CN201924902U - 密闭无罐多段协调控制注水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种密闭无罐多段协调控制注水装置，包括水源泵、提升泵、注水泵、变频器和控制系统；控制系统包括一控制器；变频器包括水源泵变频器、提升泵变频器以及注水泵变频器，分别用于根据所述控制器的输出信号控制水源泵、提升泵以及注水泵的速度；水源泵通过管道与提升泵、注水泵依次串联连接；水源泵的出口管道与提升泵的入口管道之间设置有一分支管道，分支管道上设置有一源水罐。本实用新型的密闭无罐多段协调控制注水装置简化了注水的工艺流程，从而避免了注水时注入水在其他管线及设备中的压力损失，降低了注水单耗；同时也满足了实时的大流量注入水的需求。

Description

密闭无罐多段协调控制注水装置

技术领域

本实用新型涉及一种油田注水装置，特别涉及一种基于提升泵和注水泵串联的密闭无罐多段协调控制注水装置。

背景技术

油田注水是我国油田开发的一种十分重要的开采方式，油田注水的目的是保证油层压力和补充底层能量，提高油藏采油速度和采收率，促使油井生产出更多的原油。油田注水装置是注水系统的重要组成部分，注水系统的效率由电动机效率、注水泵效率和注水管网效率三部分组成，随着油田注水开发的不断调整，油田区块配注水量也随之发生变化，因此提高管网效率是提高系统效率、降低注水能耗的重要环节；同时提高油田注水装置的适应性与灵活性，满足不同油田的对注水量的不同要求，也成为油田注水的重要环节。

图1为现有技术油田注水装置的结构示意图，如图1所示，传统的油田注水装置包括注水泵11、注水泵电机12和水罐15，有的还设有增压泵13和增压泵电机14。水罐15的出口与注水泵11的入口之间的管道上设置有增压泵13，增压泵入水管道和出水管道之间设置有旁通阀17，用于当增压泵13不工作时，注入水从水罐15经过旁通17进入注水泵11。注水泵11的出口与水罐15之间设置有回流通道16，当泵启动或停机时，从注水泵11出口流出的水量经过回流管道16回收到水罐15内。

现有的这种油田注水装置的注水管网比较复杂，从注入水进水罐15后再被注入增压泵13、注水泵11以及管线，这样压力损失比较大，不利于节省能源。

另外，虽然现有的油田注水装置有的已开始使用无罐注水的形式，有利于节约注水装置的能耗，但是由于注水泵与注水管网之间为一动态匹配过程，因此这些无罐注水装置不能同时满足多种配注要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于提升泵和注水泵串联的密闭无罐多段协调控制注水装置，以降低注水单耗，同时也能满足多种管网配注的需求。

本实用新型的密闭无罐多段协调控制注水装置，包括水源泵、提升泵、注水泵、变频器和控制系统；

控制系统包括一控制器；

变频器包括水源泵变频器、提升泵变频器以及注水泵变频器，分别用于根据所述控制器的输出信号控制水源泵、提升泵以及注水泵的速度，形成多段分段控制；

水源泵通过管道与提升泵、注水泵依次串联连接；

水源泵的出口管道与提升泵的入口管道之间设置有一分支管道，分支管道上设置有一源水罐，源水罐的入口和出口管道上均设置有一阀门。

本实用新型的密闭无罐多段协调控制注水装置，水源泵变频器根据控制器的输出信号控制水源泵的转速，对输入提升泵的水的流量和压力进行控制；提升泵变频器、注水泵变频器根据控制器的输出信号控制提升泵和注水泵的转速，从而实现对注水泵输入、输出的水的流量和压力的控制；同时，当注水水源实时的最大注入量由于注水装置本身的容量设计受到一定的限制时，控制器输出控制信号，使源水罐入口管道的阀门关闭，出口管道上的阀门打开到相应的开度，从而使所需的大量的注入水从水源注入的同时，从源水罐得到相应的补充。这样最终实现了提升泵输出的水的流量、压力与注水泵的输出的水的流量、压力的动态平衡，使系统达到平稳注水。

本密闭无罐多段协调控制注水装置，当从水源直接注水能满足实时注水量的需求时，控制器输出控制信号关闭源水罐入口和出口管道上的阀门，使水源泵将水源井或污水站输出的水直接输送到提升泵和注水泵，简化了注水的工艺流程，从而避免了注水时注入水在其他管线及源水罐中的压力损失，降低了注水单耗；当注水管网配注发生变化时，可以通过注水泵变频器、提升泵变频器分别控制注水泵和提升泵的转速来实现注水泵与注水管网之间的动态平衡，从而实现宽范围注水泵与注水管网的动态匹配。

下面通过附图和具体实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为现有技术油田注水装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例密闭无罐多段协调控制注水装置的结构示意图。

具体实施方式

图2为本实用新型实施例密闭无罐多段协调控制注水装置的结构示意图，如图2所示，本实用新型的密闭无罐多段协调控制注水装置包括水源泵201、提升泵202、注水泵203、变频器和控制系统；控制系统包括一控制器40；变频器包括水源泵变频器301、提升泵变频器302以及注水泵变频器303，分别用于根据控制器40的输出信号控制水源泵201、提升泵202以及注水泵203的速度，形成多段分段控制；水源泵201通过管道与提升泵202、注水泵203依次串联连接；水源泵201的出口管道与提升泵202的入口管道之间设置有一分支管道，分支管道上设置有一源水罐50，源水罐50的入口管道上设置有阀门603，出口管道上设置有阀门604。

根据用户的要求和/或现场工况，水源泵201可以设计一台或并联连接的多台，用于从一路或并连连接的多路水源将水输送到提升泵202和/或源水罐50；水源泵变频器301根据控制器40输出的控制信号控制各水源泵201的转速，从而实现对提升泵202的入水流量和压力进行控制。提升泵变频器302以及注水泵变频器303根据控制器40的输出信号分别控制提升泵202和注水泵203的转速，从而实现对注水泵203输入、输出的水的流量和压力的控制。在注水过程中，当注水水源的实时的最大注入水量能满足所需的实时注水量要求时，控制器40输出控制信号，使源水罐50入口管道上的阀门603和出口管道上的阀门604关闭，从而使所需的注入水从水源直接输送到提升泵和注水泵；当注水水源实时的最大注入水量由于注水装置本身的容量设计的限制而不能满足实时注水量的需求时，控制器40输出控制信号，使源水罐50入口管道的阀门603关闭，出口管道上的阀门604打开到相应的开度，从而使所需的大量的注入水从水源直接输入提升泵202的同时，另一部分从源水罐50输入提升泵202，以得到相应的补充。通过控制器40对各水源泵201、提升泵202和注水泵203以及多段管网中各阀门的控制，从而该装置能最终实现提升泵202输出的水的流量、压力与注水泵203输出的注水流量、压力的动态平衡，使系统达到平稳注水。

本密闭无罐多段协调控制注水装置，当从水源直接注水能满足实时注水量的需求时，水源泵201将水源井或污水站输出的注入水直接输送到提升泵202和注水泵203，简化了注水的工艺流程，从而避免了注水时注入水在其他管线及源水罐50等设备中的压力损失，降低了注水单耗；当从水源直接注水不能满足实时注入量的需求时，源水罐50中的水同时输出到提升泵202，从而满足了实时的注入水流量变化的需求。

较优地，为实现对油田注水的自动控制，本密闭无罐多段协调控制注水装置的控制器为协调组比控制器，协调组比控制器采用PLC、智能仪表或其他能实现一定控制方法的工控机的任何一种。注水泵203的入口管道设置有阀门605、流量计701和压力检测仪801，注水泵203的出口管道上设置有阀门606和压力检测仪802，上述各阀门、流量计和压力检测仪通过信号线与协调组比控制器相连，通过信号线将各流量计和压力检测仪检测到的测量值输出到协调组比控制器，协调组比控制器将阀门控制信号输出到各阀门以控制各阀门的状态开度；各水源泵201的出口管道上分别设置有一阀门601，从而可以选择从一路或多路水源注水；水源泵201与提升泵202之间的管道上设置有阀门602，从而当从水源直接注水能满足实时注水量的需求时，协调组比控制器输出控制信号，选择由水源泵201直接输送水到提升泵202和注水泵203的方式注水；当从水源直接注水不能满足实时注水量的需求时，协调组比控制器输出控制信号，使源水罐50中的水同时也补充输出到提升泵202，从而满足了实时流量变化的注入水需求。

上述实施例中各流量计和压力检测仪为本密闭无罐多段协调控制注水装置的控制系统的检测单元，检测单元检测的各管道中水的流量测量值和压力测量值，通过信号线将各测量值输出到控制系统的协调组比控制器。根据具体的工况，协调组比控制器设定各管道中水的流量参考值和压力参考值，协调组比控制器中的算术逻辑单元将各参考值与接收到的相应的各测量值作比较，得到相应的差值和/或差值变化率，针对各测量值、参考值、差值和/或差值变化率采用PID控制、模糊控制、神经网络或其他智能控制方法，得到各变频器的控制信号和各阀门的控制信号，并将各变频器的控制信输出到相应的变频器以控制相应泵的速度，将各阀门的控制信号输出到相应的阀门以控制相应阀门的状态开度。

水源泵变频器301根据协调组比控制器输出的控制信号，控制各水源泵201的转速，以进一步控制输入提升泵202的水的流量和压力，以实现对注水泵203的入口管道和出口管道中水的流量和压力的控制。协调组比控制器输出的阀门控制信号控制相应各阀门的状态开度，进一步实现对注水泵203入口管道和出口管道中水的流量和压力的控制，并满足实时注水量的需求。从而实现了提升泵202输出的水的流量和压力与注水泵203输出的水的流量和压力的动态平衡，使系统达到平稳注水，同时也增加了油田注水时注入水的流量和压力调节的灵活性。

进一步地，为了使注水泵203的入口管道的注入水的流量和压力高于设定的下限值，并低于设定的上限值，从而更好地保证注水泵203的安全，满足正常注水的要求，本密闭无罐多段协调控制注水装置的控制系统设置有一连锁保护单元。当注水泵203的入口管道上的流量计701测量得到的流量值或压力检测仪801测量得到的压力值低于设定的相应的下限值，或者高于设定的相应的上限值时，连锁保护单元输出开关控制信号到各泵和阀门，关闭各泵和阀门，使整个注水装置停止运行，从而进一步确保注水装置的安全。此连锁保护单元可以通过协调组比控制器用软件来实现，也可以通过逻辑控制电路来实现，也可以采用软件和逻辑控制电路相结合的方式来实现。

进一步地，为了防止注入水中夹带的过大的杂质进入泵体，造成对泵体过流部件的损坏，提升泵202的出口管道上设置有一过滤器90。

进一步地，源水罐50的入口管道和注水泵203的出口管道之间设置有一回流分支管道，所述回流分支管道上设置有一回流阀607。当注水装置启动或停止时，回流阀607打开，从注水泵203流出的水经回流分支管道流回源水罐50。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种密闭无罐多段协调控制注水装置，其特征在于：包括水源泵、提升泵、注水泵、变频器和控制系统；

所述控制系统包括一控制器；

所述变频器包括水源泵变频器、提升泵变频器以及注水泵变频器，分别用于根据所述控制器的输出信号控制所述水源泵、所述提升泵以及所述注水泵的速度，形成多段分段控制；

所述水源泵通过管道与所述提升泵、所述注水泵依次串联连接；

所述水源泵的出口管道与所述提升泵的入口管道之间设置有一分支管道，所述分支管道上设置有一源水罐，所述源水罐的入口和出口管道上均设置有一阀门。

2.根据权利要求1所述的密闭无罐多段协调控制注水装置，其特征在于：所述注水泵的入口管道和出口管道上均设置有阀门和压力检测仪，所述注水泵的入口管道上还设置有流量计；

所述控制器为协调组比控制器；

各阀门、流量计和压力检测仪通过信号线与所述协调组比控制器相连，通过信号线将各流量计和压力检测仪检测到的测量值输出到所述协调组比控制器；

所述协调组比控制器为PLC或智能仪表。

3.根据权利要求1或2所述的密闭无罐多段协调控制注水装置，其特征在于：所述水源泵为一台或并联连接的多台，用于从一路或多路水源将水输送到所述提升泵和/或所述源水罐。

4.根据权利要求3所述的密闭无罐多段协调控制注水装置，其特征在于：各所述水源泵的出口管道上分别设置有一阀门，所述水源泵与所述提升泵之间的管道上设置有一阀门。

5.根据权利要求4所述的密闭无罐多段协调控制注水装置，其特征在于：所述提升泵的出口管道上设置有一过滤器。

6.根据权利要求4所述的密闭无罐多段协调控制注水装置，其特征在于：所述源水罐的入口管道和所述注水泵的出口管道之间设置有一回流分支管道，所述回流分支管道上设置有一回流阀。

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