CN116556907A - 一种平衡压防堵式智能分层注聚装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平衡压防堵式智能分层注聚装置，包括注聚调节器和下接头，所述的下接头内设置有贯穿其下端面的聚合物通道，注聚调节器的注聚调节机构嵌设在聚合物通道内用于调节聚合物通道内的聚合物注入，所述下接头内还设置有与聚合物通道间隔的平衡压通道，平衡压通道的上端与所述的聚合物通道连通，所述平衡压通道的下端贯穿下接头，平衡压通道内设置有活塞，所述注聚调节机构控制所述聚合物通道闭合打开时，聚合物通道内的变化压力带动所述平衡压通道内的预置液推拉所述的活塞上下运动以平衡所述聚合物通道内的压力。本发明在下井前预先在平衡压通道内注入预置液，通过改变预置液体积来实现非接触式平衡压模式，有效预防聚合物堵塞。

Description

一种平衡压防堵式智能分层注聚装置

技术领域

本发明属于油田分层注聚技术领域，具体涉及一种平衡压防堵式智能分层注聚装置。

背景技术

聚合物驱油属于三次采油技术，是向油层中注入一定相对分子质量的水溶性聚合物溶液，以改变油水流度比、扩大波及体积的驱油方法。聚合物驱成功的方案一般可以提高采收率约7％-15％。在聚合物驱油工程中，常用的聚合物有两种：一种是人工合成的聚合物，主要是丙烯酰胺单体聚合而成的聚丙烯酰胺，常用的是部分水解聚丙烯酰胺；另一种是天然聚合物，使用最多的是黄包胶。

国内油田大多数处于中、后期开发，注聚是目前几乎所有油田都采用的增产增注技术，油田进行大面积的聚合物驱达到增产的效果的同时，出现很多注入井注入困难、驱替效果差、注入压力升高等问题，导致这一现象的主要原因是注聚装置堵塞，制约着聚合物技术的应用，使产能得不到有效发挥。想要溶解聚合物造成的堵塞，需要使用解堵剂来溶解，而解堵剂一般使用酸性溶液，对管柱及注聚装置造成腐蚀破坏，另一方法则是起出井内管柱及仪器，地面人工解堵后重新下入井内，施工麻烦、成本高、工期长，严重影响了注聚驱油效果，难以满足注聚驱油动态快速变化、高频次的要求。

基于以上需求要求注聚装置应具有以下性能：1、能改善注聚井的吸水剖面，但因受油层条件的限制，严重的非均质矛盾得不到彻底解决，聚驱井层间层内吸聚差异大，聚合物溶液沿高渗透条带突进现象十分普遍，分注要求迫切。2、由于聚合物驱用于提高采收率的措施主要是增加驱替液的粘度，而聚合物溶液有较强的触变性，极易在节流部位发生剪切降解，因此分注时保留聚合物的粘度非常重要，这就要求注聚装置用于注聚合物时具备低剪切性能。3、聚合物的高粘性导致注聚装置的堵塞风险大增，因此，注聚装置应有预防堵塞的性能，降低堵塞风险。

在公开号CN115726747A公开的一种电液一体化分层注聚装置,包括相连接的注聚开关、流量调节控制装置:所述流量调节控制装置包括电控机构、本体:

所述本体开设竖向通道与横向通道，所述竖向通道包括主通道、电控机构安装腔、液控打压通道、电缆穿越通道，所述横向通道包括打压内通道；所述电控机构安装在电控机构安装腔内，电控机构与电缆电连接，所述电控机构安装腔通过打压内通道与液控打压通道连通。使用时通过电机推动活塞腔内部的活塞下移，压缩弹簧，带动连接杆、活动水嘴下移，通过调整活动水嘴与下接头之间的间隙大小，进而调节流量，当达到预设的流量后，自动停止电机，完成该层的调节,聚合物从油管经过注聚装置底端的活动水嘴的间隙，推动凡尔，压缩下弹簧,实现聚合物从注聚口往外流至地层，其电机停止工作，水嘴不再活动。

此种装置采用单通道控制聚合物流量，虽然在一定程度降低了聚合物堵塞的风险，但是单通道使得聚合物上下通道压力不平衡，只能通过电控机构控制调节聚合物注入，仍然容易发生堵塞现象。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种注聚调节器及平衡压防堵式智能分层注聚装置，采用非接触式平衡压结构，在下井前预先在平衡压通道内注入预置液，通过改变预置液体积来实现非接触式平衡压模式，实现了注聚装置的高压差开启，流量连续可调并可完全关死，预防聚合物堵塞。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种平衡压防堵式智能分层注聚装置，包括注聚调节器和下接头，所述的下接头内设置有贯穿其下端面的聚合物通道，所述注聚调节器的注聚调节机构嵌设在所述的聚合物通道内用于调节聚合物通道内的聚合物注入，其特征在于：所述下接头内还设置有与所述聚合物通道间隔的平衡压通道，所述平衡压通道的上端与所述的聚合物通道连通，所述平衡压通道的下端贯穿所述的下接头，所述的平衡压通道内设置有活塞，所述注聚调节机构控制所述聚合物通道闭合打开时，所述聚合物通道内的变化压力带动所述平衡压通道内的预置液推拉所述的活塞上下运动以平衡所述聚合物通道内的压力。

进一步，所述的平衡压通道内设置有导管，所述的活塞嵌设在所述的导管内，所述导管的上端与所述的聚合物通道相贯通。

进一步，所述平衡压通道的上端嵌设有堵头。

进一步，所述平衡压通道的下端设置有止挡所述活塞移出所述平衡压通道的挡环。

进一步，所述的挡环嵌套在所述导管的下端口内。

进一步，所述的注聚调节机构包括推杆，所述推杆上套设有阀芯，所述推杆的一端设置有止挡所述阀芯的调节椎体，所述推杆的另一端连接有注聚驱动机构，所述注聚驱动机构通过驱动推杆带动所述阀芯和可调节椎体在所述聚合物通道内移动。

进一步，所述的调节椎体由若干仿锤体依次串接构成。

进一步，所述聚合物通道的变径处设置倒角和圆角过渡；所述聚合物通道的表面光洁度≤1.6。

进一步，所述聚合物通道内嵌设有阀套，所述阀套的下端设置有嵌套在所述聚合物通道下端的密封圈挡圈和密封圈，所述阀套的上端设置有嵌套在所述聚合物通道内的密封环。

进一步，还包括上接头，所述上接头的下端通过上连接管连接有电磁流量组件的上端，所述下接头的上端通过下连接管连接所述电磁流量组件的下端，所述的下接头上设置有盖板，所述盖板盖压在所述下接头的出水口上。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点和效果：

1、本发明的注聚装置采用非接触式平衡压结构，下井前预先在聚合物通道和平衡压通道内注入预置液，下井过程中随着压力的升高活塞向上运动不断压缩预置液，使活塞两端压力保持一致，在注聚调节器打开关闭的过程中，会导致内部预置液运动推动活塞运动来平衡压力，保证调节聚合物注入的过程中实现非接触式平衡压模式，同时非接触式平衡压结构具有预防聚合物堵塞的功能，保证注聚装置使用的有效性，长期可靠性。

2、本发明注聚装置的平衡压通道的活塞运动时可以用来隔开注聚调节机构和外界不干净的聚合物，给注聚调节机构一个干净无污染的环境，避免注聚调节机构因各种井下污物及聚合物(粘稠状态)导致无法调节，仪器失效无法使用。

3、本发明的注聚装置由于不易堵塞，因此故障率低，减少起管柱造成的成本增高及资源浪费的问题，有效降低生产成本。

附图说明

图1为本发明的平衡压防堵式智能分层注聚装置内部结构示意图。

图2为本发明的注聚调节器和下接头装配放大结构示意图。

图3为本发明的注聚装置工作原理图。

其中图3(a)为注水口全开状态示意图，图3(b)注水口全关状态示意图。

图中，101上接头、102上连接管、103下连接管、104下接头、105盖板、106密封环、107阀套、108密封圈挡圈、109密封圈、120堵头、121导管、122活塞、123挡环、200电磁流量组件、300注聚调节器、301限位管、302推杆、303阀芯、304调节椎体、321聚合物通道、322注聚调节机构、323注聚驱动机构、324平衡压通道、325-出水口、326-倾斜孔、400第一传感器组件、500第二传感器组件、600主控限流组件。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

现有平衡压防堵式智能分层注聚装置，通过注聚调节器调节聚合物液体的导入，在注聚调节器调节的过程中，由于聚合物粘性大，注聚调节器内的聚合物通道内压力使得注聚调节机构接触聚合物往往出现堵塞、卡死的状态，注聚调节器无法调节，仪器功能失效，无法使用。本发明提供的平衡压防堵式智能分层注聚装置，下接头内设置有与聚合物通道上端贯通的平衡压通道，平衡压通道内设置活塞，在下井前通过在平衡压通道内注入预置液，通过活塞运动改变预置液体积来实现非接触式平衡压模式，有效减少注聚调节机构对聚合物粘度的影响，实现了高压差开启，流量连续可调并可完全关死，保证验封功能，预防堵塞以及低剪切的功能。

如图1所示。本发明提供的一种平衡压防堵式智能分层注聚装置，包括上接头101和下接头104，所述的上接头101的下端通过上连接管102连接有电磁流量组件200上端，所述下接头104上端通过下连接管103连接所述所述电磁流量组件200的下端，所述下接头104内嵌套注聚调节器300，所述的下接头104外周上设置有盖板105，所述的盖板105盖压在所述的注聚调节器300的出水口325上。同时，所述的下接头104上端还设置有第一传感器组件400、第二传感器组件500和主控限流组件600，所述的第一传感器组件400、第二传感器组件500、和主控限流组件600分别安装在到104下接头104的各组件通道孔上。进一步说，本发明所述的电磁流量计组件200由电极、线圈、绝缘套、流量计主体组成。绝缘套安装在流量计主体内，电极与线圈固定在流量计主体上，均通过螺纹连接，橡胶密封圈进行密封。

所述的第一传感器组件400由第一传感器座、第一传感器压环、第一线圈骨架、第一电路板骨架、温度传感器、第一压力传感器、电机采集电路板组成。所述的第一压力传感器装入第一传感器座，通过第一传感器压环压紧第一压力传感器后固定在第一线圈骨架上，第一线圈骨架上安装温度传感器，将电机采集电路板通过螺钉固定在第一电路板骨架上，第一电路板骨架安装在第一线圈骨架上。

所述的第二传感器组件500由第二传感器座、第二传感器压环、第二电路板骨架、第二压力传感器、电磁流量计电路板组成。第二压力传感器装入第二传感器座并通过第二传感器压环压紧，将电磁流量计电路板通过螺钉固定在第二电路板骨架上，第二电路板骨架安装在第二传感器座上。

所述的主控限流组件600由限流接头、主控限流电路板、绝缘柱组成。主控限流电路板通过螺钉、绝缘柱固定在限流街头上。

进一步，如图1、图2所示。所述的注聚调节器300包括注聚调节机构322和注聚驱动机构323。所述的下接头104内设置有贯穿所述下接头104下端面的聚合物通道321，所述的聚合物通道321内设置注聚调节机构322，注聚驱动机构323位于所述下接头104的上端外部。所述注聚调节机构322在所述的聚合物通道内调节聚合物通道321内的聚合物注入，同时所述下接头104内还设置有与所述聚合物通道321间隔的平衡压通道324，所述平衡压通道324的上端与所述的聚合物通道321连通，所述平衡压通道324的下端贯穿所述的下接头104，所述的平衡压通道324内设置有活塞122，所述注聚调节机构322控制所述聚合物通道321闭合打开时，所述聚合物通道321内的变化压力带动所述平衡压通道324内的预置液推拉所述的活塞122上下运动以平衡所述聚合物通道321内的压力。

具体的说，聚合物通道321由轴向通道和径向通道贯通连接构成T型结构，轴向通道垂直贯通下接头104的上下端面，径向通道水平贯通下接头104的外周面和轴向通道连通，径向通道外部形成聚合物的出水口325。注聚调节机构322设置在轴向通道的上端内部。所述的平衡压通道324轴向垂直设置在下接头104内与所述的轴向通道平行间隔设置，平衡压通道324为盲孔状，上端闭合。平衡压通道324的上端通过斜向孔与轴向通道的上端连通，轴向通道的上端口连接注聚调节机构322后形成封闭状态。

所述的聚合物通道321内的注聚调节机构322与所述的注聚驱动机构323连接，通过所述的注聚驱动机构323控制所述注聚调节机构322调节聚合物从轴向通道经径向通道流出出水口325。

进一步，为了使保证活塞122在平衡压通道内移动顺畅、不卡顿，所述的平衡压通道324内设置有导管121，所述的活塞122嵌设在所述的导管121内，所述导管121的上端通过所述的倾斜孔与所述的聚合物通道321相贯通。导管121的下端延伸至平衡压通道324的下端部，导管121与所述的平衡压通道紧配合连接。

进一步，为了保证活塞122的密封性，所述的活塞122的外周套设有O型密封圈。

进一步，为了防止活塞122移出所述导管121，所述导管121的下端口内嵌设有挡环123。即在所述导管121的下端设置有弧形槽，所述的弧形槽内嵌设有挡环123，通过所述的挡环阻止所述的活塞122移出导管121。

当然，作为一种优选，所述挡环123也可以设置在导管121下端的平衡压通道内与所述的导管121端部贴合，挡环123的内径小于所述导管的内径即可阻挡所述的活塞122。

作为优选，所述的平衡压通道324为通孔状结构，在所述平衡压通道324的上端嵌设有堵头120实现封堵平衡压通道的上端，此种结构方式便于制造加工和组装。

进一步，所述的注聚调节机构322包括限位管301、推杆302、可调节椎体304和阀芯303，所述推杆302上套设阀芯303，所述推杆302的一端设置止挡所述阀芯303的调节椎体304，所述推杆302的另一端连接有注聚驱动机构323，所述注聚驱动机构323通过驱动推杆302带动所述阀芯303和可调节椎体304在所述聚合物通道321内的轴向通道移动。为了防止阀芯303移出聚合物通道321的轴向通道，在轴向通道的上端设置所述限位管301，推杆302的上端穿过所述的限位管301与注聚驱动机构323连接，限位管301在止挡阀芯303的同时与推杆302一起将轴向通道的上端封闭。此时所述的倾斜孔与轴向通道贯通的一端位于限位管301的下端，倾斜孔326与平衡压通道贯通的一端高于与轴向通道贯通的一端。所述的预置液则填充在调节椎体304上端的聚合物通道321和活塞122上端的平衡压通道324内，预置液通过倾斜孔326在两个聚合物通道和平衡压通道上端往复回流。

所述的注聚驱动机构323包括丝杠和电机组成的丝杠螺母机构，所的丝杠与所述的推杆302活动连接，通过所述的电机带动所述的丝杠旋转控制调节所述推杆302的长度实现调节椎体304在轴向通道的位置调节。

进一步，由于聚合物粘性大容易粘附调节椎体304，为了防止调节椎体304接触聚合物同时便于配注量的调节、降低注入聚合物的粘度损失，所述的调节椎体304由若干仿锤体依次串接构成，仿锤体之间形成阻尼槽，通过调节椎体304到出水口325之间的阻尼槽的数量及间隙实现配注量的调节，调节椎体304的此种结构使得聚合物不容易粘附调节椎体304。

作为优选，所述调节椎体304表面进行喷涂处理，可以进一步提高调节椎体304的防粘附能力。

进一步，为了减少注聚调节机构322对聚合物粘度的影响，所述聚合物通道321的变径处设置倒角和圆角过渡，所述聚合物通道321的表面光洁度≤1.6。

进一步，为了保证聚合物通道321的密封性能，所述聚合物通道321内嵌设有阀套107，所述阀套107的下端设置有嵌套在聚合物通道321的下端的密封圈挡圈108和密封圈109，所述的阀套107的上端设置有嵌套所述聚合物通道321内的密封环106。

具体的说，所述阀套107的上端位于横向通道的上沿，阀套107的径向与横向通道贯通，密封环106密封阀套107的上端边缘处，密封圈109密封阀套107的下端边缘处，密封圈挡圈108止挡密封圈109。

如图3(a)、(b)所示。注聚调节器300工作时，智能分层注聚装置通过电缆给电路板、电机供电，通过下发指令控制电路板控制电机动作，带动注聚调节器300的阀芯303、调节椎体304进行向上运动(出水口全开)、向下运动(出水口全关)，通过调节调节椎体304到出水口325之间的阻尼槽的数量及间隙，实现配注量的调节。注聚调节器300在打开关闭的过程中，会导致内部平衡油(提前注入聚合物通道321和平衡压通道324的干净液体)体积变化，体积变化会使导管121内的活塞122运动，活塞122运动时用来平衡注聚物通道内的压力，同时活塞122还用来隔开注聚调节机构322和外界不干净的聚合物，给注聚调节机构一个干净无污染的环境，避免注聚调节机构因各种井下污物及聚合物(粘稠状态)导致无法调节，使得仪器失效无法使用。

本发明所述的注聚调节器300安装时，依次将密封圈挡圈108、密封圈109依次安装在内注聚调节器300的聚合物通道321的下侧内；将密封环106、O形密封圈安装在聚合物通道321的上侧内，装入阀套107后，使用盖板105压住阀套107并使用螺钉将盖板105固定在下接头104上。

然后分别给堵头120、导管121、活塞122装上O形密封圈，将挡环123安装在导管121的弧形槽内，从导管121另一端装入活塞122，并使用工具在导管121的两端分别推动活塞122，确认活塞122在导管121内移动顺畅、不卡顿，将装好的导管121装入下接头104的第二传感器组件500的通道内，拧上堵头120即可。

在上接头101、上连接管102、电磁流量组件200、下连接管103、下接头104的内部连接通道是注聚装置的中心过流通道，也是整个管柱的过流通道，聚合物在流经下接头104时，从下接头104的过流通道经过后进入注聚调节器300的聚合物通道321，流经可调节压差的调节椎体304后通过出水口325注入地层。

本发明的注聚装置在使用时，将多支智能分层注聚装置通过油管输送至预定配注层位(根据分层数量确定下入的智能分层注聚装置数量)，通信电缆沿油管外壁一直连通至井口地面监测设备。通过上位机及地面控制柜下发命令通信。注聚时，聚合物经油管管柱到达智能分层注聚装置，流过上连接管102后流入电磁流量组件200，然后进入下连接管103，经过下接头104一份为二，一部分进入下一层，一部分经过注聚调节器300的聚合物通道321，流经调节椎体304通过出水口325注入地层。

在聚合物注入过程中，电磁流量组件200测量聚合物的注入量大小，而注聚驱动机构323可以通过电机调节注聚调节机构322的开度大小，进而控制注入量大小。如果当前层配注量过大，则地面控制人员发送命令，控制电机减小注聚调节机构322开度，进而降低配注量，反之则增大注聚调节器300的开度。

由于平衡压通道内的活塞可以平衡聚合物通道的压力，因此全程无需测试车去井场进行调节，整个调节无需接触聚合物，大大降低劳动强度，节约成本，避免了频繁起井作业，多仪器作业，降低了聚合物驱成本，提高聚合物驱效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种平衡压防堵式智能分层注聚装置，包括注聚调节器(300)和下接头(104)，所述的下接头(104)内设置有贯穿其下端面的聚合物通道(321)，所述注聚调节器(300)的注聚调节机构(322)嵌设在所述的聚合物通道(321)内用于调节聚合物通道(321)内的聚合物注入，其特征在于：所述下接头(104)内还设置有与所述聚合物通道(321)间隔的平衡压通道(324)，所述平衡压通道(324)的上端与所述的聚合物通道(321)连通，所述平衡压通道(324)的下端贯穿所述的下接头(104)，所述的平衡压通道(324)内设置有活塞(122)，所述注聚调节机构(322)控制所述聚合物通道(321)闭合打开时，所述聚合物通道(321)内的变化压力带动所述平衡压通道(324)内的预置液推拉所述的活塞(122)上下运动以平衡所述聚合物通道(321)内的压力。

2.根据权利要求1所述的一种平衡压防堵式智能分层注聚装置，其特征在于：所述的平衡压通道(324)内设置有导管(121)，所述的活塞(122)嵌设在所述的导管(121)内，所述导管(121)的上端与所述的聚合物通道(321)相贯通。

3.根据权利要求2所述的一种平衡压防堵式智能分层注聚装置，其特征在于：所述平衡压通道(324)的上端嵌设有堵头(120)。

4.根据权利要求2或3所述的一种平衡压防堵式智能分层注聚装置，其特征在于：所述平衡压通道(324)的下端设置有止挡所述活塞(122)移出所述平衡压通道(324)的挡环(123)。

5.根据权利要求4所述的一种平衡压防堵式智能分层注聚装置，其特征在于：所述的挡环(123)嵌套在所述导管(121)的下端口内。

6.根据权利要求5所述的一种平衡压防堵式智能分层注聚装置，其特征在于：所述的注聚调节机构(322)包括推杆(302)，所述推杆(302)上套设有阀芯(303)，所述推杆(302)的一端设置有止挡所述阀芯(303)的调节椎体(304)，所述推杆(302)的另一端连接有注聚驱动机构(323)，所述注聚驱动机构(323)通过驱动推杆(302)带动所述阀芯(303)和可调节椎体(304)在所述聚合物通道(321)内移动。

7.根据权利要求6所述的一种平衡压防堵式智能分层注聚装置，其特征在于：所述的调节椎体(304)由若干仿锤体依次串接构成。

8.根据权利要求1或2所述的一种平衡压防堵式智能分层注聚装置，其特征在于：所述聚合物通道(321)的变径处设置倒角和圆角过渡；所述聚合物通道(321)的表面光洁度≤1.6。

9.根据权利要求8所述的一种平衡压防堵式智能分层注聚装置，其特征在于：所述聚合物通道(321)内嵌设有阀套(107)，所述阀套(107)的下端设置有嵌套在所述聚合物通道(321)下端的密封圈挡圈(108)和密封圈(109)，所述阀套(107)的上端设置有嵌套在所述聚合物通道(321)内的密封环(106)。

10.根据权利要求9所述的一种平衡压防堵式智能分层注聚装置，其特征在于：还包括上接头(101)，所述上接头(101)的下端通过上连接管102连接有电磁流量组件(200)的上端，所述下接头(104)的上端通过下连接管(103)连接所述电磁流量组件(200)的下端，所述的下接头(104)上设置有盖板(105)，所述盖板(105)盖压在所述下接头(104)的出水口(325)上。