CN111911814A - 就地增压节能型油田注水装置及其注水方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种就地增压节能型油田注水装置及其注水方法。就地增压节能型油田注水装置，包括：第一管网，第一管网与注水站连接；第二管网，第二管网通过第一控制阀与第一管网连接；第三管网，第三管网通过第一水泵与第二管网连接，第三管网与第二管网之间设置有压差检测装置，且第三管网连通至注水井，其中，第一水泵由第一电机驱动；储水罐，储水罐与第二管网之间连接有第二控制阀和第二水泵，储水罐与第三管网之间连接有第三控制阀，其中，第二水泵由第二电机驱动；控制***，控制***与第一电机、第二电机、第一控制阀、第二控制阀及第三控制阀电性连接。本发明还公开了一种就地增压节能型油田注水装置的注水方法。

Description

就地增压节能型油田注水装置及其注水方法
技术领域
本发明涉及油田开采技术领域，特别是涉及一种就地增压节能型油田注水装置及其注水方法。
背景技术
油田注水作为陆上油田基本的开发方式，当储层油藏自然压力衰竭时，常被运用在二次采油中，是油田开发中稳油增产的重要措施之一。注水量和注水压力作为最主要的注水参数，直接影响着注水效率和注水效果。
目前，油田注水大都通过将注水站的水经注水泵升压后，经注水干线输送到各配水间，然后由配水间将升压后的来水注入注入井。在这个过程中，需要根据油井注水的压力、流速等参数的变化，动态调整注水流量。这一要求会使得在现有油田注水装置中，注水井所需压力与注水站输出的水压之差由管网、控制阀、注水管柱及喷水嘴来分担。两者的压力差越大，注水装置的效率越低。这将造成大量的能源的浪费。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种就地增压节能型油田注水装置及其注水方法。
第一方面，本发明的就地增压节能型油田注水装置，包括：
第一管网，所述第一管网与注水站连接；
第二管网，所述第二管网通过第一控制阀与所述第一管网连接；
第三管网，所述第三管网通过第一水泵与所述第二管网连接，所述第一水泵的两侧设置有压差检测装置，且所述第三管网连通至注水井，其中，所述第一水泵由第一电机驱动；
储水罐，所述储水罐与所述第二管网之间连接有第二控制阀和第二水泵，所述储水罐与所述第三管网之间连接有第三控制阀，其中，所述第二水泵由第二电机驱动；
控制***，所述控制***与所述第一电机、所述第二电机、所述第一控制阀、所述第二控制阀及所述第三控制阀电性连接。
本发明的就地增压节能型油田注水装置可设置在注水井的就地侧，可根据注水井期望压力的实时要求，调节第一电机转速和控制第二电机的投切，动态调节第一水泵运行速度来和储水罐内气体部分压力以确保输入注水井的注水压力与期望压力一致，且直接设置在就地侧可以降低管网、控制阀、注水管柱及喷水嘴间的压力差，具有显著的节能效果，可有效解决现有油田装置注水过程中能耗损失大、能量利用率低的问题。
上述技术方案在一种实施方式中，所述控制***包括相互电性连接的启动电路、转速调节电路、保护电路和控制电路；
所述启动电路与所述第一电机电性连接；
所述转速调节电路与所述第一电机电性连接；
所述控制电路与所述第一电机、所述第二电机、所述第一控制阀、所述第二控制阀及所述第三控制阀电性连接。
上述技术方案在一种实施方式中，所述启动电路包括第一接触器KM1和启动限流电阻FR；
所述第一电机的定子线圈与三相电网相连，其转子线圈与所述第一接触器KM1相连，所述第一接触器KM1与所述启动限流电阻FR的一端相连，所述启动限流电阻FR的另一端接地。
上述技术方案在一种实施方式中，所述转速调节电路包括第二接触器KM2、不可控整流器DR、电感Ls、功率开关管S、二极管D、储能电容C、逆变桥B和缓冲电感LD；
所述第二接触器KM2的一端与所述第一电机的转子线圈相连，所述第二接触器KM2的另一端与所述不可控整流器DR的输入端相连，所述不可控整流器DR的输出端高压侧与所述电感Ls相连，所述电感Ls与所述功率开关管S的源极相连，所述电感Ls与所述二极管D的阴极相连，所述二极管D的阳极与所述储能电容C的正极、所述逆变桥B的输入端高压侧相连，所述逆变桥B的输入端低压侧与所述缓冲电感LD的一端相连，所述不可控整流器DR的低压侧与所述功率开关管S的漏极相连，所述储能电容C的低压侧与所述不可控整流器DR的低压侧相连，所述不可控整流器DR的低压侧与所述缓冲电感LD的另一端相连。
上述技术方案在一种实施方式中，所述保护电路包括第三接触器KM3和变压器T；
所述第三接触器KM3的一端与所述逆变桥B的输出端相连，所述第三接触器KM3的另一端与所述变压器T的低压侧相连，所述变压器T的高压侧与三相电网相接。
上述技术方案在一种实施方式中，所述第一电机为绕线电机或双馈电机。
第二方面，本发明的就地增压节能型油田注水装置的注水方法，应用于上述任一项所述的就地增压节能型油田注水装置中，包括：
当注水井所需压力大于第一水泵全速运行时的来水增压值时，控制***控制第一水泵全速运行，关闭第二控制阀，根据注水井注水压力的实时要求，控制第三控制阀的开度来确保输入注水井的注水压力与期望压力一致；
当注水井所需压力小于第一水泵全速运行时的来水增压值时，控制***控制关闭第三控制阀，并根据注水井注水压力的实时要求，调节第一电机转速，改变第一水泵运行速度来确保输入注水井的注水压力与期望压力一致；
当储水罐内气体部分压力未达到正常储压值且当注水井所需压力小于第一水泵全速运行时的来水增压值时，控制***控制开通第二控制阀，并启动第二电机，使第二水泵投入工作，直至储水罐内气体部分压力达到正常储压值。
本发明的就地增压节能型油田注水装置的注水方法可根据注水井期望压力的实时要求，调节第一电机转速和控制第二电机的投切，动态调节第一水泵运行速度来和储水罐内气体部分压力以确保输入注水井的注水压力与期望压力一致，且注水过程可自动调节，具有显著的节能效果，可有效解决现有油田装置注水过程中能耗损失大、能量利用率低的问题。
进一步优选地，启动电路在第一电机启动过程中短接第一电机的转子线圈，使第一电机进入启动状态；
待第一电机的转速达到额定转速的60-80％时，将第一电机的转子线圈接入转速调节电路中；
控制电路通过对第一水泵两侧压差和注水井的期望压力进行运算，通过运算结果控制转速调节电路改变反馈到第一电机的定子线圈的电流值来调节第一电机的转速；
保护电路通过检测第一电机的转子线圈电流、反馈第一电机的定子线圈电流和转速调节电路中直流母线电压来确保整个电路的正常工作。
进一步优选地，所述启动电路在第一电机启动过程中短接第一电机的转子线圈，使第一电机进入启动状态，包括：当第一电机启动时，控制电路发出指令，闭合第一接触器KM1、断开第二接触器KM2、断开第三接触器KM3，启动电路在第一电机启动过程中短接第一电机的转子线圈，使第一电机进入启动状态；
所述待第一电机的转速达到额定转速的60-80％时，将第一电机的转子线圈接入转速调节电路中，包括：当控制电路检测第一电机的转速达到额定转速60-80％时，闭合第二接触器KM2、闭合第三接触器KM3，控制电路发出指令，调节功率开关管S驱动信号PWM1的占空比，使馈入交流母线的电流i'f处于一恒定值，以维持第一电机转速恒定；
所述控制电路通过对第一水泵两侧压差和注水井的期望压力进行运算，通过运算结果控制转速调节电路改变反馈到第一电机的定子线圈的电流值来调节第一电机的转速，包括：控制电路对第一水泵两侧的压差和注水井的期望压力进行运算，并通过结合第一水泵的转速、压力和流量的曲线，通过调节功率开关管S驱动信号PWM1的占空比，改变馈入交流母线的电流i'f的数值，使第一电机的转速维持在与给定压力对应时的转速；
所述保护电路通过检测第一电机的转子线圈电流、反馈第一电机的定子线圈电流和转速调节电路中直流母线电压来确保整个电路的正常工作，包括：当控制电路检测到第一电机的转速、转速调节电路输出电压和电流、直流环节电压和电流及馈入交流母线的电流i'f异常时，发出保护信号使油田注水装置停止运行。
相对于现有技术，本发明的就地增压节能型油田注水装置及其注水方法，注水装置可设置在注水井的就地侧，可根据注水井期望压力的实时要求，调节第一电机转速和控制第二电机的投切，动态调节第一水泵运行速度来和储水罐内气体部分压力以确保输入注水井的注水压力与期望压力一致，且注水装置直接设置在就地侧以及注水过程自动调节可以降低管网、控制阀、注水管柱及喷水嘴间的压力差，具有显著的节能效果，可有效解决现有油田装置注水过程中能耗损失大、能量利用率低的问题。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1是本发明的就地增压节能型油田注水装置优选结构的连接示意图。
图2是控制***优选结构的电路连接图。
具体实施方式
在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于其构造进行定义的，它们是相对的概念。因此，有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
第一方面，请参阅图1，图1是本发明的就地增压节能型油田注水装置优选结构的连接示意图。
本发明的就地增压节能型油田注水装置，包括第一管网1、第二管网2、第三管网3、储水罐4和控制***。
所述第一管网1与注水站A连接。所述第二管网2通过第一控制阀5与所述第一管网1连接。所述第三管网3通过第一水泵6与所述第二管网2连接，所述第一水泵6的两侧设置有压差检测装置，且所述第三管网3连通至注水井B，其中，所述第一水泵6由第一电机7驱动。
所述储水罐4与所述第二管网2之间连接有第二控制阀8和第二水泵9，所述储水罐4与所述第三管网3之间连接有第三控制阀10，其中，所述第二水泵9由第二电机11驱动。
所述控制***与所述第一电机7、所述第二电机11、所述第一控制阀5、所述第二控制阀8及所述第三控制阀10电性连接。
本发明的就地增压节能型油田注水装置可设置在注水井的就地侧，可根据注水井期望压力的实时要求，调节第一电机转速和控制第二电机的投切，动态调节第一水泵运行速度来和储水罐内气体部分压力以确保输入注水井的注水压力与期望压力一致，且直接设置在就地侧可以降低管网、控制阀、注水管柱及喷水嘴间的压力差，具有显著的节能效果，可有效解决现有油田装置注水过程中能耗损失大、能量利用率低的问题。
具体实施时，注水站A位于远程侧，注水站A无需给来水增压或增压至较低数值。本发明的就地增压节能型油田注水装置设置注水井B的就地侧。所述储水罐4上部为密闭的气体，下部为液体，液体的液位高度可波动。所述第一控制阀5正常工作时处于常开状态，当就地侧部分需要维护和检修时才处于关闭状态。
具体地，请进一步参阅图2，图2是控制***优选结构的电路连接图。
所述控制***包括相互电性连接的启动电路、转速调节电路、保护电路和控制电路。
所述启动电路与所述第一电机7电性连接。
所述转速调节电路与所述第一电机7电性连接。
所述控制电路与所述第一电机7、所述第二电机11、所述第一控制阀5、所述第二控制阀8及所述第三控制阀10电性连接。
优选地，所述启动电路包括第一接触器KM1和启动限流电阻FR。
所述第一电机7的定子线圈与三相电网相连，其转子线圈与所述第一接触器KM1相连，所述第一接触器KM1与所述启动限流电阻FR的一端相连，所述启动限流电阻FR的另一端接地。
进一步，所述转速调节电路包括第二接触器KM2、不可控整流器DR、电感Ls、功率开关管S、二极管D、储能电容C、逆变桥B和缓冲电感LD。
所述第二接触器KM2的一端与所述第一电机7的转子线圈相连，所述第二接触器KM2的另一端与所述不可控整流器DR的输入端相连，所述不可控整流器DR的输出端高压侧与所述电感Ls相连，所述电感Ls与所述功率开关管S的源极相连，所述电感Ls与所述二极管D的阴极相连，所述二极管D的阳极与所述储能电容C的正极、所述逆变桥B的输入端高压侧相连，所述逆变桥B的输入端低压侧与所述缓冲电感LD的一端相连，所述不可控整流器DR的低压侧与所述功率开关管S的漏极相连，所述储能电容C的低压侧与所述不可控整流器DR的低压侧相连，所述不可控整流器DR的低压侧与所述缓冲电感LD的另一端相连。
优选地，所述保护电路包括第三接触器KM3和变压器T。
所述第三接触器KM3的一端与所述逆变桥B的输出端相连，所述第三接触器KM3的另一端与所述变压器T的低压侧相连，所述变压器T的高压侧与三相电网相接。
另外，所述第一电机7可以为绕线电机或双馈电机。
第二方面，本发明的就地增压节能型油田注水装置的注水方法，应用于所述的就地增压节能型油田注水装置中，包括：
S1.当注水井B所需压力大于第一水泵6全速运行时的来水增压值时，控制***控制第一水泵6全速运行，关闭第二控制阀8，根据注水井B注水压力的实时要求，控制第三控制阀10的开度来确保输入注水井B的注水压力与期望压力一致。
S2.当注水井B所需压力小于第一水泵6全速运行时的来水增压值时，控制***控制关闭第三控制阀10，并根据注水井B注水压力的实时要求，调节第一电机7转速，改变第一水泵6运行速度来确保输入注水井B的注水压力与期望压力一致。
S3.当储水罐4内气体部分压力未达到正常储压值且当注水井B所需压力小于第一水泵6全速运行时的来水增压值时，控制***控制开通第二控制阀8，并启动第二电机11，使第二水泵9投入工作，直至储水罐4内气体部分压力达到正常储压值。
本发明的就地增压节能型油田注水装置的注水方法可根据注水井期望压力的实时要求，调节第一电机转速和控制第二电机的投切，动态调节第一水泵运行速度来和储水罐内气体部分压力以确保输入注水井的注水压力与期望压力一致，且注水过程可自动调节，具有显著的节能效果，可有效解决现有油田装置注水过程中能耗损失大、能量利用率低的问题。
在第一电机7启动及运行过程中：
S10.启动电路在第一电机7启动过程中短接第一电机7的转子线圈，使第一电机7进入启动状态。
S20.待第一电机7的转速达到额定转速的60-80％时，将第一电机7的转子线圈接入转速调节电路中。
S30.控制电路通过对第一水泵6两侧压差和注水井B的期望压力进行运算，通过运算结果控制转速调节电路改变反馈到第一电机7的定子线圈的电流值来调节第一电机7的转速。
S40.保护电路通过检测第一电机7的转子线圈电流、反馈第一电机7的定子线圈电流和转速调节电路中直流母线电压来确保整个电路的正常工作。
以下结合启动电路、转速调节电路和控制电路的具体电路连接结构，说明本发明的就地增压节能型油田注水装置的注水方法的控制过程：
S101.当第一电机7启动时，控制电路发出指令，闭合第一接触器KM1、断开第二接触器KM2、断开第三接触器KM3，启动电路在第一电机7启动过程中短接第一电机7的转子线圈，使第一电机7进入启动状态。
S201.当控制电路检测第一电机7的转速达到额定转速60-80％时，闭合第二接触器KM2、闭合第三接触器KM3，控制电路发出指令，调节功率开关管S驱动信号PWM1的占空比，使馈入交流母线的电流i'f处于一恒定值，以维持第一电机7转速恒定。
S301.控制电路对第一水泵6两侧的压差和注水井B的期望压力进行运算，并通过结合第一水泵6的转速、压力和流量的曲线，通过调节功率开关管S驱动信号PWM1的占空比，改变馈入交流母线的电流i'f的数值，使第一电机7的转速维持在与给定压力对应时的转速。
S401.当控制电路检测到第一电机7的转速、转速调节电路输出电压和电流、直流环节电压和电流及馈入交流母线的电流i'f异常时，发出保护信号使油田注水装置停止运行。
相对于现有技术，本发明的就地增压节能型油田注水装置及其注水方法，注水装置可设置在注水井的就地侧，可根据注水井期望压力的实时要求，调节第一电机转速和控制第二电机的投切，动态调节第一水泵运行速度来和储水罐内气体部分压力以确保输入注水井的注水压力与期望压力一致，且注水装置直接设置在就地侧以及注水过程自动调节可以降低管网、控制阀、注水管柱及喷水嘴间的压力差，具有显著的节能效果，可有效解决现有油田装置注水过程中能耗损失大、能量利用率低的问题。
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。

Claims (9)

1.一种就地增压节能型油田注水装置，其特征在于，包括：
第一管网，所述第一管网与注水站连接；
第二管网，所述第二管网通过第一控制阀与所述第一管网连接；
第三管网，所述第三管网通过第一水泵与所述第二管网连接，所述第一水泵的两侧设置有压差检测装置，且所述第三管网连通至注水井，其中，所述第一水泵由第一电机驱动；
储水罐，所述储水罐与所述第二管网之间连接有第二控制阀和第二水泵，所述储水罐与所述第三管网之间连接有第三控制阀，其中，所述第二水泵由第二电机驱动；
控制***，所述控制***与所述第一电机、所述第二电机、所述第一控制阀、所述第二控制阀及所述第三控制阀电性连接。
2.根据权利要求1所述的就地增压节能型油田注水装置，其特征在于：所述控制***包括相互电性连接的启动电路、转速调节电路、保护电路和控制电路；
所述启动电路与所述第一电机电性连接；
所述转速调节电路与所述第一电机电性连接；
所述控制电路与所述第一电机、所述第二电机、所述第一控制阀、所述第二控制阀及所述第三控制阀电性连接。
3.根据权利要求2所述的就地增压节能型油田注水装置，其特征在于：所述启动电路包括第一接触器KM1和启动限流电阻FR；
所述第一电机的定子线圈与三相电网相连，其转子线圈与所述第一接触器KM1相连，所述第一接触器KM1与所述启动限流电阻FR的一端相连，所述启动限流电阻FR的另一端接地。
4.根据权利要求3所述的就地增压节能型油田注水装置，其特征在于：所述转速调节电路包括第二接触器KM2、不可控整流器DR、电感Ls、功率开关管S、二极管D、储能电容C、逆变桥B和缓冲电感LD；
所述第二接触器KM2的一端与所述第一电机的转子线圈相连，所述第二接触器KM2的另一端与所述不可控整流器DR的输入端相连，所述不可控整流器DR的输出端高压侧与所述电感Ls相连，所述电感Ls与所述功率开关管S的源极相连，所述电感Ls与所述二极管D的阴极相连，所述二极管D的阳极与所述储能电容C的正极、所述逆变桥B的输入端高压侧相连，所述逆变桥B的输入端低压侧与所述缓冲电感LD的一端相连，所述不可控整流器DR的低压侧与所述功率开关管S的漏极相连，所述储能电容C的低压侧与所述不可控整流器DR的低压侧相连，所述不可控整流器DR的低压侧与所述缓冲电感LD的另一端相连。
5.根据权利要求4所述的就地增压节能型油田注水装置，其特征在于：所述保护电路包括第三接触器KM3和变压器T；
所述第三接触器KM3的一端与所述逆变桥B的输出端相连，所述第三接触器KM3的另一端与所述变压器T的低压侧相连，所述变压器T的高压侧与三相电网相接。
6.根据权利要求1-5任一项所述的就地增压节能型油田注水装置，其特征在于：所述第一电机为绕线电机或双馈电机。
7.一种就地增压节能型油田注水装置的注水方法，应用于权利要求1-6任一项所述的就地增压节能型油田注水装置中，其特征在于，包括：
当注水井所需压力大于第一水泵全速运行时的来水增压值时，控制***控制第一水泵全速运行，关闭第二控制阀，根据注水井注水压力的实时要求，控制第三控制阀的开度来确保输入注水井的注水压力与期望压力一致；
当注水井所需压力小于第一水泵全速运行时的来水增压值时，控制***控制关闭第三控制阀，并根据注水井注水压力的实时要求，调节第一电机转速，改变第一水泵运行速度来确保输入注水井的注水压力与期望压力一致；
当储水罐内气体部分压力未达到正常储压值且当注水井所需压力小于第一水泵全速运行时的来水增压值时，控制***控制开通第二控制阀，并启动第二电机，使第二水泵投入工作，直至储水罐内气体部分压力达到正常储压值。
8.根据权利要求7所述的就地增压节能型油田注水装置的注水方法，其特征在于，启动电路在第一电机启动过程中短接第一电机的转子线圈，使第一电机进入启动状态；
待第一电机的转速达到额定转速的60-80％时，将第一电机的转子线圈接入转速调节电路中；
控制电路通过对第一水泵两侧压差和注水井的期望压力进行运算，通过运算结果控制转速调节电路改变反馈到第一电机的定子线圈的电流值来调节第一电机的转速；
保护电路通过检测第一电机的转子线圈电流、反馈第一电机的定子线圈电流和转速调节电路中直流母线电压来确保整个电路的正常工作。
9.根据权利要求8所述的就地增压节能型油田注水装置的注水方法，其特征在于，所述启动电路在第一电机启动过程中短接第一电机的转子线圈，使第一电机进入启动状态，包括：当第一电机启动时，控制电路发出指令，闭合第一接触器KM1、断开第二接触器KM2、断开第三接触器KM3，启动电路在第一电机启动过程中短接第一电机的转子线圈，使第一电机进入启动状态；
所述待第一电机的转速达到额定转速的60-80％时，将第一电机的转子线圈接入转速调节电路中，包括：当控制电路检测第一电机的转速达到额定转速60-80％时，闭合第二接触器KM2、闭合第三接触器KM3，控制电路发出指令，调节功率开关管S驱动信号PWM1的占空比，使馈入交流母线的电流i'f处于一恒定值，以维持第一电机转速恒定；
所述控制电路通过对第一水泵两侧压差和注水井的期望压力进行运算，通过运算结果控制转速调节电路改变反馈到第一电机的定子线圈的电流值来调节第一电机的转速，包括：控制电路对第一水泵两侧的压差和注水井的期望压力进行运算，并通过结合第一水泵的转速、压力和流量的曲线，通过调节功率开关管S驱动信号PWM1的占空比，改变馈入交流母线的电流i'f的数值，使第一电机的转速维持在与给定压力对应时的转速；
所述保护电路通过检测第一电机的转子线圈电流、反馈第一电机的定子线圈电流和转速调节电路中直流母线电压来确保整个电路的正常工作，包括：当控制电路检测到第一电机的转速、转速调节电路输出电压和电流、直流环节电压和电流及馈入交流母线的电流i'f异常时，发出保护信号使油田注水装置停止运行。
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