CN112282703B - 一种油井井口加药管线防冻系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油井井口加药管线防冻系统及方法，操作时只需在上位机上设置吹扫时间及启动温度，当环境温度低于启动温度时，下位机将启动空气压缩机，在指定油井投加完药剂后，下位机会控制空气压缩机将压缩空气排入加药管线，充分利用了空气的耐低温特性和空气压缩机取材经济方便快捷的特点，使管线内的残留液体被压缩空气吹扫到油井油套环空，完成管线防冻。本发明克服了目前加药装置到井口的加药管线采用电伴热带进行防冻保温施工量大、能耗高的弊端。本发明无需人工干预就可以实现油井加药管线的智能防冻堵，操作简单，节约能耗，支持一机多井药剂的投加，可适应不同类型加药剂，降低了施工成本，确保了加药装置冬季现场的可靠运行。

Description

一种油井井口加药管线防冻系统及方法

技术领域

本发明属于采油技术领域，具体涉及一种油井井口加药管线防冻系统及方法。

背景技术

在油田的采油生产过程中，为了确保油井的正常生产需要向油井油套环空中投加多种药剂，如清防蜡剂、缓蚀阻垢剂、硫化氢抑制剂等多种药剂。随着油田自动化水平的逐渐提高，越来越多的油井采用自动加药装置来进行药剂投加，但除了油基清防蜡剂外，多数的药剂并不防冻，为了保证自动加药装置在冬季能正常运行，防止药剂低温冻结堵塞加药管线，破坏设备，影响正常生产，需要给加药装置的管线及药罐进行加热保温。

目前药罐加热保温的常用方法是采用侵入式防爆电加热器，管线保温采用的是缠绕电伴热带。药罐加热保温实施起来较为简单，但加药管线保温实施起来比较复杂，原因是加药管线主要包括两大部分，一是装置内部管线保温；二是从加药装置到采油井井口管线的保温，其中尤其以第二部分管线保温最为重要，由于长庆油田多以丛式井组为主，一个井场通常含有多口油井，我们以平均每个井场5口井计算，单根加药管线平均长度约为15米，这样的管线共有5根，总长度为75米。其缠绕伴热带施工量大，运行能耗也比较大，造成装置整体结构趋于复杂，而且由于伴热带和管线进行埋地处理后，后期维护难度很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油井井口加药管线防冻系统，克服现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的另一个目的在于提供一种油井井口加药管线防冻方法，无需人工干预就可以实现油井加药管线的智能防冻堵。

为此，本发明提供的技术方案如下：

一种油井井口加药管线防冻系统，包括上位机、与上位机电连接的下位机、温度传感器、药罐、空气压缩机和计量柱塞泵，所述温度传感器安装在油井外，所述药罐与计量柱塞泵的吸入口通过管线连通，该管线上设有药罐电磁阀，所述空气压缩机的出口与计量柱塞泵的排出口通过同一个三通连通有汇管，所述空气压缩机的出口与三通连通的管线上设有空气压缩机电磁阀，所述汇管与各油井井口之间通过管线连通，所述管线上设有油井电磁阀；

所述温度传感器、药罐电磁阀、空气压缩机电磁阀、油井电磁阀、空气压缩机和计量柱塞泵均与下位机电连接。

所述上位机为远程监控平台，所述下位机为PLC控制器。

所述药罐电磁阀、空气压缩机电磁阀和油井电磁阀均为常闭高压电磁球阀。

所述计量柱塞泵与三通的连通管线上设有单流阀。

所述温度传感器用于探测外部环境温度，并将温度信号实时传送给下位机。

一种油井井口加药管线防冻方法，采用油井井口加药管线防冻系统，包括以下步骤：

步骤1）预先估算吹扫时间，在上位机上设置空气压缩机的吹扫时间以及启动温度并发送至下位机；

步骤2）当下位机监测到温度检测器的检测数据低于启动温度时，下位机控制空气压缩机启动；

步骤3）下位机发送信号使药罐电磁阀、计量柱塞泵和油井电磁阀开启，药罐内的药剂被计量柱塞泵吸入后通过三通、汇管、加药管线排出目标油井的油套环空内，完成对药剂的投加；

步骤4）当完成对药剂的投加后，下位机发送信号控制计量柱塞泵和药罐电磁阀关闭，然后开启空气压缩机电磁阀，压缩空气经过三通进入汇管，然后通过目标油井的油井电磁阀进入加药管线，将加药管线内残余的药剂吹扫至油井的油套环空内；

步骤5）达到预设的吹扫时长后，下位机控制空气压缩机电磁阀关闭，空气压缩机停止，完成目标油井的加药管线防冻。

步骤1）中所述的预先估算吹扫时间按下式进行计算：

式中，t是理论上压缩空气按照制定压力充满加药管线的时长；Q为空气压缩机的排量；V为加药管线的管内体积。

所述加药管线的管内体积

，其中，L是加药管线的长度；r是加药管线的内径，所述加药管线为计量柱塞泵与目标油井井口之间的管线。

当目标油井为多个时，在进行防冻吹扫指定目标油井时，保持其余目标油井的油井电磁阀关闭。

本发明的有益效果是：

本发明提供的这种油井井口加药管线防冻系统，操作时只需在上位机上设置吹扫时间及启动温度，当环境温度低于启动温度时，下位机将启动空气压缩机，在指定油井投加完药剂后，下位机会控制空气压缩机将压缩空气排入加药管线，使管线内的残留液体被压缩空气吹扫到油井油套环空，完成管线防冻。

本发明充分利用了空气的耐低温特性和空气压缩机取材经济方便快捷的特点，在油井药剂投加完成后用其吹扫管线，实现管线的防冻堵；克服了目前加药装置到井口的加药管线采用电伴热带进行防冻保温施工量大、能耗高的弊端。

本发明无需人工干预就可以实现油井加药管线的智能防冻堵，操作简单，节约了能耗，同时该装置适应性强，支持一机多井药剂的投加，可适应不同类型投加药剂，降低了施工成本，确保了加药装置冬季现场的可靠运行。

下面将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明的一种实施方式结构示意图。

图中：1、上位机；2、下位机；3、温度传感器；4、药罐；5、空气压缩机；6、药罐电磁阀；7、计量柱塞泵；8、空气压缩机电磁阀；9、汇管；10、油井电磁阀。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

实施例1：

本实施例提供了一种油井井口加药管线防冻系统，包括上位机1、与上位机1电连接的下位机2、温度传感器3、药罐4、空气压缩机和计量柱塞泵7，所述温度传感器3安装在油井外，所述药罐4与计量柱塞泵7的吸入口通过管线连通，该管线上设有药罐电磁阀，所述空气压缩机的出口与计量柱塞泵7的排出口通过同一个三通连通有汇管9，所述空气压缩机的出口与三通连通的管线上设有空气压缩机电磁阀8，所述汇管9与各油井井口之间通过管线连通，所述管线上设有油井电磁阀10；

所述温度传感器3、药罐电磁阀、空气压缩机电磁阀8、油井电磁阀10、空气压缩机和计量柱塞泵7均与下位机2电连接。如图1所示。其中，温度传感器3用于探测外部环境温度，并将温度信号实时传送给下位机2。

使用过程如下：

在上位机1上设置吹扫时长和启动温度，上位机1将通过油区局域网将这些参数发送至下位机2。当温度传感器3监测到环境温度低于开启温度后，下位机2控制空气压缩机启动。

下位机2控制药罐电磁阀、计量柱塞泵7和目标油井的油井电磁阀10开启，药罐4内的药剂被计量柱塞泵7吸入并通过加药管线排出至目标油井的油套环空内，完成对药剂的投加。当完成对药剂的投加后，下位机2控制计量柱塞泵7和药罐电磁阀关闭，然后开启空气压缩机电磁阀8，压缩空气经过三通进入汇管9，然后通过目标油井的油井电磁阀10进入加药管线，将加药管线内残余的药剂吹扫至目标油井的油套环空内。达到预设的吹扫时长后，下位机2控制空气压缩机电磁阀8关闭，完成目标油井的加药管线的防冻。

本发明充分利用了空气的耐低温特性和空气压缩机取材经济方便快捷的特点，在油井药剂投加完成后用其吹扫管线，实现管线的防冻堵；克服了目前加药装置到井口的加药管线采用电伴热带进行防冻保温施工量大、能耗高的弊端。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种油井井口加药管线防冻系统，所述上位机1为远程监控平台，所述下位机2为PLC控制器。

远程监控平台为远程控制终端，该远程控制端是采用西门子的STEP7硬件组态软件编制，运行在Windows系统下，具体通信机制为采用Scoket TCP/IP，其功能主要是运行状态监控、设置自动加药参数。

PLC控制器是一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器，可以将控制指令随时载入内存进行储存与执行。本发明采用的PLC控制器是西门子S7-200PLC，在实时模式下具有速度快，具有通讯功能和较高的生产力的特点。

实施例3：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种油井井口加药管线防冻系统，所述药罐电磁阀、空气压缩机电磁阀8和油井电磁阀10均为常闭高压电磁球阀。

由于通过汇管9连通多个油井，因此只有在接收到下位机2发送的控制信号时才打开，实现对目标油井的加药及防冻。

实施例4：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种油井井口加药管线防冻系统，所述计量柱塞泵7与三通的连通管线上设有单流阀。

由于计量柱塞泵7、空气压缩机和汇管9之间通过三通连接，由于每次当完成指定油井的药剂投加后，为了防止空气压缩机排出的高压空气窜入计量柱塞泵7造成泵的气蚀，在计量柱塞泵7出口前都安装有单流阀，防止气体倒窜。

实施例5：

本实施例提供了一种油井井口加药管线防冻方法，包括以下步骤：

步骤1）预先估算吹扫时间，在上位机1上设置空气压缩机的吹扫时间以及启动温度并发送至下位机2；

步骤2）当下位机2监测到温度检测器的检测数据低于启动温度时，下位机2控制空气压缩机启动；

步骤3）下位机2发送信号使药罐电磁阀、计量柱塞泵7和油井电磁阀10开启，药罐4内的药剂被计量柱塞泵7吸入后通过三通、汇管9、加药管线排出目标油井的油套环空内，完成对药剂的投加；

步骤4）当完成对药剂的投加后，下位机2发送信号控制计量柱塞泵7和药罐电磁阀关闭，然后开启空气压缩机电磁阀8，压缩空气经过三通进入汇管9，然后通过目标油井的油井电磁阀10进入加药管线，将加药管线内残余的药剂吹扫至油井的油套环空内；

步骤5）达到预设的吹扫时长后，下位机2控制空气压缩机电磁阀8关闭，空气压缩机停止，完成目标油井的加药管线防冻。

本发明原理如下：

（1）空气的凝结点远远低于冬季油田现场的环境温度，且油田油井投加的药剂不会与空气发生化学影响应用效果，可适应不同类型投加药剂。

（2）空气压缩机气源就是空气，取材经济方便快捷，无需其它辅助的防冻材料，确保了防冻装置的经济性和适应性。

本发明需在上位机1上设置吹扫时长和启动温度，各电磁阀、计量柱塞泵7和空气压缩机的操作均由下位机2自动控制完成，克服了目前加药装置到井口的加药管线采用电伴热带进行防冻保温施工量大、能耗高的弊端，整个操作下位机2自动执行，无需人工干预就可以实现油井加药管线的智能防冻堵，操作简单，节约了能耗，同时该装置适应性强，支持一机多井药剂的投加，可适应不同类型投加药剂，降低了施工成本，确保了加药装置冬季现场的可靠运行。

实施例6：

在实施例5的基础上，本实施例提供了一种油井井口加药管线防冻方法，步骤1）中所述的预先估算吹扫时间按下式进行计算：

式中，t是理论上压缩空气按照制定压力充满加药管线的时长；Q为空气压缩机的排量；V为加药管线的管内体积。

空气压缩机启动前需要依据油井套气压力设定排气压力。加药管线的管内体积

，其中，L是加药管线的长度；r是加药管线的内径，所述加药管线为计量柱塞泵7与目标油井井口之间的管线。

当目标油井为多个时，在进行防冻吹扫指定目标油井时，保持其余目标油井的油井电磁阀10关闭。

实施例7：

在实施例6的基础上，本实施例以对XX井组实施加药防冻为例，对本发明做进一步详细说明，具体参数如下：

（1）下辖6口油井；

（2）1号至6号井到计量柱塞泵7的加药管线长度分别是6m、11m、16m、21m、26m、31m；

（3）加药管线内径r=8mm；

（4）空气压缩机排气量 Q=1.0m3/min；

（5）空气压缩机排气压力P=4.0Mpa；

（6）启动温度：0℃。

投加药品类型：缓蚀阻垢剂；

井口投加位置：油井油套环空；

步骤S1， 通过空气压缩机的排气量和排气压力以及管路长度预先估算吹扫时长，然后在远程监控平台（上位机1）设置启动温度和吹扫时长，通过油区局域网将启动温度和吹扫时长发送至PLC控制器（下位机2）中；另根据加药量和柱塞泵的排量得到加药时间，同时将加药时间发送给PLC控制器；

按照以下公式可以计算出加药装置到井口的加药管线管内体积V，

式中：L是加药装置到井口的加药管线长度；r是加药装置到井口的加药管线内径；

然后按照以下公式计算吹扫时长：

式中，t是理论上压缩空气按照制定压力充满加药管线的时长；Q为空气压缩机的排量；V为加药管线的管内体积。

在本实施例中，1号井到6号井的吹扫时长按上述规则计算后分别为3秒、5.4秒、8秒、10秒、13秒、15秒。

步骤S2，当温度传感器3监测到环境温度低于开启温度后，PLC控制器控制空气压缩机启动。

吹扫操作并不是立即就开始执行，而是每次当指定油井的完成注剂后才开始执行吹扫程序。

步骤S3，PL2控制器控制药罐电磁阀、计量柱塞泵7和1号油井的油井电磁阀10开启，药罐4内的药剂被计量柱塞泵7吸入并通过加药管线排出至1号油井的油套环空内，完成对药剂的投加。

步骤S4，当完成对药剂的投加后，PLC控制器控制计量柱塞泵7和药罐电磁阀关闭，然后开启空气压缩机电磁阀8，压缩空气经过三通进入汇管9，然后通过1号油井的油井电磁阀10进入加药管线，将加药管线内残余的药剂吹扫至油井的油套环空内。

步骤S5，达到1号油井预设的吹扫时长3秒后，PLC控制器控制空气压缩机电磁阀8关闭，完成1号油井的加药管线的防冻。

步骤S6，PLC控制器控制药罐电磁阀、计量柱塞泵7和2号油井的油井电磁阀10开启，药罐4内的药剂被计量柱塞泵7吸入并通过加药管线排出至2号油井的油套环空内，完成对药剂的投加。

步骤S7，当完成对药剂的投加后，PLC控制器控制计量柱塞泵7和药罐电磁阀关闭，然后开启空气压缩机电磁阀8，压缩空气经过三通进入汇管9，然后通过2号油井的油井电磁阀10进入加药管线，将加药管线内残余的药剂吹扫至油井的油套环空内。

步骤S8，达到预设的吹扫时长后，PLC控制器控制空气压缩机电磁阀8关闭，完成2号油井的加药管线的防冻。

步骤S9，重复步骤S6-S8，完成3号油井的加药管线的防冻；依次类推直到所有油井都完成以上步骤。

步骤S10，PLC控制器控制关闭空气压缩机。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种油井井口加药管线防冻方法，采用油井井口加药管线防冻系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）预先估算吹扫时间，在上位机（1）上设置空气压缩机的吹扫时间以及启动温度并发送至下位机（2）；

步骤2）当下位机（2）监测到温度检测器的检测数据低于启动温度时，下位机（2）控制空气压缩机启动；

步骤3）下位机（2）发送信号使药罐电磁阀、计量柱塞泵（7）和油井电磁阀（10）开启，药罐（4）内的药剂被计量柱塞泵（7）吸入后通过三通、汇管（9）、加药管线排出目标油井的油套环空内，完成对药剂的投加；

步骤4）当完成对药剂的投加后，下位机（2）发送信号控制计量柱塞泵（7）和药罐电磁阀关闭，然后开启空气压缩机电磁阀（8），压缩空气经过三通进入汇管（9），然后通过目标油井的油井电磁阀（10）进入加药管线，将加药管线内残余的药剂吹扫至油井的油套环空内；

步骤5）达到预设的吹扫时长后，下位机（2）控制空气压缩机电磁阀（8）关闭，空气压缩机停止，完成目标油井的加药管线防冻；

所述油井井口加药管线防冻系统，包括上位机（1）、与上位机（1）电连接的下位机（2）、温度传感器（3）、药罐（4）、空气压缩机和计量柱塞泵（7），所述温度传感器（3）安装在油井外，所述药罐（4）与计量柱塞泵（7）的吸入口通过管线连通，该管线上设有药罐电磁阀，所述空气压缩机的出口与计量柱塞泵（7）的排出口通过同一个三通连通有汇管（9），所述空气压缩机的出口与三通连通的管线上设有空气压缩机电磁阀（8），所述汇管（9）与各油井井口之间通过管线连通，所述管线上设有油井电磁阀（10），所述计量柱塞泵（7）与三通的连通管线上设有单流阀；

所述温度传感器（3）、药罐电磁阀、空气压缩机电磁阀（8）、油井电磁阀（10）、空气压缩机和计量柱塞泵（7）均与下位机（2）电连接，所述温度传感器（3）用于探测外部环境温度，并将温度信号实时传送给下位机（2）。

2.根据权利要求1所述的一种油井井口加药管线防冻方法，其特征在于：所述上位机（1）为远程监控平台，所述下位机（2）为PLC控制器。

3.根据权利要求1所述的一种油井井口加药管线防冻方法，其特征在于：所述药罐电磁阀、空气压缩机电磁阀（8）和油井电磁阀（10）均为常闭高压电磁球阀。

4.根据权利要求1所述的一种油井井口加药管线防冻方法，其特征在于：当目标油井为多个时，在进行防冻吹扫指定目标油井时，保持其余目标油井的油井电磁阀（10）关闭。

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