注聚井容积式低剪切聚合物注入装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及油田注聚井地面分配装置技术领域，特别是涉及到一种注聚井容积式低剪切聚合物注入装置及其使用方法。

背景技术

聚合物驱是一种有效提高采收率的方法，在现场应用广泛。主要原理是通过增加注入液的粘度、改善流度比，提高驱替相波及区域，从而提高原油采收率，因此注入液的粘度很大程度上影响了驱油效果。目前聚驱低剪切地面流量控制装置主要是通过能量损耗的方式使流体动能降低，以减轻湍流和机械剪切作用对聚合物分子链的破坏，实现低剪切流量控制。存在的主要问题是在大压差下，流体流速过快使聚合物分子链撕裂，溶液粘度保留率低，影响了驱油效果。

在申请号：CN98214357.5的中国专利申请中，涉及到一种锥阀式低剪切流量控制器，具有阀体和阀芯，其阀体内腔壁呈文丘里管形状，阀体设置有入口管，阀体上端设置有压盖法兰，压盖法兰与阀体静密封压盖法兰内串设有阀杆，阀杆上端连接执行机构，下端连动阀芯，阀芯呈锥型。利用双长锥形阀式结构实现聚合物流量调节的目的，将文丘里管缩径调节流量的原理及方法与针型阀式的结构结合起来，形成一个锥形的流量控制器，主要结构包括阀体和阀芯。

在申请号：CN201020579853.2的中国专利申请中，涉及到一种低剪切流量控制阀，包括阀体、出口挡帽、调节环、右挡帽、调节杆、压帽、第一阀芯、第二阀芯、第三阀芯、第四阀芯、第五阀芯。采用阀芯与阀芯之间锥面配合和调节杆改变调节环的距离及阀芯与阀芯之间锥面配合状态，以改变聚合物进出口压差的结构。实现3Mpa压差下，聚合物粘度保留率＞90％。

在申请号：CN201520023319.6的中国专利申请中，涉及到一种油田用新型低剪切母液流量控制器，所述的静态混合器是由外壳体(1)和低剪切索性锥阀(2)组成；外壳体(1)中含有多个密封零件，低剪切梭形锥阀(2)插装在外壳体(1)内，且低剪切梭形锥阀(2)的中心线与外壳体(1)的中心线重合。依靠梭形锥阀径向回转、扩散的原理实现聚合物母液平稳从出口流出，避免了常规锥阀机械剪切力，降低母液流量控制器导致的聚合物粘度损失。

在申请号：CN201520897670.8的中国专利申请中，涉及到一种低剪切聚合物流量控制器涉及阀门控制器，是由阀体、阀芯和电动阀构成，其阀体内腔呈文丘里管形状，阀体内置有阀芯，阀芯的顶端固定连接着阀芯拉杆，阀芯拉杆顶端穿过阀体顶端螺杆连接的密封上盖，阀芯拉杆的顶端与电动阀的输出杆通过连接器连接，所述的阀芯主体的中间为圆柱体、圆柱体顶端与锥体Ⅰ的底面固定连接；圆柱体的底端与锥体Ⅱ的底面固定连接，阀体底端设有出液口，上部设有进液口。将原有的阀芯顶端连接锥体，增大过流面积、减小流速、同时形成减压仓，极大的减小了粘度损失。

以上现有技术均与本发明有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，为此我们发明了一种新的注聚井容积式低剪切聚合物注入装置及其使用方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现聚合物溶液从干线到井口的低剪切注入，对提高聚合物溶液粘度保留率，提高驱油效果具有重要的意义的注聚井容积式低剪切聚合物注入装置及其使用方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：注聚井容积式低剪切聚合物注入装置，该注聚井容积式低剪切聚合物注入装置包括第一电动阀、缓冲装置、第二电动阀、蓄能器和第三电动阀，管线A为聚合物溶液的输入干线，该第一电动阀的入口和出口分别与管线A和该缓冲装置相连，该第二电动阀的入口和出口分别与该缓冲装置和该蓄能器相连，该第三电动阀入口与该缓冲装置相连，出口连接管道B通向井口装置，该缓冲装置和该蓄能器通过调节缓冲液体的流量间接调节聚合物液体的速度。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该注聚井容积式低剪切聚合物注入装置还包括时序模块，该时序模块连接于该第一电动阀、该第二电动阀和该第三电动阀，控制该第一电动阀、该第二电动阀和该第三电动阀的开关次序和开度。

该缓冲装置包括活塞和缸体，该活塞安装在该缸体内部，可在该缸体内做往复运动，该活塞初始位置位于该缸体最左侧，该活塞右侧的腔体中提前充满液压油。

该蓄能器包括气囊及壳体，该气囊位于该壳体中，该气囊中的压强大小可以通过顶端阀门进行调节。

在聚合物溶液由干线A进入该注聚井容积式低剪切聚合物注入装置时，该时序模块控制该第一电动阀开启，保持该第三电动阀关闭，此时该活塞位于最左端，该时序模块控制该第二电动阀开度使聚合物溶液能够缓速进入该缓冲装置。

随着液体进入该缓冲装置，推动该活塞向右运动，该活塞右侧的液压油进入该蓄能器，并压缩该气囊，待该活塞到达最右侧，该时序模块关闭该第一电动阀，开启该第三电动阀。

由于井口压力小于干线压力，该气囊膨胀，将液压油压回该缓冲装置中，并推动该活塞向左运动；该时序模块控制该第二电动阀的开度以控制该活塞运动速度，使该活塞缓速推动聚合物溶液流出该缓冲装置，经由管线B进入注聚井中。

该活塞回到最左端后，该时序模块关闭该第三电动阀，开启该第一电动阀，使聚合物溶液由干线再次流入装置。

本发明的目的也可通过如下技术措施来实现：注聚井容积式低剪切聚合物注入方法，其特征在于，该注聚井容积式低剪切聚合物注入方法采用了注聚井容积式低剪切聚合物注入装置，包括：

步骤1，聚合物溶液由干线A进入该注聚井容积式低剪切聚合物注入装置，时序模块控制第一电动阀开启，保持第三电动阀关闭，此时缓冲装置的活塞位于最左端，时序模块控制第二电动阀开度使聚合物溶液能够缓速进入缓冲装置；

步骤2，随着液体进入缓冲装置，推动活塞向右运动，活塞右侧的液压油进入蓄能器，并压缩蓄能器的气囊，待活塞到达最右侧，时序模块关闭第一电动阀，开启第三电动阀；

步骤3，由于井口压力小于干线压力，气囊膨胀，将液压油压回缓冲装置中，并推动活塞向左运动；时序模块控制第二电动阀的开度以控制活塞运动速度，使活塞缓速推动聚合物溶液流出缓冲装置，经由管线B进入注聚井中；

步骤4，活塞回到最左端后，时序模块关闭第三电动阀，开启第一电动阀，使聚合物溶液由干线再次流入装置。

本发明中的注聚井容积式低剪切聚合物注入装置及其使用方法，首次将容积式装置应用于聚合物地面流量控制系统，通过能量转换的方式实现聚合物低剪切注入；设置缓冲装置和蓄能器，通过调节缓冲液体的流量间接调节聚合物液体的速度。本发明主要可用于油田注聚井地面流程，实现聚合物溶液从干线到井口的低剪切注入，对提高聚合物溶液粘度保留率，提高驱油效果具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明的注聚井容积式低剪切聚合物注入装置的一具体实施例的结构图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。

本发明为解决大压差下聚合物地面流量控制装置粘度保留率低的问题，设计一种容积式低剪切聚合物注入装置。主要包括三个电动阀、缓冲装置、蓄能器等组成。电动阀采用电力控制开关及开度，并通过时序模块控制开关次序及时间。缓冲装置由缸体、活塞等构成，活塞在缸体内部做往复运动，缸体内设有位置传感器，通过测得的活塞位置数据，可以得到聚合物溶液的流量。蓄能器主要包括壳体和气囊等组成。三个电动阀分别设置于干线与缓冲装置入口间，缓冲装置与蓄能器间，以及缓冲装置出口与井口间。

通过时序模块控制电动阀开关次序和开度，使聚合物溶液可以以无剪切的速度进入缓冲装置，并给蓄能器充能。通过时序模块再次控制电动阀的开关次序和开度，使聚合物溶液可以以无剪切的速度流出缓冲装置注入井中，从而实现聚合物溶液低剪切注入，同时通过控制进入缓冲装置的溶液体积，可以对聚合物溶液流量进行控制。

设置缓冲装置和蓄能器，通过能量转换的方式实现低剪切注入。通过控制电动阀开关次序和开度，使聚合物溶液可以以无剪切的速度进入缓冲装置，并给蓄能器充能。通过再次控制电动阀的开关次序和开度，使聚合物溶液可以以无剪切的速度流出缓冲装置，注入井中，从而实现聚合物溶液低剪切注入，同时通过控制进入缓冲装置的溶液体积，可以对聚合物溶液流量进行控制。

以下为应用本发明的几个具体实施例。

实施例1

本发明所述的装置由第一电动阀1、缓冲装置2、第二电动阀3、蓄能器4、第三电动阀5、时序模块6等构成。管线A为聚合物溶液的输入干线。电动阀1入口和出口分别与管线A和缓冲装置2相连，由电力控制其开关状态，通过电线连接到6时序装置。缓冲装置2包括活塞21、缸体22构成。活塞21安装在缸体22内部，可以在缸体22内做往复运动，活塞21初始位置位于缸体22最左侧，活塞右侧的腔体中提前充满液压油。第二电动阀3的入口和出口分别与缓冲装置2和蓄能器4相连，由电力控制其开关状态及开度，通过电线连接到6时序装置。蓄能器4包括气囊41及壳体42构成。气囊41中的压强大小可以通过顶端阀门进行调节。第三电动阀5入口与缓冲装置2相连，出口连接管道B通向井口装置，由电力控制其开关状态，通过电线连接到6时序装置。

实施例2

本发明所述装置的使用方法为，聚合物溶液由干线A进入装置，时序模块控制电动阀1开启，保持第三电动阀5关闭，此时活塞21位于最左端，控制第二电动阀3开度使聚合物溶液能够缓速进入缓冲装置2。在随着液体进入缓冲装置，推动活塞向右运动，活塞右侧的液压油进入蓄能器4，并压缩气囊41。待活塞21到达最右侧，时序模块6关闭第一电动阀1，开启第三电动阀5。由于井口压力小于干线压力，蓄能器4的气囊41膨胀，将液压油压回缓冲装置2中，并推动活塞21向左运动。通过时序模块6控制电动阀2的开度可以控制活塞21运动速度，使活塞21缓速推动聚合物溶液流出缓冲装置2，经由管线B进入注聚井中。活塞回到最左端后，关闭第三电动阀，开启第一电动阀，使聚合物溶液由干线再次流入装置。

在装置工作过程中，第一电动阀1和第三电动阀5始终保持全开或全关的状态，有效避免了聚合物溶液流经阀门时内径突变造成的机械剪切，提高了粘度保留率。通过控制第二电动阀3的开度可以控制活塞21运动速度，即始终控制聚合物溶液以较低速度流入或流出装置，避免流速过快造成聚合物溶液分子链撕裂，粘度下降的情况。通过这两个方面的设计，大大提高了聚合物溶液的粘度保留率，实现聚合物的低剪切注入。

实施例3：

在应用本发明的具体实施例3中，阀1和阀5也可以采用气动球阀，执行速度相对较快，能够减少球阀开闭时间，进一步减少在开闭过程中对聚合物的剪切作用，提高粘度保留率。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述实施例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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。