CN117823099B - 一种二氧化碳驱油与封存工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化碳驱油与封存工具，涉及油气开采与碳封存技术，包括中间中空下部封死的柱状外壳，所述外壳内部设置有内筒，外壳侧面开设有多个外壳空隙，内筒的侧面开设有和外壳空隙数量相同且处于同一高度的凹槽，凹槽内设置有微泡发生***，凹槽厚度与微泡发生***的厚度相同，微泡发生***与外壳的内壁贴合，凹槽底部开设有内筒空隙；所述内筒底部连接有旋转法兰，旋转法兰通过联轴器连接有电机控制装置。本发明可以对二氧化碳进行微气泡处理，将二氧化碳以微气泡方式高效输入地层，实现驱油以及二氧化碳封存的目的。
Description
技术领域
本发明涉及油气开采与碳封存技术领域，尤其涉及一种二氧化碳驱油与封存工具。
背景技术
将二氧化碳埋入地下进行驱油或者封存对于提高油气生产效率和提升二氧化碳封存量具有十分重要的意义。常规二氧化碳泡沫半衰期短、易破裂、稳定性能差，且在低渗透油藏中，出现“注不进”的现象，限制二氧化碳泡沫驱技术和封存技术的应用，为解决常规二氧化碳泡沫的问题，通过二氧化碳微气泡发泡片将注入井下的二氧化碳调制成直径为1-100μm微气泡，可以有效解决常规二氧化碳泡沫“注不进”的问题，并且产生的泡沫更均匀，性能更佳，同时可以采用无起泡剂的方式制备，经济效益好。
但是二氧化碳微气泡发泡片容易受到油污等地层流体影响，二氧化碳微气泡封存工具的使用需要与实际实施工艺相匹配，即每次二氧化碳封存或驱油作业时间内工具需要正常工作，工具中的微气泡发泡片不能被油污堵塞，因此如何将二氧化碳微气泡高效的注入地层是需要优先解决的问题。
发明内容
为了解决如何将二氧化碳微气泡高效注入地层的问题，本发明提出一种二氧化碳驱油与封存工具，解决上述问题。
本发明公开了一种二氧化碳驱油与封存工具，包括中间中空下部封死的柱状外壳，所述外壳内部设置有内筒，外壳侧面开设有多个外壳空隙，内筒的侧面开设有和外壳空隙数量相同的凹槽，凹槽内设置有微泡发生***，凹槽厚度与微泡发生***的厚度相同，微泡发生***与外壳的内壁贴合，凹槽底部开设有内筒空隙；
所述内筒底部连接有旋转法兰，旋转法兰通过联轴器连接有电机控制装置。
优选的，所述内筒上端口处设置有顶部密封盖，顶部密封盖上设置有卡簧槽，卡簧槽内设置有固定卡簧对外壳和内筒进行限位固定。
优选的，所述内筒两端以及顶部密封盖上设置有密封圈槽，密封圈槽内设置有密封圈。
优选的，所述内筒空隙连通微泡发生***和内筒的内部空间，并且内筒空隙的尺寸小于凹槽的尺寸。
优选的，所述微泡发生***包括与内筒空隙贴合的滤网和与外壳内壁贴合的微泡发生片。
优选的，所述微泡发生片为多孔陶瓷。
优选的，所述旋转法兰上设置有传感器安装槽，传感器安装槽内设置有压力传感器，压力传感器与电机控制装置连接。
优选的，所述电机控制装置包括电机外壳，电机外壳上方设置有电机顶盖，电机外壳内设置有与联轴器以及压力传感器连接的电机，电机下方依次设置有控制短节和电池短节。
优选的，所述内筒底部与旋转法兰固定连接，旋转法兰通过联轴器与电机的转轴连接。
本发明的有益效果：
本发明公开的二氧化碳驱油与封存工具中通过电机控制***控制电机转到带动微气泡发生***转动，对二氧化碳进行微气泡处理，将二氧化碳以微气泡方式高效输入地层，实现驱油以及二氧化碳封存的目的。
附图说明
图1为本发明实施例的二氧化碳驱油与封存工具的整体结构示意图；
图2为本发明实施例的二氧化碳驱油与封存工具的剖视图；
图3为本发明实施例的二氧化碳驱油与封存工具的顶部密封盖结构示意图；
图4为本发明实施例的二氧化碳驱油与封存工具的微气泡发生***结构示意图；
图5为本发明实施例的二氧化碳驱油与封存工具的微气泡发生***的局部剖视图；
图6为本发明实施例的二氧化碳驱油与封存工具的联轴器连接方式示意图；
图7为本发明实施例的二氧化碳驱油与封存工具的微气泡发生***固定结构示意图；
图8为本发明实施例的二氧化碳驱油与封存工具的控制短节中PCB控制逻辑示意框图。
附图标记如下：
1-外壳，2-固定卡簧，20-卡簧槽，21-传感器安装槽，22-联轴器大端孔位，23-联轴器小端孔位，3-密封圈，30-密封圈槽，4-外壳空隙，5-微泡发生片，6-滤网，7-联轴器，8-电机顶盖，9-控制短节，10-电池短节，11-顶部密封盖，12-内筒空隙，13-内筒，14-压力传感器，15-电机，16-电机外壳，17-旋转法兰。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开了一种二氧化碳驱油与封存工具，二氧化碳驱油与封存工具在上方通过母口与管道通过螺纹连接。如图1所示，二氧化碳驱油与封存工具包括中间中空下部封死的柱状外壳1，外壳1内部设置有内筒13，外壳1侧面每隔九十度开设有四个外壳空隙4，内筒13的侧面开设有和外壳空隙4数量相同且几何中心处于同一高度的凹槽，使得内筒13旋转至相应位置时微泡发生***可以和外壳空隙4连通，凹槽内设置有微泡发生***，凹槽厚度与微泡发生***的厚度相同，微泡发生***与外壳1的内壁贴合，凹槽底部开设有内筒空隙12。内筒空隙12连通微泡发生***和内筒13的内部空间，并且内筒空隙12的尺寸小于凹槽的尺寸。内筒13底部连接有旋转法兰17，旋转法兰17通过联轴器7连接有电机控制装置。
如图1-图3所示，内筒13上端口处设置有顶部密封盖11，使内筒13与上方的气体隔开，令二氧化碳只能通过母口进入内筒13。顶部密封盖11上设置有卡簧槽20，卡簧槽20内设置有固定卡簧2对外壳1和内筒13进行限位固定。内筒13两端以及顶部密封盖11上设置有密封圈槽30，密封圈槽30内设置有密封圈3，其目的是防止大气泡的二氧化碳通过内筒空隙12进入外壳1，再通过外壳空隙4进入油管，保证在二氧化碳灌入时，内筒13中的压力逐步增大。
微泡发生***的结构示意图和剖视图如图4、图5和图7所示，微泡发生***包括与内筒空隙12贴合的滤网6和与外壳1内壁贴合的微泡发生片5。微泡发生片5和滤网6与凹槽的尺寸大小相同，且内筒空隙12小于凹槽，使得微泡发生***固定在凹槽中。其中，微泡发生片5为多孔陶瓷。二氧化碳进入内筒13时，携带有杂质与颗粒，可能会对内筒13造成损伤。当注入大气泡的二氧化碳时，首先通过贴合内筒空隙12的滤网6，滤除二氧化碳中的杂质和颗粒，再进入微泡发生片5，将大气泡的二氧化碳转化为微小气泡。在完成二氧化碳的微小气泡化和杂质剔除之后，微小气泡的二氧化碳通过内筒空隙12进入外壳1，再通过外壳空隙4离开二氧化碳驱油与封存工具。密封圈3能防止大气泡的二氧化碳通过内筒空隙12进入外壳1，但允许微小气泡的二氧化碳通过内筒空隙12进入外壳1。
如图2所示，旋转法兰17上设置有传感器安装槽21，传感器安装槽21内设置有压力传感器14，压力传感器14与电机控制装置连接。如图6所示，联轴器7上端开设有联轴器大端孔位22，旋转法兰17的下端固定设置在联轴器大端孔位22中；联轴器7下端开设有联轴器小端孔位23，电机15的电机转轴固定设置在联轴器小端孔位23中。随着二氧化碳的输入，内筒13中的压力逐步增大，当压力达到阈值时，挤压旋转法兰17，旋转法兰17再将压力传递给压力传感器14，压力传感器14将压力变化量转换为电信号。压力传感器14与电机15通过电线相连，压力传感器14产生的电信号通过电线传递给电机控制装置，以达到启动电机15的作用。
电机控制装置包括电机外壳16，电机外壳16上方设置有电机顶盖8，电机外壳16内设置有与联轴器7以及压力传感器14连接的电机15，电机15下方依次设置有控制短节9和电池短节10。电池短节10能存储多余的电量，当二氧化碳的含量降低，导致内筒13中的压力降低时，压力未达到压力传感器14的阈值，压力传感器14停止向控制短节9输出电信号，此时控制短节9驱动电机15回到初始状态。为延长电机15与电池短节10寿命，防止过快磨损，电机顶盖8与电机外壳16都对电机15起到保护作用，外壳1也将电机控制装置完全包裹保护。
如图8所示为控制短节9中的PCB控制逻辑示意框图，虚线连接表示由电池短节10直接供电，实线连接表示控制短节9中各模块之间的电信号传输。通过电池短节10可以给控制短节9中的微控制器、ADC采样电路、无刷直流电机驱动器以及控制短节9外的压力传感器14供电。开始工作时，压力传感器14由于受到压力逐渐增大，传递给ADC采样电路的电压信号也逐渐增大，电压信号通过AD转换为数字信号，经微控制器处理后，判断其是否超过预设值，超过预设值，则微控制器给直流电机驱动器发送控制信号，从而驱动电机15转动。通过微控制器读取电机编码器数据，可以得到电机转子的位置速度信息，通过ADC采样采集电机的相电流数据，结合电流数据使用串级PID控制算法从而可以精确控制转动位置。当停止工作时，由于筒内二氧化碳逐渐减少，压力降低，压力传感器14的电压信号降低，当电压信号AD转换值低于预设值时，微控制器控制电机15回到初始状态进入待机模式。
内筒13底部与旋转法兰17固定连接，旋转法兰17通过联轴器7与电机15的转轴连接，其目的是固定电机控制装置。为了防止电机15在地底受到油污污染等损耗，电机控制装置由外壳1包裹保护。为防止微泡发生***被地底油污污染，在二氧化碳驱油与封存工具下降过程中，微泡发生片5与内筒空隙12分离，此时微泡发生***停止工作。
本实施例中公开的二氧化碳驱油与封存工具的外壳1上端有母头，可以与钻杆或油管的公头相连接，使用本工具时应使工具竖直入井，并在工具的上端安装有密封器，当工具到达作业深度时，应先使用密封器将工具上端密封，确保生成的微气泡不会向上排出，以免影响作业效果。当不断注入二氧化碳气体时，内筒13中的压力逐渐增大，传递给附在旋转法兰17上面的压力传感器14，压力达到阈值时，压力传感器14将压力变化量转化为电信号，产生的电信号将通过连接的电线控制电机15开始工作。电机转轴与联轴器7同轴安装，电机15启动时，电机转轴通过联轴器7带动旋转法兰17旋转，旋转法兰17与内筒13的底部固定连接从而带动内筒13旋转，使微泡发生***与外壳空隙4之间形成通路，滤网6滤除气体中的杂质与颗粒，微泡发生片5将二氧化碳气体转化为二氧化碳微气泡，并顺利排出，从而降低内部压力。通过上述过程将二氧化碳以微气泡方式高效输入地层，达到驱油以及二氧化碳封存的目的。
以上显示并描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种二氧化碳驱油与封存工具，其特征在于，包括中间中空下部封死的柱状的外壳（1），所述外壳（1）内部设置有内筒（13），外壳（1）侧面开设有多个外壳空隙（4），内筒（13）的侧面开设有和外壳空隙（4）数量相同的凹槽，凹槽内设置有微泡发生***，微泡发生***与外壳（1）的内壁贴合，凹槽底部开设有内筒空隙（12）；
所述内筒（13）底部连接有旋转法兰（17），旋转法兰（17）通过联轴器（7）连接有电机控制装置；
所述旋转法兰（17）上设置有传感器安装槽（21），传感器安装槽（21）内设置有压力传感器（14），压力传感器（14）与电机控制装置连接；
所述电机控制装置包括电机外壳（16），电机外壳（16）上方设置有电机顶盖（8），电机外壳（16）内设置有与联轴器（7）以及压力传感器（14）连接的电机（15），电机（15）下方依次设置有控制短节（9）和电池短节（10）；
所述内筒（13）底部与旋转法兰（17）固定连接，旋转法兰（17）通过联轴器（7）与电机（15）的转轴连接；
当不断注入二氧化碳气体时，内筒（13）中的压力逐渐增大，传递给附在旋转法兰（17）上面的压力传感器（14），压力达到阈值时，压力传感器（14）将压力变化量转化为电信号，产生的电信号通过连接的电线控制电机（15）开始工作，电机（15）的转轴与联轴器（7）同轴安装，电机（15）启动时，电机（15）的转轴通过联轴器（7）带动旋转法兰（17）旋转，旋转法兰（17）与内筒（13）的底部固定连接从而带动内筒（13）旋转，使微泡发生***与外壳空隙（4）之间形成通路，滤网（6）滤除气体中的杂质与颗粒，微泡发生***将二氧化碳气体转化为二氧化碳微气泡，并顺利排出，从而降低内部压力。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳驱油与封存工具，其特征在于，所述内筒（13）上端口处设置有顶部密封盖（11），顶部密封盖（11）上设置有卡簧槽（20），卡簧槽（20）内设置有固定卡簧（2）对外壳（1）和内筒（13）进行限位固定。
3.根据权利要求2所述的一种二氧化碳驱油与封存工具，其特征在于，所述内筒（13）两端以及顶部密封盖（11）上设置有密封圈槽（30），密封圈槽（30）内设置有密封圈（3）。
4.根据权利要求3所述的一种二氧化碳驱油与封存工具，其特征在于，所述内筒空隙（12）连通微泡发生***和内筒（13）的内部空间。
5.根据权利要求4所述的一种二氧化碳驱油与封存工具，其特征在于，所述微泡发生***包括与内筒空隙（12）贴合的滤网（6）和与外壳（1）内壁贴合的微泡发生片（5）。
6.根据权利要求5所述的一种二氧化碳驱油与封存工具，其特征在于，所述微泡发生片（5）为多孔陶瓷。
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