CN115163028A - 一种基于云平台油井采出物智能制造处理方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于云平台油井采出物智能制造装置处理方法和系统，技术方案包括：油井采出物混输油井混输全感知智能分析集成装置、油井组初分离回注装置、微波智能加热输油装置、自动加药模块、来油总机关控制模块、精控油水气三相分离装置等智能制造的设备，将原油地面处理复杂流程简化为这些智能制造装置的自由组合，取消了传统集输过程中的缓存环节缓冲罐、沉降罐和油气分离罐等设备，同时取消了热传导式燃气加热炉，大大简化了设备结构和工艺流程，减少油田碳排放及油气挥发损耗，降低了采出的水处理量及VOCs挥发性有机物气体排放引起环境大气污染。

Description

一种基于云平台油井采出物智能制造处理方法和系统

技术领域

本发明涉及油田原油集输处理技术领域，尤其涉及一种基于云平台油井采出物智能制造装置处理方法和系统。

背景技术

油气集输系统是油田建设包括完整的油气收集、分离、处理、计量和储存、输送大型的系统工程，原油生产集输流程是将油井举升上来的油气水混合采出物，通过管线输送到计量站或转油增压站最终输送到联合站，中间通过各种物理化学方法对油水气进行分离最终产出低含水合格原油交接外输供下游炼化加工单位的过程。

传统的油气集输系统包括转油增压站和联合站，转油增压站和联合站具有集油、清管收球、加热、加药、缓冲、脱水分离、计量、沉降、储油罐等十余个工艺模块。整个流程采出物的传输距离长，油气水混合采出物的物性不稳定，受到压力温度等因素影响，油井采出物在整个流程过程中的工艺参数随着流程环节的变化而变化，环节越多参数的精准控制带来了极大困难，导致现在联合站三相分离器无法一次产出合格原油，还要经过沉降罐的物理沉降分离才能产出合格原油，油田油井采出物处理过程的终极目标是分离出水和气生产出合格的原油，采出物最终分离出来的采出水处理工作量给处理系统增加繁重的负担，如果能够减少过程中水的处理量将对油田的生产效率有极大提升，现有的处理工艺设备及流程已经无法实现上述目标，需要借助智能科技技术的发展设计新型的处理设备，研发新型多功能技术融合传感器，对处理工艺模式提升改进达到减少传输过程及早产出合格原油的目标。

现有的原油三相分离设备机械结构设计虽然已经成熟，在一定的温度压力条件和反应时间内可以产出合格的原油。原油处理过程中的三相分离器液面和压力控制为关键过程，三相分离器集液部分提供缓冲容积，有一定的停留时间使其充分接触，接近气液平衡状态，使油气两相接近平衡状态。三相分离器的平衡是一个动态平衡。影响三相分离器脱水效果的因素有压力、温度、流量和化学药剂几个方面参数，首先压力需保持一定范围达到动态平衡，而影响压力的因素受上游来液制约精准控制难度大。其次现传导式燃气加热炉需要利用气液分离后产出的气作为燃料，同时由于存在滞后热惯性导致温度控制精度低；由于缓冲罐和气液分离器的缓存会导致来液的含水率变化波动大，出现一段高含水一段低含水率变化过大致使三相分离器处理气液平衡调整不及时。另外现有定时定量化学药剂投入方式，同样受到液量波动和含水率变化不能有效精准控制。最终导致缓存时间短无法满足连续生产，最终导致处理后原油中含水和水中含油量高，产出的纯油和水不达标，原油需要经过二次沉降，污水需要经过几次过滤处理才能复合排放回注标准。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供基于云平台油井采出物智能制造装置的处理方法和系统，其优点在于将传统原油集输系统精简为油井混输全感知智能分析、油井组初分离回注、微波智能加热输油和精控油水气分离的智能制造设备的自由组合，取消了传统集输过程中的缓存环节缓冲罐、沉降罐和气液分离罐等设备，简化了工艺，新研发的微波智能加热输油装置代替了传统燃气加热炉，采出物的集输温度可精准控制，实现了全密闭无罐在线加热连续混输油井采出物工艺流程，在采出物的油井源头为每一口油井安装油井混输全感知智能分析装置，采用了油井单井全系统工艺数据的智能化采集控制分析，油井的采油工作模式创新发明了智能化初分工作模式，通过云平台将油井产出物处理为合格原油的过程中含水率、温度、流量、压力等关键参数统筹优化精准控制分析，极大简化了产出合格原油的处理过程，减少油田碳排放及油气挥发损耗，降低了采出污水处理量及对环境污染。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于云平台油井采出物智能制造处理系统，

包括若干油井，所述油井包括油井混输全感知智能分析集成装置、具有井组采出物处理回注一体功能的集成撬和原油三相分离集成装置；

所述集成橇与油井的井场通过集输管线连接；

原油三相分离集成装置安装于井场或者原油集输站点，原油三相分离集成装置与油井通过集输管线连接，原油三相分离集成装置的油、气、水出口分别安装有自动控制开闭的电动调节阀；

原油三相分离集成装置集成有用于控制来油平稳性的来油总机关模块，所述油总机关模块与油井通过管线连接；

原油三相分离集成装置集成有用于控制来油温度的微波加热模块，所述微波加热模块连接在来油总机关模块的输出端；

原油三相分离集成装置集成有用于向来油管线中加入化学药剂的自动加药模块，所述自动加药模块设置在微波加热模块的输出端；

原油三相分离集成装置集成有用于分离来油的三相分离器，所述三相分离器连接在微波加热模块的输出端，所述三相分离器内增设用于监测三相分离器油室内不同层位原油含水值变化的含水油位计；

原油三相分离集成装置集成有变频控制的用于控制原油输送到下游站点的流速的输油泵；

原油三相分离集成装置的集成的各个模块微波加热模块、来油总机关模块、自动加药模块和输油泵自行组合；

集成撬集成有注水泵，注水泵连接注水井将水直接回注地层；

包括原油处理系统云平台，原油处理系统云平台通过无线网络分别与油井混输全感知智能分析集成设备和原油三相分离集成装置的各个模块数据交互连接。

进一步的，所述微波加热装置包括微波加热腔体、磁振波导体加热模块若干、流量计模块、含水率模块、输油泵和智能计算单元，其中流量计模块、含水率模块和输油泵安装微波加热腔体上，所述微波加热腔体的直径大于集输管线的管径，所述微波加热腔体上安装多个磁振波导体加热模块，通过控制加热模块的通电数量和通电时间控制原油流经腔体时所需要提升的的温度，所述智能计算单元与微波加热模块、流量计模块、含水率模块和输油泵通过有线或无线的方式连接，智能计算单元与集输系统云平台通过无线网络数据连接。

进一步的，所述自动加药模块包括储药罐、混药箱、两个计量泵和智能控制单元，储药罐与混药箱通过管道连接，一个计量泵布置在储药罐与混药箱之间，另一个计量泵设置在混药箱的输出端并且集输管线相连，储药罐、混药箱、两个计量泵分别与智能控制单元通过无线或有线的方式数据连接，智能控制单元与集输系统云平台通过无线网络数据连接，通过云平台获得微波加热装置的来液含水率和流量参数，根据含水率的高低和流量的大小自动调节计量泵控制加药量，并根据三相分离器产出合格成品油时间来控制调整加药的浓度和药量。

进一步的，所述三相分离器的内腔中设置有油室，油室中增设安装有用于检测液位变化的浮球含水油位计，浮球含水油位计的浮球密度低于纯油密度，所述浮球含水油位计连接有探测杆，探测杆位于油室中，所述浮球活动连接在探测杆的杆体上，探测杆上安装有若干用于检测油室内不同层位的含水率值的微波含水探头若干。

进一步的，所述油井混输全感知智能分析集成装置包括：

流态分析单元，所述流态分析单元安装在集输管线上，流态分析单元用于检测集输管线流过液体的上下层的含水率，并根据油井每个冲程的变化曲线分析出集输管线流过液体的流态和含气量；所述流态分析单元连接有单流阀和定压放气阀，油井的管道上安装有套管，定压放气阀安装在套管上，单流阀与套管的定压放气阀连接并且单流阀与井场的油管连接，所述流态分析单元下部设计有机械式取样口；

边缘智能单元，所述边缘智能单元与流态分析单元无线连接，井场设置有抽油机，所述抽油机上安装有示功图传感器，所述边缘智能单元与功图传感器，边缘智能单元采集示功图传感器的数据和流态分析单元的数据，根据数据技术得出产气量和产油量并且对对井组、区块的总产液量、产油量和产气量的计量；

安防识别单元，安防识别单元安装于抽油机的机架上，安防识别单元与边缘智能单元无线连接，安防识别单元上传密封连接器处的视频信号和监测抽油杆的温度变化数据，安防识别单元并且对油井井口出入的人员进行识别认证。

进一步的，所述流态分析单元包括：

压力传感器，压力传感器安装在集输管线中，压力传感器用于实时检测集输管线内有液体的压力参数；

温度传感器，温度传感器安装在集输管线中，温度传感器用于实时检测集输管线内有液体的温度参数；

微波含水检测探头，微波含水检测探头设置有两个，两个微波含水检测探头布置在集输管线内并检测流过液体的上下层的含水率，上层微波探头受到采出物含气量大小的影响在一个冲程周期内波动大，根据上层含水率曲线与时间相乘得到面积的比值，推测工况下气液占空比、结合压力参数计算出工况下气液比，再根据PVT方程，结合压力和温度，得到标况下气液比；根据气液比对应同时的产液量得出油井单井的产气量；并可以通过现场对比实际产气量根据不同曲线图形修正。

进一步的，所所述集输系统云平台采用无线网络IPV6协议进行数据通讯，系统的每个模块通过智能单元的通信单元将数据直接传送到云平台

基于云平台油井采出物智能制造处理系统的使用方法，包括以下步骤：

(1)、油井井筒初分离：油井采出物在从井底抽油泵进入到油管井筒举升到地面输油管线，采出物为油水气三相混合物，当抽油机停止工作，油水气三相混合物在抽油机的井筒中出现油水自然分离现象，密度轻的原油上浮到井筒最上层，时间越长油层越厚，在抽油机工作井筒内上层的低含水原油先被举升到集输管线中，然后通过流态分析单元实时监测到采出物的含水率，当检测到含水率高时控制停井，让采出物在井筒内继续初分离，经过停井一段时间后再开井，当检测到含水率高时控制停井，依此反复；通过边缘智能单元计算出每口井的含水率、产液量、产油量及开停井时间，通过智能学习分析优化各项参数控制油井的采出物在最小液量情况下生产出最大量的纯油；边缘智能单元将每口井数据传输到云平台，在云平台上统筹智能分析得出井组、转油站及区块整体合理的开停井时间，实现进入原油三相分离集成装置流量控制；

(2)、原油三相分离集成装置压力控制,包括三种压力处理方式：

A、降低压力：三相分离器的气出口阀门增大开度，三相分离器的油出口阀门增大开度，三相分离器的水出口阀门增大开度，降低油水液面，增加内部其空间；

B、升高压力：三相分离器的气出口阀门关闭憋压，液出口阀门和水出口阀门开度减小，提高集液器液面压缩上部气体空间提升压力；

C、上游关联：从井口到站点采用油气密闭连续混输保持初始压力，中间站点不设缓冲罐等降压容积暂存，采用微波连续在线加热装置原油不缓存在线加热，实现进入三相分离器的高压力值，同时三相分离器高压力运行可提高含水乳状液的脱水效果，控制压力采用降压式控制，而且开阀降压控制比憋压升压控制要快速，控制更容易实现达到分离器内气液油水层面的动态平衡；

(3)、原油流经微波加热装置精确温度控制：首先设定原油流经微波加热装置进出口加热温升△t，根据来液的含水率值W、来液流量F和流速V，计算流经腔体L长度所需要的时间，根据时间计算需要升温所需的微波输入功率，由智能单元控制加热模块的数量R的和加热时间；

磁振波导体加热模块R单体功率一定，加热腔体长度L，根据工艺加热需求最大温升和加热最大功率确定加热模块R数量，由智能计算单元控制信号控制通电断电时间；

在腔体进出口分别安装温度传感器T1、T2，腔体压力检测传感器P1，传感器信号接入智能计算单元；

流量计模块：检测来液的流量F和流速V两个参数；流量计选型参数根据集输管线工艺实际工况选定，输出信号接入智能计算单元；

含水率模块：实时检测集输管线来液含水率W，插入式量程0--100％，精度等级不低于1％，输出信号接入智能计算单元；

首先设定加热温升△t，根据来液的含水率值W、来液流量F和流速V，计算流经腔体L长度所需要的时间，根据时间计算需要升温所需的微波输入功率，由智能单元控制加热模块的数量R的和加热时间；

(4)、进入原油三相分离集成装置流量控制：

A：总机关微调方式：通过来油总机关模块每路井场来液阀门采用电动调节阀，阀门开度信号接入处理系统云平台进行数据交互，控制来液量大管线阀门的开度控制输入到三相分离器的总流量；

B：井口统调方式：在云平台上统筹控制上游油井井筒内初分离的开停井时间来减少增大流量，在井场安装采出物处理回注一体的集成撬，产出的水通过注水井直接回注地层，减少输送到下游液量；

(5)、脱水控制：

A：药剂智能控制：通过集输系统云平台获得微波加热模块的来液含水率和流量参数，并根据三相分离器产出合格成品油时间来控制调整加药的浓度和药量；

B：微波破乳控制：延长微波加热时间提高脱水效果，微波加热腔体长度和管径的设计用于控制原油流经加热腔体的时间；

C：一台三相分离器出油控制达不到合格，串联第二台三相分离器继续分离处理。

基于云平台油井采出物智能制造处理系统的用途,应用在以下不同工况选择相应的工艺流程组合：

(1)、对于低含水供液充足油区块中的油井采用连续工作模式，持续将采出物送入到联合站三相分离器撬装设备中处理；

(2)、对于中高含水供液不足油区块中的油井，采用油井井筒内初分离的间歇抽油工作模式，在井筒上部供液低含水时油井采油；井筒供液高含水时油井停止采油，恢复井底压力，采出物继续在井筒内初分离，间断性地将采出物送入到联合站撬装设备中处理；

(3)、针对(2)方式中为了进一步减少联合站处理量，在井场安装采出物处理回注一体的集成撬，集成撬脱离的水连通井场注水井直接的回注到地层来补充地层压力驱油，脱离出来的近乎合格的原油输送到联合站，合格则直接外输，不合格则在联合站的三相分离器进行二次处理。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.通过设计贯穿从油井井口采出到输送处理最终产出合格原油交接，包括了井采出物混输全感知智能分析装置、油井组初分离回注装置、微波智能加热输油装置、自动加药模块、来油总机关控制模块、精控油水气三相分离装置等智能制造的设备，将原油地面处理流程简化为这些智能制造设备的自由组合，取消了传统集输过程中的缓存环节缓冲罐、沉降罐和油气分离罐等设备，避免了因缓冲罐等设备导致采出物输出流量和压力不恒定引起的产出油不合格的问题，大大简化了设备结构和工艺流程。撬装化智能制造设备大大简化了站场建设周期，可实现灵活布站，甚至是移动式布站模式，节约了建设用地、降低了建站的投资费用，在一定井场附近就近部署集输撬装设备，缩短管线距离防止结蜡。从而带来了油气田地面建设、生产组织调度、设备运维管理，以及劳动组织架构等方面带来深刻的变革。

2.油井单井全系统工艺数据的智能化采集控制分析，油井的采油工作模式创新发明了智能化初分工作模式，通过云平台将油井产出物处理为合格原油的过程中含水率、温度、流量、压力等关键参数统筹优化精准控制分析，极大简化了产出合格原油的处理过程。

3.设计智能化的微波加热模块代替了传统燃气加热炉，微波电源关闭后微波立即消失，加热过程立刻停止，热惯性小，介质温升可无惰性的随之改变，不存在“余热”现象，实现对于采出物的集输温度可精准控制，根据测得含水率值不同控制微波加热的输出功率，能更好的精确控制温升，减少由于传统燃气加热炉引起的废气污染。

4.由于现有原油集输工艺的缓冲罐运行过程中，在缓存的时间内水沉降在下部，油上浮在顶部，输油泵工作时出现先输底部高含水后输上部低含水原油，特别是在不连续间断输油时，进到下游三相分离器时就是一段高含水水一段低含水的现象，从而引发含水率变化波动范围过大控制困难，通过从井口开始油气连续混输不缓存，在线连续微波加热方法保证集输过程中避免出现游离水而是油水混合充分饱和状态，在三相分离器内可快速达到气液稳定的动态平衡，产出合格原油，从而避免含水量突变的情况。

5.三相分离器通过设置探测杆，探测杆沿轴向在不同的高度上都设置有微波含水探头，实现多个层位含水率的精确检测，反馈不同的层位含水率数据，实现多个层位含水率的精确检测，在油室上部脱水合格的原油能够及时输出减少在三相分离器内存留时间，有利于系统连续生产，有利于云平台计算出最佳的控制参数。

6.根据三相分离器产出合格成品油时间来调整控制加药的浓度和药量，使药量均衡混合在管线内加速油水分离时间，含水率流量变化实时采集调整，利用云平台总体学习找出最佳的参数精度，并根据三相分离器产出合格成品油时间来控制调整加药的浓度和药量。

7.通过控制变频控制的输油泵，控制从原油输送到下游站点的流速，经微波加热后的原油经微波辐射后破坏了含蜡原油中高凝点的正构烷烃长链结构，不可逆的改变了蜡晶形态，根据井场到站点距离长度控制流速，在原油的温度减低到凝点前到达站点，以防止原油输送过程中结蜡。

8.微波含水检测探头设置为两个，用于实时检测集输管线内流过液体的上下层的含水率，综合计算出实时的准确含水率，根据上层含水率曲线与时间相乘得到面积的比值，推测工况下气液占空比、结合压力参数计算出工况下气液比，再根据PVT方程，结合压力和温度，得到标况下气液比；根据气液比对应同时的产液量得出油井单井的产气量。

9.由于在三相分离器控制直接产出合格原油，可省去二次沉降所需的沉降罐，大大提高了系统效率。

10.通过油井智能集成装置的控制，对于低含水供液充足油井，油井可实现连续工作，按照常规集输处理方式生产；对于高含水供液不足油井，实现油井间歇抽油，油井采用初始分离工作模式，来控制上游的流量，减少水处理工作量；对于井场有注水井的油区块，从三相分离器处理后的污水通过注水井直接回注到地层来补充地层压力驱油，减轻了传统联合站污水处理系统的工作量，有利于安全环保。

11.传统集输系统中缓存罐、气液分离器等缓存容器非密闭环节会产生油品蒸发损耗，没有了缓存容器降低了挥发损耗节省了大量能源，降低了因为原油挥发产生碳排放VOCs挥发性有机物气体排放引起环境大气污染。

附图说明

图1是基于云平台油井采出物智能制造处理系统的示意图。

图2是油井智能集成装置的示意图。

图3是1号井口的含水波形图。

图4是2号井口的含水波形图。

图5是微波加热模块的示意图。

图6是来油总机关模块的示意图。

图7是自动加药模块的示意图。

图8是三相分离器的示意图。

图9是初始分离过程中各个井场的井筒的采出情况示意图。

图10是采出物处理回注一体的集成撬示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的装置作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。

实施例1：

一种基于云平台油井采出物智能制造处理系统，如图1所示，包括若干油井和原油处理系统云平台，原油处理系统云平台通过无线网络分别与油井混输全感知智能分析集成设备和原油三相分离集成装置的各个模块数据交互连接。将来油总机关流程设计在联合站撬装设上，一个完整的集成橇完全替代了油气田中、小型站场或大型站场生产单元的生产设施，可实现油田集输系统从井场到站点“一级布站”的模式。取消了传统的收发球装置、燃气加热炉、缓冲罐、沉降罐和油气分离罐，实现全密闭混输大大简化了生产流程。并且由于没有传统集输系统中缓存罐、气液分离器等缓存容器非密闭环节会产生油品蒸发损耗，节约能源，也降低了因为原油挥发产生碳排放VOCs挥发性有机物气体排放引起环境大气污染。

具体的，如图1所示，油井包括油井混输全感知智能分析集成装置、具有井组采出物处理回注一体功能的集成撬和原油三相分离集成装置。

其中，如图2所示，油井混输全感知智能分析集成装置包括：流态分析单元、边缘智能单元和安防识别单元。

抽油机套管上安装定压放气阀，将套管内的气体汇入到集输管线内实现油气混输。

具体的，流态分析单元，包括压力传感器、温度传感器和含水分析探头，实时检测管线内流经的采出物含水率、压力和温度参数；内设单流阀防止集输管线其他油井采出液倒流，套管连接定压放气阀收集套管气实现油气混输，下部设计有机械式取样口，用于化验取油样校对含水值。内含微波含水率检测探头2个，微波含水率检测探头采集频率不低于5次/秒，分别实时检测管道内流过采出物时上层和下层的含水率值，综合分析计算得到实际含水值，在抽油机的每一个冲程内得出含水变化曲线，形成一个有规律随抽油机冲程变化连续的趋势曲线。由于管线内采出物的含气量大小不一样，导致采出物流过微波探头的流态不一样，气量小呈现连续液态流，在曲线上反映出来波动小，气量大时则呈现为气态环状流(不连续液态)，在曲线上反映出来波动剧烈，气量更大的情况下采出物以雾状流流态(散状雾滴状态)，高频采集含水值会出现掉到零情况，在曲线上呈现出在零值和最高含水值间每个冲程反复规律震荡。

趋势曲线有规律的形成具有一定占控比矩形波形，因气量不同检测生成的曲线占空比大小不同。实际生产中通过流态分析单元，对1号井口(记编号133-4井为1号井口)和2号井口(记编号125-12井为2号井口)进行检测，得到对应的如图3和图4所示的上层含水率变化趋势波形图。波形图中横轴表示检测时间，波形图中纵轴表示含水率值，伴随着油井磕头机上下往复的工作冲程，在其中形成具有周期性变化规律的曲线。其中由于上层微波天线受气量影响大，在一个冲程波动周期中，计算上层含水率曲线波动范围与时间轴围成图形的面积，通过该面积大小反应上层采出物含水率的占空比；每个冲程内根据上层含水率与时间相乘得到面积的比值，推测工况下气液占空比、结合压力推算抽油机冲程，预估工况下气液比，根据PVT方程，结合压力和温度，得到标况下气液比；根据气液比对应同时的产液量得出产气量，对油井的油气产量有一基本数据，为了得到更准确的精度，可以通过现场对比根据不同图形修正。

具体的，边缘智能单元，边缘智能单元与流态分析单元有线或者无线连接，抽油机油杆上安装有示功图传感器，边缘智能单元与示功图传感器，边缘智能单元用于采集示功图传感器的数据和流态分析单元的数据，并根据数据分析计算得出油井实时的产液量，同时实时采集流态分析单元微波含水探头数据曲线，根据占控比分析计算气液比，根据产液量值计算产气量。结合流态分析单元测得的综合含水率计算出油井实时的产油量，这样就可以通过边缘智能单元的分析计算得出油井油气水三相各自的产量。

具体的，安防识别单元安装于抽油机机架，用于监控油井井口的设备安全，井口安防识别单元与边缘智能单元无线连接，上传油井井口的视频信号和监测抽油杆的温度变化，智能识别抽油杆密封连接器处是否漏油，对井口设备的安全运行以及员工在井口措施操作安全识别监测报警，对油井井口出入的人员进行识别认证。

进一步的，如图5所示，微波加热装置包括微波加热腔体、磁振波导体加热模块若干、流量计模块、含水率模块、输油泵和智能计算单元，其中流量计模块、含水率模块和输油泵安装微波加热腔体上，微波加热腔体的直径大于集输管线的管径，微波加热腔体上安装多个磁振波导体加热模块，具体为磁振波导体加热模块R1、磁振波导体加热模块R2···磁振波导体加热模块Rn，通过控制加热模块的通电数量和通电时间控制原油流经腔体时所需要提升的的温度，智能计算单元与微波加热模块、流量计模块、含水率模块和输油泵通过有线或无线的方式连接，智能计算单元与集输系统云平台通过无线网络数据连接。主要参数有井场汇管来液的流量F、流速V、含水率W、出口温度T0和井场回压P参数，井场到转油站的管线距离为L，输油泵VV变频可调控，根据需要改变输油快慢。微波加热模块的工作原理是：利用微波加热的非热效应，加热时微波能够降低断裂蜡分子链的活化能，使得原油组分长链烷烃会发生断裂，组分这种不可逆的变化改变了原油性质，作用时间越长效果越明显。从而改善原油在的低温流动性，延缓原油中析蜡时间。若原油的温度在低于凝点温度时，结蜡的速度最慢，所以将原油的进站温度T1设定在其凝点下2-3度，设定在初始流速V0时根据井场到转油站距离L计算原油热损耗Q和需要井场出口的最低温度T0，同时监测管线回压P0；如果不满足进站的最低温度T1，则调整输油泵功率增加流速V，监测管线回压P0上升，如果还不满足则延长液体在加热腔内的缓留时间T，反复循环在云平台智能分析学习得出最佳的流速、缓留时间参数。通过智能化的微波加热模块代替了传统燃气加热炉，一方面通过微波传递热量，热效率高，实现对于集输温度可精准控制，另一方面，微波电源关闭后微波立即消失，加热过程立刻停止，而传统的燃气加热炉停止工作之后，传热介质中依然保有一定热量，存在“余热”现象。。

进一步的，如图1所示，集成橇包括来油总机关模块、自动加药模块、微波加热模块，其中油总机关模块与集输管线连接，微波加热模块连接在来油总机关模块的输出端，自动加药模块设置在微波加热模块的输出端。

进一步的，如图6所示，来油总机关模块，其用于连接井场和集输管线，完成石油输送中转工作。在实际的工作中，以10口单井来油为一组，每个单井管线接入电动调节型三通阀，出口一个是来油汇管集输管线，一个为旁路管线应急用。每个三通阀接入智能计算单元，可以自动控制阀门开关切换和阀门开度控制流量。接收云平台智能优化指令自行阀门开度，保证去联合站汇管管线内的流量稳定，以避免某一口井来液量突然增大对联合站的来液量波动影响三相分离器脱水分离效果。

进一步的，如图7所示，自动加药模块，包括自动加药模块包括储药罐、混药箱、两个计量泵和智能控制单元，储药罐与混药箱通过管道连接，一个计量泵布置在储药罐与混药箱之间，另一个计量泵设置在混药箱的输出端并且集输管线相连，储药罐、混药箱、两个计量泵分别与智能控制单元通过无线或有线的方式数据连接，智能控制单元与集输系统云平台通过无线网络数据连接。通过云平台获得微波加热模块的来液含水率和流量参数，并根据三相分离器产出合格成品油时间来控制调整加药的浓度和药量，使药量均衡混合在管线内加速油水分离时间。含水率流量变化实时调整，不是单个管线的控制，利用云平台总体学习找出最佳的参数精度。

其中主要添加剂为破乳剂，破乳剂能使乳化状的液体结构破坏，将乳化状的油水混合液中油和水分离开来，使之达到原油脱水的目的，以保证原油外输含水标准。

具体的，如图8所示，三相分离器的内腔中设置有油室，含水油位计连接有探测杆，探测杆位于油室中，探测杆的杆体上活动连接有用于检测液位变化的液位浮球，在探测杆不同位置上安装有多个用于检测的微波含水探头。

三相分离器有出油口、出水口和气出口，其中出油口、出水口有调节型电动阀，可以根据指令控制阀门开度控制出油出水量。三相分离器内上部空间是原油中脱离出来的气体，上部气出口有调节阀控制出气速度，保持上部空间的气压恒定，有压力传感器监测内部压力。

三相分离器的内腔中设置有油室，油室中安装有含水油位计，含水油位计连接有探测杆，探测杆位于油室中，探测杆的杆体上活动连接有用于检测液位变化的液位浮球，在探测杆不同位置上安装有多个用于检测的微波含水探头。随油液面上下移动浮球测量油的液面高度，探测杆的有效测量范围内平均间距安装10个微波含水探头，实时测量每个层位含水率。探头数量根据测量精度要求平均间距增加。

进一步的，将油出口设计为可以上下调节的，先设在油室上部，当含水油位计检测到上部油是合格油时及时增大阀门开度输出合格油，随着三相分离器合格油的时间缩短，适当将油出口位置下调到最佳位置，保持集液室内油水进出流量达到平衡状态。三相分离器控制直接产出合格原油，可省去二次沉降所需的沉降罐，降低相应的设备成本。

进一步的，可以根据实际的生产情况，在三相分离器串联第二台三相分离器，增加分离原油采出物的处理能力。

进一步的，如图10所示，集成撬的水出口与井组注水井连接，并且在水出口安装有注水泵，注水泵用于提高注水所需的动力。将水重新注入到井组注水井中用于油井驱油。

实施例2：

一种基于云平台油井采出物智能制造处理系统的使用方法，包括以下步骤：

(1)、油井井筒初分离：油井采出物在从井底抽油泵进入到油管井筒举升到地面输油管线，采出物为油水气三相混合物，当抽油机停止工作，油水气三相混合物在抽油机的井筒中出现油水自然分离现象，密度轻的原油上浮到井筒最上层，时间越长油层越厚，在抽油机工作后通过流态分析单元实时监测到采出物的含水率，当检测到含水率高时控制停井，让采出物在井筒内继续初分离，经过停井一段时间后再开井，当检测到含水率高时控制停井，依此反复；通过边缘智能单元计算出每口井的含水率、产液量、产油量及开停井时间，通过智能学习分析优化各项参数控制油井的采出物在最小液量情况下生产出最大量的纯油；边缘智能单元将每口井数据传输到云平台，在云平台上统筹智能分析得出井组、转油站及区块整体合理的开停井时间，实现进入原油三相分离集成装置流量控制，油井井组采用井筒初分离工作方式的开停井时率如图9所示；

(2)、原油三相分离集成装置压力控制,包括三种压力处理方式：

A、降低压力：三相分离器的气出口阀门增大开度，三相分离器的油出口阀门增大开度，三相分离器的水出口阀门增大开度，降低油水液面，增加内部其空间；

B、升高压力：三相分离器的气出口阀门关闭憋压，液出口阀门和水出口阀门开度减小，提高集液器液面；

C、上游关联：从井口到站点采用油气密闭连续混输保持初始压力，中间站点不设缓冲罐等降压容积暂存，采用微波连续在线加热装置原油不缓存在线加热，实现进入三相分离器的高压力值，同时三相分离器高压力运行可提高含水乳状液的脱水效果，控制压力采用降压式控制，而且开阀降压控制比憋压升压控制要快速，控制更容易实现达到分离器内气液油水层面的动态平衡；

(3)、原油流经微波加热装置精确温度控制：首先设定原油流经微波加热装置进出口加热温升△t，根据来液的含水率值W、来液流量F和流速V，计算流经腔体L长度所需要的时间，根据时间计算需要升温所需的微波输入功率，由智能单元控制加热模块的数量R的和加热时间；

磁振波导体加热模块R单体功率一定，加热腔体长度L，根据工艺加热需求最大温升和加热最大功率确定加热模块R数量，由智能计算单元控制信号控制通电断电时间；

在腔体进出口分别安装温度传感器T1、T2，腔体压力检测传感器P1，传感器信号接入智能计算单元；

流量计模块：检测来液的流量F和流速V两个参数；流量计选型参数根据集输管线工艺实际工况选定，输出信号接入智能计算单元；

含水率模块：实时检测集输管线来液含水率W，插入式量程0--100％，精度等级不低于1％，输出信号接入智能计算单元；

首先设定加热温升△t，根据来液的含水率值W、来液流量F和流速V，计算流经腔体L长度所需要的时间，根据时间计算需要升温所需的微波输入功率，由智能单元控制加热模块的数量R的和加热时间；

(4)、进入原油三相分离集成装置流量控制：

A：总机关微调方式：通过来油总机关模块每路井场来液阀门采用电动调节阀，阀门开度信号接入处理系统云平台进行数据交互，控制来液量大管线阀门的开度控制输入到三相分离器的总流量。

B：井口统调方式：如图10所示，在云平台上统筹控制上游油井井筒内初分离的开停井时间来减少增大流量，在井场安装采出物处理回注一体的集成撬，产出的水通过注水井直接回注地层，减少输送到下游液量。

(5)、脱水控制：

A：药剂智能控制：通过集输系统云平台获得微波加热模块的来液含水率和流量参数，并根据三相分离器产出合格成品油时间来控制调整加药的浓度和药量。

B：微波破乳控制：延长微波加热时间提高脱水效果，微波加热腔体长度和管径的设计用于控制原油流经加热腔体的时间；

C：一台三相分离器出油控制达不到合格，串联第二台三相分离器继续分离处理。

实施例3：

基于云平台油井采出物智能制造处理系统的用途，该系统可以应用在以下不同工况选择相应的工艺流程组合：

(1)、对于低含水供液充足油区块中的油井采用连续工作模式，持续将采出物送入到联合站撬装设备中处理，按照常规集输处理方式生产。

(2)、对于中高含水供液不足油区块中的油井，采用油井井筒内初分离的间歇抽油工作模式，在井筒上部供液低含水时油井采油；井筒供液高含水时油井停止采油，恢复井底压力，采出物继续在井筒内初分离，间断性地将采出物送入到联合站撬装设备中处理，通过控制上游的采出物流量，减少水处理工作量，减轻负担。

(3)、针对(2)方式中为了进一步减少联合站处理量，在井场安装采出物处理回注一体的集成撬，集成撬脱离的水连通井场注水井直接的回注到地层来补充地层压力驱油，脱离出来的近乎合格的原油输送到联合站，合格则直接外输，不合格则在联合站的三相分离器进行二次处理。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种基于云平台油井采出物智能制造处理系统，其特征在于：

包括若干油井，所述油井包括油井混输全感知智能分析集成装置、具有井组采出物处理回注一体功能的集成撬和原油三相分离集成装置；

所述集成橇与油井的井场通过集输管线连接；

原油三相分离集成装置安装于联合站或者原油集输站点，原油三相分离集成装置与油井通过集输管线连接，原油三相分离集成装置的油、气、水出口分别安装有自动控制开闭的电动调节阀；

原油三相分离集成装置集成有用于控制来油平稳性的来油总机关模块，所述油总机关模块与油井通过管线连接；

原油三相分离集成装置集成有用于控制来油温度的微波加热模块，所述微波加热模块连接在来油总机关模块的输出端；

原油三相分离集成装置集成有用于向来油管线中加入化学药剂的自动加药模块，所述自动加药模块设置在微波加热模块的输出端；

原油三相分离集成装置集成有用于分离来油的三相分离器，所述三相分离器连接在微波加热模块的输出端，所述三相分离器内增设用于监测三相分离器油室内不同层位原油含水值变化的含水油位计；

原油三相分离集成装置集成有变频控制的用于控制原油输送到下游站点的流速的输油泵；

原油三相分离集成装置的集成的各个模块微波加热模块、来油总机关模块、自动加药模块和输油泵自行组合；

集成撬集成有注水泵，注水泵连接注水井将水直接回注地层；

包括原油处理系统云平台，原油处理系统云平台通过无线网络分别与油井混输全感知智能分析集成设备和原油三相分离集成装置的各个模块数据交互连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于云平台油井采出物智能制造处理系统，其特征在于：所述微波加热装置包括微波加热腔体、磁振波导体加热模块若干、流量计模块、含水率模块、输油泵和智能计算单元，其中流量计模块、含水率模块和输油泵安装微波加热腔体上，所述微波加热腔体的直径大于集输管线的管径，所述微波加热腔体上安装多个磁振波导体加热模块，通过控制加热模块的通电数量和通电时间控制原油流经腔体时所需要提升的的温度，所述智能计算单元与微波加热模块、流量计模块、含水率模块和输油泵通过有线或无线的方式连接，智能计算单元与集输系统云平台通过无线网络数据连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于云平台油井采出物智能制造处理系统，其特征在于：所述自动加药模块包括储药罐、混药箱、两个计量泵和智能控制单元，储药罐与混药箱通过管道连接，一个计量泵布置在储药罐与混药箱之间，另一个计量泵设置在混药箱的输出端并且集输管线相连，储药罐、混药箱、两个计量泵分别与智能控制单元通过无线或有线的方式数据连接，智能控制单元与集输系统云平台通过无线网络数据连接，通过云平台获得微波加热装置的来液含水率和流量参数，根据含水率的高低和流量的大小自动调节计量泵控制加药量，并根据三相分离器产出合格成品油时间来控制调整加药的浓度和药量。

4.根据权利要求1所述的一种基于云平台油井采出物智能制造处理方法和系统，其特征在于：所述三相分离器的内腔中设置有油室，油室中增设安装有用于检测液位变化的浮球含水油位计，浮球含水油位计的浮球密度低于纯油密度，所述浮球含水油位计连接有探测杆，探测杆位于油室中，所述浮球活动连接在探测杆的杆体上，探测杆上安装有若干用于检测油室内不同层位的含水率值的微波含水探头若干。

5.根据权利要求4所述的一种基于云平台油井采出物智能制造处理系统，其特征在于：所述油井混输全感知智能分析集成装置包括：

流态分析单元，所述流态分析单元安装在集输管线上，流态分析单元用于检测集输管线流过液体的上下层的含水率，并根据油井每个冲程的变化曲线分析出集输管线流过液体的流态和含气量；所述流态分析单元连接有单流阀和定压放气阀，油井的管道上安装有套管，定压放气阀安装在套管上，单流阀与套管的定压放气阀连接并且单流阀与井场的油管连接，所述流态分析单元下部设计有机械式取样口；

边缘智能单元，所述边缘智能单元与流态分析单元无线连接，井场设置有抽油机，所述抽油机上安装有示功图传感器，所述边缘智能单元与功图传感器，边缘智能单元采集示功图传感器的数据和流态分析单元的数据，根据数据技术得出产气量和产油量并且对对井组、区块的总产液量、产油量和产气量的计量；

安防识别单元，安防识别单元安装于抽油机的机架上，安防识别单元与边缘智能单元无线连接，安防识别单元上传密封连接器处的视频信号和监测抽油杆的温度变化数据，安防识别单元并且对油井井口出入的人员进行识别认证。

6.根据权利要求1所述的一种基于云平台油井采出物智能制造处理方法和系统，其特征在于：所述流态分析单元包括：

压力传感器，压力传感器安装在集输管线中，压力传感器用于实时检测集输管线内有液体的压力参数；

温度传感器，温度传感器安装在集输管线中，温度传感器用于实时检测集输管线内有液体的温度参数；

微波含水检测探头，微波含水检测探头设置有两个，两个微波含水检测探头布置在集输管线内并检测流过液体的上下层的含水率，上层微波探头受到采出物含气量大小的影响在一个冲程周期内波动大，根据上层含水率曲线与时间相乘得到面积的比值，推测工况下气液占空比、结合压力参数计算出工况下气液比，再根据PVT方程，结合压力和温度，得到标况下气液比；根据气液比对应同时的产液量得出油井单井的产气量；并可以通过现场对比实际产气量根据不同曲线图形修正。

7.根据权利要求1所述的一种基于云平台油井采出物智能制造处理系统，其特征在于：所述集输系统云平台采用无线网络IPV6协议进行数据通讯，系统的每个模块通过智能单元的通信单元将数据直接传送到云平台。

8.一种权利要求1-7任一项所述的基于云平台油井采出物智能制造处理系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、油井井筒初分离：油井采出物在从井底抽油泵进入到油管井筒举升到地面输油管线，采出物为油水气三相混合物，当抽油机停止工作，油水气三相混合物在抽油机的井筒中出现油水自然分离现象，密度轻的原油上浮到井筒最上层，时间越长油层越厚，在抽油机工作井筒内上层的低含水原油先被举升到集输管线中，然后通过流态分析单元实时监测到采出物的含水率，当检测到含水率高时控制停井，让采出物在井筒内继续初分离，经过停井一段时间后再开井，当检测到含水率高时控制停井，依此反复；通过边缘智能单元计算出每口井的含水率、产液量、产油量及开停井时间，通过智能学习分析优化各项参数控制油井的采出物在最小液量情况下生产出最大量的纯油；边缘智能单元将每口井数据传输到云平台，在云平台上统筹智能分析得出井组、转油站及区块整体合理的开停井时间，实现进入原油三相分离集成装置流量控制；

(2)、原油三相分离集成装置压力控制,包括三种压力处理方式：

A、降低压力：三相分离器的气出口阀门增大开度，三相分离器的油出口阀门增大开度，三相分离器的水出口阀门增大开度，降低油水液面，增加内部其空间；

B、升高压力：三相分离器的气出口阀门关闭憋压，液出口阀门和水出口阀门开度减小，提高集液器液面压缩上部气体空间提升压力；

C、上游关联：从井口到站点采用油气密闭连续混输保持初始压力，中间站点不设缓冲罐等降压容积暂存，采用微波连续在线加热装置原油不缓存在线加热，实现进入三相分离器的高压力值，同时三相分离器高压力运行可提高含水乳状液的脱水效果，控制压力采用降压式控制，而且开阀降压控制比憋压升压控制要快速，控制更容易实现达到分离器内气液油水层面的动态平衡；

(3)、原油流经微波加热装置精确温度控制：首先设定原油流经微波加热装置进出口加热温升△t，根据来液的含水率值W、来液流量F和流速V，计算流经腔体L长度所需要的时间，根据时间计算需要升温所需的微波输入功率，由智能单元控制加热模块的数量R的和加热时间；

磁振波导体加热模块R单体功率一定，加热腔体长度L，根据工艺加热需求最大温升和加热最大功率确定加热模块R数量，由智能计算单元控制信号控制通电断电时间；

在腔体进出口分别安装温度传感器T1、T2，腔体压力检测传感器P1，传感器信号接入智能计算单元；

流量计模块：检测来液的流量F和流速V两个参数；流量计选型参数根据集输管线工艺实际工况选定，输出信号接入智能计算单元；

含水率模块：实时检测集输管线来液含水率W，插入式量程0--100％，精度等级不低于1％，输出信号接入智能计算单元；

首先设定加热温升△t，根据来液的含水率值W、来液流量F和流速V，计算流经腔体L长度所需要的时间，根据时间计算需要升温所需的微波输入功率，由智能单元控制加热模块的数量R的和加热时间；

(4)、进入原油三相分离集成装置流量控制：

A：总机关微调方式：通过来油总机关模块每路井场来液阀门采用电动调节阀，阀门开度信号接入处理系统云平台进行数据交互，控制来液量大管线阀门的开度控制输入到三相分离器的总流量；

B：井口统调方式：在云平台上统筹控制上游油井井筒内初分离的开停井时间来减少增大流量，在井场安装采出物处理回注一体的集成撬，产出的水通过注水井直接回注地层，减少输送到下游液量；

(5)、脱水控制：

A：药剂智能控制：通过集输系统云平台获得微波加热模块的来液含水率和流量参数，并根据三相分离器产出合格成品油时间来控制调整加药的浓度和药量；

B：微波破乳控制：延长微波加热时间提高脱水效果，微波加热腔体长度和管径的设计用于控制原油流经加热腔体的时间；

C：一台三相分离器出油控制达不到合格，串联第二台三相分离器继续分离处理。

9.一种权利要求1-7任一项所述的基于云平台油井采出物智能制造处理系统的用途，其特征在于：应用在以下不同工况选择相应的工艺流程组合：

(1)、对于低含水供液充足油区块中的油井采用连续工作模式，持续将采出物送入到联合站三相分离器撬装设备中处理；

(2)、对于中高含水供液不足油区块中的油井，采用油井井筒内初分离的间歇抽油工作模式，在井筒上部供液低含水时油井采油；井筒供液高含水时油井停止采油，恢复井底压力，采出物继续在井筒内初分离，间断性地将采出物送入到联合站撬装设备中处理；

(3)、针对(2)方式中为了进一步减少联合站处理量，在井场安装采出物处理回注一体的集成撬，集成撬脱离的水连通井场注水井直接的回注到地层来补充地层压力驱油，脱离出来的近乎合格的原油输送到联合站，合格则直接外输，不合格则在联合站的三相分离器进行二次处理。

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