CN1213217C - 油田增压注水装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油田增压注水装置，它由增压缸(1)、自循环油压站(2)两部分组成，增压缸(1)内的活塞及中间连接体将增压缸(1)分隔为A、B、C、D四个腔，自循环油压站(2)由油阀组(3)、水阀组(4)、油泵(5)、油箱(6)、蓄能器(7)、过滤器(8)、电磁换向阀(9)、冷却器(10)组成，增压缸(1)的油腔A腔和D腔的进出口分别与自循环油压站(2)的油阀组(3)出口进口相接、水腔B腔和C腔的进出口分别与自循环油压站(2)的水阀组(4)出口进口相接，油阀组(3)供油口与油泵(5)的出口连接、回油口经过冷却器(10)与自循环油压站(2)油箱(6)的回油管线连接、油阀组(3)一旁口还连接有平衡油阀组内油压的蓄能器(7)，水阀组(4)两进水阀与过滤器(8)及进水管线连接、两出水阀与高压井注水管线连接，电磁换向阀(9)电路分别与油阀组(3)和水阀组(4)控制电路并联、与增压缸(1)活塞触碰感应换向机构控制电路串连。

Description

油田增压注水装置

                        技术领域

本发明涉及液体变容机械，特别是指一种适于油田使用的油田增压注水装置。

                        背景技术

目前油田采用的增压注水装置(ZL98201063X)，设置有一个高压出水口，另有一个出水口则以回水方式将水排出，由于回水有污染不能直接排入地面，只能铺设专用回水管线排放，并且回水还要进行处理，大大增加了回水排放及处理的成本，影响了在油田的使用。现有的增压注水装置均采用整体活塞，但由于增压缸为二段组成，装配工艺很难保证二段增压缸与连杆的同轴度，当增压缸工作时整体活塞的运动作用就将发生偏磨，造成泄漏及停产事故。同时现有增压注水装置增压缸采用液压换向阀和先导换向阀两阀控制换向注水，由于两阀共同执行换向任务常常出现停机，造成换向可靠性极低，而用水介质作为先导液控换向时，因水中含有杂质等化学元素，使阀中活动部件极易腐蚀、阀件寿命缩短，并且先导换向阀尚无标准定型产品，自行生产成本将大为增加，因此经试制的该增压注水装置在油田现场很难正常使用。

                        发明内容

本发明所要解决的技术问题就在于克服现有增压注水装置的缺陷，提供一种利用进水自身的压力和对循环油(或者其它液体介质)加压通过注水装置增压缸对注水进行增压，增压缸的活塞采用球型塞体自定位防偏活塞结构、增压缸活塞换向采用活塞触碰感应换向机构以及循环油油阀组采用球阀结构的油田增压注水装置。本发明的油田增压注水装置由增压缸1、自循环油压站2两部分组成，增压缸1内的活塞及中间连接体将增压缸1分隔为A、B、C、D四个腔，自循环油压站2由油阀组3、水阀组4、油泵5、油箱6、蓄能器7、过滤器8、电磁换向阀9、冷却器10构成，增压缸的油腔A腔和D腔的进出口分别与自循环油压站2的油阀组3出口进口相接、水腔B腔和C腔的进出口分别与自循环油压站2的水阀组4出口进口相接，油阀组3供油口与油泵5的出口连接、回油口经过冷却器10与自循环油压站2油箱5的回油管线连接、油阀组3一旁口还连接有平衡油阀组内油压的蓄能器7，水阀组4两进水阀与过滤器8及进水管线连接、两出水阀与高压井注水管线连接，电磁换向阀9电路分别与油阀组3和水阀组4控制电路并联、与增压缸1活塞触碰感应换向机构控制电路串连。油阀组3和水阀组4均采用单向阀，单向阀为球阀结构、油阀组3为桥式连接方式。当进行工作时，随着增压缸1活塞左右运动，增压缸的触碰感应换向机构发出换向信号，控制自循环油压站2的电磁换向阀9换向，通过油泵5及油阀组3向增压缸1的A腔供油，通过进水管线、过滤器8及水阀组4向增压缸1的C腔供水，油阀组3一旁口连接的蓄能器7能平衡油阀组内油压，同时增压缸1的D腔通过油阀组3经冷却器10逐步向油箱6排油，B腔通过水阀组4的出水阀和高压井注水管线向油田注水，由于进水自身的压力和经过加压的循环油分别作用于C腔和A腔，A腔与C腔的受压面积之和大于B腔环形活塞的面积，使B腔的水压能升高到进水4压力的2-2.6倍，D腔的油压近于零，自此完成对B腔增压的全过程。当活塞移动至B腔止点位置时，B腔增压停止，活塞触碰增压缸中间连接体上的感应换向机构，感应换向机构发出换向信号，控制回路在自循环油压站2的电磁换向阀9作用下实现换向，这时油泵5及油阀组3向增压缸1的D腔供油，进水管线、过滤器8及水阀组4向增压缸1的B腔供水，同时增压缸1的A腔通过油阀组3经冷却器10逐步向油箱6排油，C腔的高压水通过水阀组4的出水阀与高压井注水管线向油田注水。通过自循环油压站2的电磁换向阀9换向，增压缸1的A腔与C腔、D腔与B腔如此循环往复地工作，完成不间断向油田注水。根据油田对增压注水排量的不同要求，可以将增压缸1的油腔与水腔对调，即A腔与D腔进水和排水、B腔与C腔进油和排油。也可以根据油田的需要改注水为注其它液体介质，油介质也可以改为其它液体介质、例如：乳化液。本发明的增压缸缸径系列范围为φ100-φ250毫米，根据排水量需求确定具体尺寸；活塞行程范围为300-700毫米。增压缸缸体内表面进行镀耐腐蚀材料处理，例如进行镀铬处理；加工精度公差5-10级，粗糙度0.2-0.4，圆柱度6-9级。自循环油压站2的油阀组选用球形阀芯结构，水阀组采用普通截止阀；油泵为斜盘型手动变量泵，排量30-120毫升/转，排出压力最大40Mpa；油箱的容积一般为0.3-1.5立方米；蓄能器选用型号为NXQ₂F型，压力最高40Mpa，容积5-25升；过滤器流量200-600升/分钟，压力最高40Mpa；电磁换向阀选用电信号自动控制换向电磁阀；冷却器选用风冷方式，也可以选用水冷方式。本发明增压缸1的活塞采用球形塞体自定位防偏活塞结构，活塞由球形活塞体、隔环、密封体、凹型压板、压板和压盖等构成，球形活塞体外与增压缸轴线垂直的活塞体中线部位装有隔环，密封体装于球形活塞8体与增压缸缸壁接触部位，凹型压板装于球形活塞体两侧，凹型压板外为压板，压板外轴端为压盖。活塞的球形活塞体与隔环配合处接触面尺寸为φ50-φ220毫米，公差4-10级，粗糙度0.2-1.6；球形活塞体与缸体配合处接触面尺寸为φ80-φ220毫米，粗糙度0.4-3.2；球形活塞体与凹型压板配合处球面尺寸为SR50-SR500毫米，粗糙度0.2-1.6；隔环与球形活塞体配合处接触面尺寸为φ50-φ220毫米，公差4-11级，粗糙度0.2-1.6，隔环厚度15-45毫米；密封体选用聚四氟乙烯的KDFD系列格来圈；凹型压板球面尺寸为SR50-SR500毫米，厚度15-80毫米。活塞的球形活塞体也可以采用椭圆形活塞体，即其与凹型压板配合处采用椭球面。本发明增压缸的活塞换向采用活塞触碰感应换向机构，活塞触碰感应换向机构由阀芯、阀体、空腔和感应块构成，阀芯位于阀体内并可前后移动，空腔位于阀体内阀体与阀芯之间随阀芯移动增大或变小，阀芯中心设有不贯通孔并有斜孔通向空腔，阀芯的一端设有与之接触的感应块。本发明油阀组阀件采用插入式球阀。本发明的增压缸可以采用单缸，也可以采用双缸或者多缸并联使用。

本发明的优点就在于利用进水自身的压力和循环油加压通过注水装置增压缸对油田进行增压注水，增压缸只设一个注水出口，同时不产生回水，使进水全部注入油层，可适用于油田有回水管网或无回水管网的各种注水井。本发明的增压缸活塞采用球形塞体自定位防偏活塞结构，解决了增压缸分两段安装同轴度要求高的问题，对安装活塞偏差要求降低、提高了活塞的使用寿命。本发明增压缸的活塞换向采用活塞触碰感应换向机构，保证了在产生高压水的情况下使阀件正确换向。阀组单向阀采用球阀结构解决了锥型阀因气蚀及水腐蚀阀件关闭不严造成换向失灵的缺陷。因而本发明具有广阔的发展前景。

                        附图说明

以下结合附图对本发明做进一步的说明。

图1是本发明的外形结构示意图；

图2是本发明的油田增压注水装置工作流程示意图；

图3是本发明的油田增压注水装置增压缸结构示意图；

图4是本发明的增压缸活塞触碰感应换向机构结构示意图；

图5是本发明的单向阀球阀结构示意图；

图6是本发明的自定位防偏活塞结构放大示意图。

参照图1和图2，本发明的油田增压注水装置由增压缸1以及自循环油压站2组成，自循环油压站2由油阀组3、水阀组4、油泵5、油箱6、蓄能器7、过滤器8、电磁换向阀9和冷却器10构成，此外，增压缸1的下部有底座、油箱6侧边设置控制柜、油箱6上部与油泵连接设有电机。如图2，增压缸1内的活塞及中间连接体将增压缸1分隔为A、B、C、D四个腔，其中油腔A腔和D腔的进出口分别与自循环油压站2的油阀组3出口进口相接、水腔B腔和C腔的进出口分别与水阀组4出口进口相接，自循环油压站2的油阀组3供油口与油泵5的出口连接、回油口与油箱6的回油管线连接、油阀组3一旁口还连接有平衡油阀组内油压的蓄能器7，水阀组4两进水阀与过滤器8及进水管线连接、两出水阀与高压井注水管线连接，电磁换向阀9电路分别与油阀组3和水阀组4控制电路并联、与增压缸1活塞触碰感应换向机构控制电路串连。油阀组3和水阀组4均采用单向阀，单向阀采用球阀结构、油阀组3为桥式连接方式。增压缸1活2塞触碰感应换向机构在增压缸中间的连接体上。

参照图3，本发明的增压缸1由缸盖1-1、缸体1-8、中间连接体1-9、活塞1-2～7、连杆1-10和活塞触碰感应换向机构1-11等组成，缸体1-8分为两段，活塞采用球形塞体自定位防偏活塞结构由压盖1-2、压板1-3、凹型压板1-4、密封体1-5、隔环1-6和球形活塞体1-7构成。在增压缸工作活塞移动过程中，如缸体有一定角度的偏斜，将由凹型压板1-4与球形活塞体1-7组成的转动付自动进行矫正；如连杆1-10发生与轴线平行偏移，压板1-3与凹型压板1-4平行面组成的滑动付将自动进行调整。采用球形塞体自定位防偏活塞结构防止了两段缸体1-8与活塞因轴线不同心所导致严重的磨损而可能造成的事故。

参照图4以及图3，活塞触碰感应换向机构1-11由阀芯1-11-1、阀体1-11-2、空腔1-11-3和感应块1-11-4构成，阀芯1-11-1位于阀体1-11-2内并可前后移动，空腔1-11-3位于阀体1-11-2内阀体与阀芯之间随阀芯1-11-1移动增大或变小，阀芯1-11-1中心设有不贯通孔1-11-_孔1并有斜孔1-11-_{孔 2}通向空腔，阀芯的一端设有与之接触的感应块1-11-4。当增压缸B腔增压时，高压水经不贯通孔1-11-_孔1和斜孔1-11-_孔2进入空腔1-11-3，使空腔1-11-3扩大并使1-11-B面左移，同时阀芯1-11-1向外使1-11-A面始终处于凸出阀体1-11-2的位置。当左端活塞右移到止点位置时，活塞将碰到1-11-A面推动阀芯1-11-1移动、碰到感应块1-11-4，通过控制回路由电磁换向阀9执行换向。当增压缸C腔处于增压状态时，换向过程原理同上，如此往复使感应控制回路接通和断开，通过电磁换向阀9使油阀组3与水阀组4换向。

参照图5，如图，采用球阀结构阀件关闭时，球阀与孔密封接触线L始终不停留在一个固定位置上，从而解决了锥阀结构的孔与锥阀密封接触线因气蚀及水介质腐蚀使密封线很快被破坏而无法使用的难题。

参照图6，本发明的球形塞体自定位防偏活塞由球形活塞体1-7、隔环1-6、密封体1-5、凹型压板1-4、压板1-3和压盖1-2等构成，凹型压板1-4与压板1-3为平面接触，球形活塞体1-7与凹型压板1-4为球面接触，并通过压盖1-2压紧装配于连杆上。隔环1-6与密封体1-5装配于活塞体上将缸体分隔成两个隔离的腔。当连杆带动球形活塞体1-7在缸体中运行时，如果连杆与缸体的轴线有偏差，通过球形活塞体1-7与凹型压板1-4的球面可使球形活塞体1-7自动调整其轴线与缸体平行，不会因连杆与缸体的轴线偏差而产生活塞体偏磨，影响产品使用寿命、甚至出现卡死现象。活塞的球形活塞体1-7也可以采用椭圆形活塞体。

                        具体实施方式

以下是本发明的一个实施例，本发明的实际使用并不局限于实施例。

实施例1，采用本发明利用进水自身的压力和循环油加压通过注水装置增压缸对注水增压，增压缸的活塞采用球型塞体自定位防偏活塞结构、增压缸活塞换向采用活塞触碰感应换向机构以及循环油油阀组采用球阀结构的油田增压注水装置。来水压力11MPa，由油田增压注水装置向地层注水，高压注水出口压力26MPa，能连续注水5个月。注水工作符合注水要求。大大节省了能量，降低了成本，注水操作方便，易于推广使用。

实施例2，采用本发明利用进水自身的压力和循环油加压通过注水装置增压缸对注水增压，增压缸的活塞采用椭圆形塞体自定位防偏活塞结构、增压缸活塞换向采用活塞触碰感应换向机构以及循环油油阀组采用球阀结构的油田增压注水装置。来水压力15MPa，由油田增压注水装置向地层注水，高压注水出口压力27MPa，能连续注水4个月无故障。

Claims (9)

1、一种油田增压注水装置，其特征在于由增压缸(1)、自循环油压站(2)两部分组成，增压缸(1)内的活塞及中间连接体将增压缸(1)分隔为A、B、C、D四个腔，自循环油压站(2)由油阀组(3)、水阀组(4)、油泵(5)、油箱(6)、蓄能器(7)、过滤器(8)、电磁换向阀(9)、冷却器(10)构成，增压缸(1)的油腔A腔和D腔的进出口分别与自循环油压站(2)的油阀组(3)出口进口相接、水腔B腔和C腔的进出口分别与自循环油压站(2)的水阀组(4)出口进口相接，油阀组(3)供油口与油泵(5)的出口连接、回油口经过冷却器(10)与自循环油压站(2)油箱(6)的回油管线连接、油阀组(3)一旁口还连接有平衡油阀组内油压的蓄能器(7)，水阀组(4)两进水阀与过滤器(8)及进水管线连接、两出水阀与高压井注水管线连接，电磁换向阀(9)电路分别与油阀组(3)和水阀组(4)控制电路并联、与增压缸(1)活塞触碰感应换向机构控制电路串连。

2、根据权利要求1所述的油田增压注水装置，其特征在于的增压缸的活塞采用球形塞体自定位防偏活塞结构，活塞由球形活塞体、隔环、密封体、凹型压板、压板和压盖构成，球形活塞体外与增压缸轴线垂直的活塞体中线部位装有隔环，密封体装于球形活塞体与增压缸缸壁接触部位，凹型压板装于球形活塞体两侧，凹型压板外为压板，压板外轴端为压盖。

3、根据权利要求1所述的油田增压注水装置，其特征在于增压缸缸径系列范围为φ100-φ250毫米，活塞行程范围为300-700毫米；增压缸缸体内表面加工精度公差5-10级，粗糙度0.2-0.4，圆柱度6-9级；自循环油压站的油阀组选用球形阀芯结构；水阀组采用普通截止阀；油泵为斜盘型手动变量泵，排量30-120毫升/转，排出压力最大40Mpa；油箱的容积为0.3-1.5立方米；蓄能器选用型号为NXQ₂F型，压力最高40Mpa，容积5-25升；过滤器流量200-600升/分钟，压力最高40Mpa；电磁换向阀为电信号自动控制换向；冷却器为风冷方式。

4、根据权利要求1所述的油田增压注水装置，其特征在于冷却器为水冷方式。

5、根据权利要求1所述的油田增压注水装置，其特征在于增压缸的活塞换向采用活塞触碰感应换向机构，活塞触碰感应换向机构由阀芯、阀体、空腔和感应块构成，阀芯位于阀体内并可前后移动，空腔位于阀体内阀体与阀芯之间随阀芯移动增大或变小，阀芯中心设有不贯通孔并有斜孔通向空腔，阀芯的一端设有与之可接触的感应块。

6、据权利要求1或2所述的油田增压注水装置，其特征在于增压缸活塞的球形活塞体与隔环配合处接触面尺寸为φ50-φ220毫米，公差4-10级，粗糙度0.2-1.6；球形活塞体与缸体配合处接触面尺寸为φ80-φ220毫米，粗糙度0.4-3.2；球形活塞体与凹型压板配合处球面尺寸为SR50-SR500毫米，粗糙度0.2-1.6；隔环与球形活塞体配合处接触面尺寸为φ50-φ220毫米，公差4-11级，粗糙度0.2-1.6，隔环厚度15-45毫米；密封体选用聚四氟乙烯的KDFD系列格来圈；凹型压板球面尺寸为SR50-SR500毫米，厚度15-80毫米。

7、根据权利要求1所述的油田增压注水装置，其特征在于球形塞体自定位防偏活塞的球形活塞体采用椭圆形活塞体，塞体与凹型压板配合处采用椭球面。

8、根据权利要求1所述的油田增压注水装置，其特征在于油阀组(3)和水阀组(4)的单向阀采用插入式球阀。

9、据权利要求1所述的油田增压注水装置，其特征在于根据对增压注水排量不同要求，可以将油腔与水腔对调，即A腔与D腔进水和排水、B腔与C腔进油和排油。

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