阀动子凸点与调节阀定子凸点径向距离最小时，调节阀关闭；当调节阀动子凸点与调节阀定子凸点径向距离最大时，调节阀打开。
另一方面，本发明还提供了一种聚合物智能化分注系统，其中，所述聚合物智能化分注系统包括聚合物智能化分注管柱及地面控制箱；
所述聚合物智能化分注管柱包括油管、若干封隔器及若干以上所述的分层注聚用配注器，该封隔器及分层注聚用配注器交替设置于该油管上；
若干所述封隔器及若干所述分层注聚用配注器通过电缆与所述地面控制箱相连接。
根据本发明具体实施方案，在所述的聚合物智能化分注系统中，优选地，所述地面控制箱为计算机。
根据本发明具体实施方案，在所述的聚合物智能化分注系统中，所述分层注聚用配注器的配注器上接头及配注器下接头分别与油管相连接，所述电缆上接头及电缆下接头分别与电缆相连接。
根据本发明具体实施方案，在所述的聚合物智能化分注系统中，所用的地面控制箱及封隔器均为本领域使用的常规设备。
根据本发明具体实施方案，根据分层要求，本领域技术人员可以合理增加该聚合物智能化分注系统中配注器和封隔器的数量，进而可以将该系统扩展到多层段分注井中。
本发明所提供的该聚合物智能化分注系统的工艺原理为：
将分层注聚用配注器、封隔器、电缆等工具随管柱下入；应用电缆载波传输技术，实现井下与地面控制主机(地面控制箱)通讯，同步实现配注器对单层段注入压力、流量参数的实时监测；应用电缆供电技术，为井下配注器电机供电，实现井下节流阀芯的开度调整，从而实现聚合物分注井的全自动分层调配和参数监测。
又一方面，本发明还提供了所述的聚合物智能化分注系统在聚合物驱智能分层注入中的应用。
再一方面，本发明还提供了一种聚合物驱智能分层注入方法，其中，所述聚合物驱智能分层注入方法利用以上所述的聚合物智能化分注系统。
采用本发明所提供的该分层注聚用配注器以及聚合物智能化分注系统进行聚合物驱智能分层注入过程中，无需动用作业车，可以实现聚合物分注井井下注入压力、流量参数的实时监测和智能化控制，还可以长期保证分注合格率，降低单井流量的调节时间，减小作业量，降低作业成本。
将本发明所提供的该分层注聚用配注器以及聚合物智能化分注系统应用于聚合物驱油开发中的分层注入和智能测调，可以取得以下技术效果：
1、无需动用作业车，可以实现井下压力、流量参数的实时监测；
2、可以远程调整各层的配注参数，实现井口无人化操作；
3、可以实现井下数据的远传，为油藏开发方案的优化提供详尽的基础数据；
4、所用流量调节阀具有双环形配注结构，该结构可以提供较大的流体通道，降低聚合物粘度损失；
5、所用流量调节阀具有双环形配注结构，该结构可以实现配注器开、关状态的迅速调整。
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。
图1为本发明具体实施例中所提供的该分层注聚用配注器的正视剖面图。
图2为本发明具体实施例中所提供的该分层注聚用配注器的左视剖面图。
图3为本发明具体实施例中所提供的该分层注聚用配注器的电机、传动总成及流量调节阀(全关)之间的连接关系示意图。
图4为本发明具体实施例中所提供的该分层注聚用配注器的电机、传动总成及流量调节阀(全开)之间的连接关系示意图。
图5为本发明具体实施例中所提供的该分层注聚用配注器的流量调节阀全关状态原理示意图。
图6为本发明具体实施例中所提供的该分层注聚用配注器的流量调节阀全开状态原理示意图。
图7为本发明具体实施例所提供的该聚合物智能化分注系统的结构示意图。
主要附图标号说明：
1、配注器上接头；
2、电磁流量计；
3、中心管；
4、辅助筒；
5、油管压力计；
6、配注器下接头；
7、外压筒；
8、油套环空压力计；
9、电缆上接头；
10、电缆下接头；
11、电机驱动控制电路及信号处理控制电路；
12、电机；
13、传动总成；
131、上丝杠螺母；
132、丝杠；
133、导向销；
134、防窜螺母；
135、下丝杠螺母；
14、流量调节阀；
15、动子；
16、定子；
17、油管；
18、电缆；
19、第一封隔器；
20、第一分层注聚用配注器；
21、第二封隔器；
22、第二分层注聚用配注器；
23、计算机。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种分层注聚用配注器，其中，该分层注聚用配注器的正视剖面图及左视剖面图分别如图1-图2所示，从图中可以看出，该分层注聚用配注器具体包括：
中心管3、外压筒7、辅助筒4、电磁流量计2、油管压力计5、油套环空压力计8、电机驱动控制电路、信号处理控制电路、电机、传动总成及流量调节阀；
该外压筒的顶端及底端分别与配注器上接头1及配注器下接头6螺纹连接；
该电磁流量计依靠配注器上接头的压紧力固定于该外压筒内侧台阶上；
该中心管位于外压筒内并与外压筒的内壁形成密封空腔，该中心管的上端插接于电磁流量计内孔并密封，中心管的下端与配注器下接头螺纹连接；
该油管压力计及油套环空压力计分别通过螺纹连接安装于配注器下接头上；
该配注器上接头及配注器下接头还分别设置有电缆上接头9、电缆下接头10；
该辅助筒通过扶正块焊接在中心管上；
电机驱动控制电路及信号处理控制电路11、电机12及传动总成13均位于密封空腔内，该电机驱动控制电路和信号处理控制电路通过螺钉固定于辅助筒上，该电机与电机驱动控制电路和信号处理控制电路相连接，该电机还通过传动总成与所述流量调节阀相连接；该流量调节阀14固定于配注器下接头上；
所述信号处理控制电路还分别与所述电磁流量计、油管压力计、油套环空压力计相连接。
本实施例中，该中心管的上端插接于电磁流量计内孔并利用O圈进行密封。
本实施例中，所述电缆上接头、电缆下接头分别胶封于该配注器上接头及配注器下接头。
本实施例中，所述传动总成包括上丝杠螺母131、丝杠132、导向销133、下丝杠螺母和防窜螺母134，其中，该上丝杠螺母与所述电机的减速器通过键连接，该丝杠的上端通过螺纹与所述上丝杠螺母相连接，该导向销的轴通过螺纹安装于丝杠上，该丝杠与下丝杠螺母135通过螺纹相连，且该下丝杠螺母通过防窜螺母固定于配注器下接头上；
该丝杠的另一端与所述流量调节阀的动子通过螺纹相连接；
所述流量调节阀包括阀体、定子16及动子15，该动子位于定子内，定子位于阀体内；且定子及动子的表面均设置有连续的凸点，以通过控制定子表面的凸点及动子表面的凸点之间的径向距离控制该流量调节阀的开度；
电机、传动总成及流量调节阀之间的连接关系示意图分别如图3-图4所示。
在本实施例所提供的该分层注聚用配注器中，所述流量调节阀在驱动下可以实现全关和全开，其具体工作原理(全关状态示意图如图5所示，全开状态示意图如图6所示)如下所示：
利用电缆给电机供电，使电机旋转，经减速器减速后，通过键连接结构驱动丝杠螺母旋转，导向销允许丝杠轴向运动，但限制丝杠周向旋转运动，因此丝杠会在丝杠螺母的旋转作用下直线运动。电机正转带动丝杠向上运动，电机反转带动丝杠向下运动。流量调节阀定子是安装固定不动的，流量调节阀定子与丝杠固定在一起，因此会随着丝杠做轴向的往复运动。当调节阀动子凸点与调节阀定子凸点径向距离最小时，调节阀关闭；当调节阀动子凸点与调节阀定子凸点径向距离最大时，调节阀打开。
在本实施例所提供的该分层注聚用配注器中，所用流量调节阀从全开到全关的调节行程为18mm，调节时间为4min，调节效率比本领域目前使用的常规单环形调节阀提高10倍。采用分子量为1900万，浓度为1500mg/L的介质，在60m3/d的流量条件下开展室内试验，该流量调节阀在一定压差下粘度损失能够满足现场规定，其中，现场规定为：60m3/d流量，产生1.5MPa压差，粘度损失在8％以内；
具体为：
流量调节阀全关时，压差为5.4MPa，介质粘度损失为11％；
流量调节阀开度为40％时，压差为1.5MPa,介质粘度损失为7.2％；
流量调价阀全开时，压差为0.1MPa，介质粘度损失为2.3％。
实施例2
本实施例提供了一种聚合物智能化分注系统，其中，该聚合物智能化分注系统的结构示意图如图7所示，从图7中可以看出，该聚合物智能化分注系统包括：
聚合物智能化分注管柱(两层段分注井的管柱)及地面控制箱；
所述聚合物智能化分注管柱包括油管17、两个封隔器及两个实施例1所提供的分层注聚用配注器，两个封隔器及两个分层注聚用配注器交替设置于该油管上，即从上到下，其设置顺序为：第一封隔器19、第一分层注聚用配注器20、第二封隔器21及第二分层注聚用配注器22；
该两个封隔器及两个所述分层注聚用配注器通过电缆18与所述地面控制箱相连接。
本实施例中，所述地面控制箱为计算机23。
本实施例所提供的该聚合物智能化分注系统的工作原理为：
将分层注聚用配注器、封隔器、电缆等工具随管柱下入；应用电缆载波传输技术，实现井下与地面控制主机(地面控制箱)通讯，同步实现配注器对单层段注入压力、流量参数的实时监测；应用电缆供电技术，为井下配注器电机供电，实现井下节流阀芯的开度调整，从而实现聚合物分注井的全自动分层调配和参数监测。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。
Claims (11)
1.一种分层注聚用配注器，其特征在于，所述分层注聚用配注器包括中心管、外压筒、辅助筒、电磁流量计、油管压力计、油套环空压力计、电机驱动控制电路、信号处理控制电路、电机、传动总成及流量调节阀；
该外压筒的顶端及底端分别与配注器上接头及配注器下接头螺纹连接；
该电磁流量计依靠配注器上接头的压紧力固定于该外压筒内侧台阶上；
该中心管位于外压筒内并与外压筒的内壁形成密封空腔，该中心管的上端插接于电磁流量计内孔并密封，中心管的下端与配注器下接头螺纹连接；
该油管压力计及油套环空压力计分别通过螺纹连接安装于配注器下接头上；
该配注器上接头及配注器下接头还分别设置有电缆上接头、电缆下接头；
该辅助筒通过扶正块焊接在中心管上；
电机驱动控制电路、信号处理控制电路、电机及传动总成均位于密封空腔内，该电机驱动控制电路和信号处理控制电路固定于辅助筒上，该电机与电机驱动控制电路和信号处理控制电路相连接，该电机还通过传动总成与所述流量调节阀相连接；该流量调节阀固定于配注器下接头上；
所述信号处理控制电路还分别与所述电磁流量计、油管压力计、油套环空压力计相连接。
2.根据权利要求1所述的分层注聚用配注器，其特征在于，该中心管的上端插接于电磁流量计内孔并利用O圈进行密封。
3.根据权利要求1所述的分层注聚用配注器，其特征在于，所述电缆上接头、电缆下接头分别胶封于该配注器上接头及配注器下接头。
4.根据权利要求1所述的分层注聚用配注器，其特征在于，所述传动总成包括上丝杠螺母、丝杠、导向销、下丝杠螺母和防窜螺母，其中，该上丝杠螺母与所述电机的减速器通过键连接，该丝杠的上端通过螺纹与所述上丝杠螺母相连接，该导向销的轴通过螺纹安装于丝杠上，该丝杠与下丝杠螺母通过螺纹相连，且该下丝杠螺母通过防窜螺母固定于配注器下接头上；
该丝杠的另一端与所述流量调节阀的动子通过螺纹相连接。
5.根据权利要求2所述的分层注聚用配注器，其特征在于，所述传动总成包括上丝杠螺母、丝杠、导向销、下丝杠螺母和防窜螺母，其中，该上丝杠螺母与所述电机的减速器通过键连接，该丝杠的上端通过螺纹与所述上丝杠螺母相连接，该导向销的轴通过螺纹安装于丝杠上，该丝杠与下丝杠螺母通过螺纹相连，且该下丝杠螺母通过防窜螺母固定于配注器下接头上；
该丝杠的另一端与所述流量调节阀的动子通过螺纹相连接。
6.根据权利要求3所述的分层注聚用配注器，其特征在于，所述传动总成包括上丝杠螺母、丝杠、导向销、下丝杠螺母和防窜螺母，其中，该上丝杠螺母与所述电机的减速器通过键连接，该丝杠的上端通过螺纹与所述上丝杠螺母相连接，该导向销的轴通过螺纹安装于丝杠上，该丝杠与下丝杠螺母通过螺纹相连，且该下丝杠螺母通过防窜螺母固定于配注器下接头上；
该丝杠的另一端与所述流量调节阀的动子通过螺纹相连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的分层注聚用配注器，其特征在于，所述流量调节阀包括阀体、定子及动子，该动子位于定子内，定子位于阀体内；且定子及动子的表面均设置有连续的凸点，以通过控制定子表面的凸点及动子表面的凸点之间的径向距离控制该流量调节阀的开度。
8.一种聚合物智能化分注系统，其特征在于，所述聚合物智能化分注系统包括聚合物智能化分注管柱及地面控制箱；
所述聚合物智能化分注管柱包括油管、若干封隔器及若干权利要求1-7任一项所述的分层注聚用配注器，该封隔器及分层注聚用配注器交替设置于该油管上；
若干所述封隔器及若干所述分层注聚用配注器通过电缆与所述地面控制箱相连接。
9.根据权利要求8所述的聚合物智能化分注系统，其特征在于，所述地面控制箱为计算机。
10.权利要求8或9所述的聚合物智能化分注系统在聚合物驱智能分层注入中的应用。
11.一种聚合物驱智能分层注入方法，其特征在于，所述聚合物驱智能分层注入方法利用权利要求8或9所述的聚合物智能化分注系统。
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