專利名稱：數(shù)控油氣水三相分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)控油氣水三相分離器，屬于機(jī)電一體化的油田生產(chǎn)機(jī)電作業(yè)裝備技術(shù)領(lǐng)域。
在油田生產(chǎn)過程中，需要把從每口油井采出的原油、伴生天然氣和水三種物質(zhì)分別進(jìn)行計量，從而統(tǒng)計每天的生產(chǎn)數(shù)量并作為生產(chǎn)過程中的原始數(shù)據(jù)記錄備案。為了將從油井噴流出來的油氣水三相混合體分別計量，需要在計量站內(nèi)設(shè)置一個三相分離器，把從油井流出的原油、伴生氣和水分離之后再分別加以計量。目前的三相分離器有多種類型，但其基本原理大體都是把三相混合物注入分離器中，利用氣油水三者的比重差別進(jìn)行分離首先是氣體從混合物中脫離并逸出液面，這是因為氣體與原油的比重差較大，游離的氣體就會比較容易地從油與水的液體中分離出來。但是水和油的比重差別較小，水從混合液中沉降的速度與油和水的比重差以及水滴的直徑平方成正比，而與原油的粘度成反比。為了要使水從原油中分離出來就需要使混合液在分離器中有足夠的停留時間，當(dāng)油、水分離之后再將其分別從各自的原油出口和水出口排出分離器，再將分離出來的油、伴生氣、水三相物質(zhì)分別用各自的流量計計量其流量，同時要將油、氣、水三相各自的流出計量速度控制到與油井的產(chǎn)量相均衡。
采用傳統(tǒng)方法的三相分離器是用自動控制儀表來完成三相出口流量控制的，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作要求高，管理困難，油田的現(xiàn)場操作人員受其技術(shù)和文化水平的限制，難以掌握運(yùn)用和維護(hù)，因此，在國內(nèi)三相分離計量使用較少，并不普及。
本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)電結(jié)構(gòu)簡單，操作維護(hù)方便，可在油田現(xiàn)場推廣使用的機(jī)電一體化的數(shù)控油氣水三相分離器。
本發(fā)明是由一個機(jī)械三相分離器及其控制裝置兩部分組成。機(jī)械分離器結(jié)構(gòu)簡單，制造使用都很簡便。控制裝置全部選用機(jī)電一體化的標(biāo)準(zhǔn)系列單元組成，沒有傳統(tǒng)控制裝置的復(fù)雜自動化硬件回路，也不會出現(xiàn)各種傳統(tǒng)布線邏輯電路的麻煩和困擾，而由機(jī)電一體化的集成模塊和軟件控制其運(yùn)行，因而工作可靠，管理簡便，并且可把油田產(chǎn)量的計量通過過程控制工作站納入用信息技術(shù)管理整個油田系統(tǒng)的一個有機(jī)組成，是油田生產(chǎn)作業(yè)裝備機(jī)電一體化的更新?lián)Q代產(chǎn)品。
下面結(jié)合附圖，具體介紹本發(fā)明。


圖1是本發(fā)明的機(jī)械分離器結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖2是本發(fā)明的控制裝置原理示意圖。
本發(fā)明是由機(jī)械分離器和控制裝置兩部分組成的。機(jī)械分離器的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1所示。1是分離器罐體，它是一個用鋼板焊制成的，臥躺放置的長圓筒型，其中裝有多個平板形溢流擋板2的密閉容器。來自被計量油井的原油經(jīng)由計量站閥組的分配，從罐體1的進(jìn)口處1A流入分離器里。分離器罐體1中裝有若干級溢流擋板2，它使比重高的液體從擋板下部流到下一級擋板的下側(cè)，比重輕的液體則可從擋板的上部溢入下一級的上側(cè)，其中溢流擋板2的首級焊接在分離器的上部，迫使原油都從該擋板的下部流往下級擋板。之后的擋板2都焊接在罐體的中間部位。當(dāng)原油流經(jīng)每一級擋板時都會發(fā)生上述的比重分選，使原油逐漸聚集到容器的上部，水則逐漸地聚集到下部，經(jīng)多級分離之后，到最后一級時水和油就比較層次分明地分離開了，也就是說，在溢流擋板的最后一級，油水的分界面就相當(dāng)清楚和明顯了。而原油中的伴生天然氣因其比重明顯小于油水液體，故在其進(jìn)入分離器罐體里，就會馬上逸出液體而充滿在分離器頂部的空間中，而在分離器罐體的另一端頂部、底部和端蓋中間部位上，分別安裝接有數(shù)控計量閥7、8、6的伴生氣、水和原油的出口4、5、3。油、氣、水就從中自的出口3、4、5中流出分離器罐體，其流出的速度則由數(shù)控計量閥6、7、8分別獨立控制。而且，在出口處都安裝有相應(yīng)的數(shù)據(jù)敏感(采集)單元，例如由銳孔板及差壓采集單元10壓力采集單元11采集氣流量的組成參數(shù)，油流量及水流量則由括板流量計13、14計量，并由計數(shù)采集單元15、16采集其流量參數(shù)。而在排氣出口處4的罐體段部裝有濾油網(wǎng)4A，數(shù)控計量閥7和溫度采集單元12等都裝在其后側(cè)。在罐體1后部端蓋下部的適當(dāng)部位上還裝有一個微波含水采集單元17。由于水和原油的介電常數(shù)μ有著明顯的數(shù)值差別。利用整個裝置系統(tǒng)在工作時，采集單元17敏感到的數(shù)據(jù)總是介乎水和油的數(shù)據(jù)之間，就能通過控制進(jìn)口1A處的流量使得分離器末端的油水介面維持在微波含水采集單元敏感的位置上。上述的各種數(shù)控計量閥單元和各種數(shù)據(jù)采集單元都是當(dāng)代機(jī)電一體化的標(biāo)準(zhǔn)系列單元產(chǎn)品，已經(jīng)可以從市場上選購成品或由工廠定制。這些敏感單元裝置或執(zhí)行單元(如數(shù)控計量閥)裝置都有與其相對應(yīng)的集成化適配模塊控制，本發(fā)明的控制系統(tǒng)配置如圖2所示。
在圖2中與各機(jī)電一體化單元裝置相對應(yīng)的適配模塊都用其原來單元裝置的序號來標(biāo)準(zhǔn)之，只是增加一個小三角框。其中各數(shù)控計量閥分別有控制模塊和數(shù)據(jù)反饋模塊，用字母A、B區(qū)別之。這些適配模塊都插裝在控制介面箱18里的接口介面(又稱工業(yè)控制器)19上，接口介面箱18通過其中的接口介面19和電纜21把上述數(shù)字和/或模擬的集成適配模塊與油田的中央控制微機(jī)一通用系統(tǒng)過程控制工作站20相連通，構(gòu)成一個有機(jī)聯(lián)系的控制整體系統(tǒng)。這里控制介面箱18是通用控制工作站20的一個外圍設(shè)備，一個工作站可以管理許多個介面箱，而每一個介面箱都可以連接彼此相關(guān)或不相關(guān)的各種采集或執(zhí)行單元?？刂乒ぷ髡?0是油田生產(chǎn)過程控制的核心設(shè)備，它和介面箱一樣也是機(jī)電一體化的標(biāo)準(zhǔn)系列設(shè)備，均可選用美國機(jī)電一體化公司(ME-CHATRONIC EQUIPMEN INC.)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。介面箱的型號為I/O K32，工作站的型號為CS-1。在I/O K30介面箱中已裝有美國OPT22系列的接口介面PB16AH和PB16H。在工作站里裝有通用過程控制軟件PARAGON。這是一種能進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)和控制的智能化軟件，用戶只要把分離器的控制關(guān)系和控制策略作為工作站總的控制策略的一個組成部分輸入工作站，工作站中的PARAGON就能按照用戶的意圖自動生成一套管理該計量站及分離器的過程控制軟件，運(yùn)行時，系統(tǒng)就能采集到屬于該計量站及配套裝置的高質(zhì)量的數(shù)據(jù)信息流。把這些控制裝置連入系統(tǒng)后，本發(fā)明也成為整個油田生產(chǎn)的一個有機(jī)組成部分，是油田設(shè)備機(jī)電一體化的更新?lián)Q代產(chǎn)品。
由于本發(fā)明全部采用機(jī)電一體化標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品，沒有傳統(tǒng)控制裝置的復(fù)雜自動化電路，所以不會出現(xiàn)各種硬件布線邏輯的干擾和故障，因而工作可靠，管理簡便，可以由油田現(xiàn)場人員操作使用。
需要說明的是采用本發(fā)明裝置后，盡管用戶可以把各自的意圖輸入工作站“讓”PARAGON編制運(yùn)行軟件，但是無論用戶采用什么策略去控制該裝置，事實上，PARAGON還是會根據(jù)差壓采集單元10和壓力采集單元控制出氣數(shù)控閥單元7，根據(jù)介面采集單元17控制出水?dāng)?shù)控閥單元8，根據(jù)油氣介面的差壓采集單元控制出油數(shù)控閥6……，并且由于數(shù)控閥6、7、8的特性，其數(shù)字操作量與流量之間保持嚴(yán)格的密切關(guān)聯(lián)，可使PARAGON在裝置運(yùn)行一段時間之后，從處理歷史數(shù)據(jù)中用數(shù)學(xué)回歸方法找到兩者之間的正確函數(shù)關(guān)系，在這之后，PARAGON就可直接利用此函數(shù)關(guān)系來計算油、水產(chǎn)量，括板流量計7和8也就不再需要了?？傊甈ARAGON是一種自適應(yīng)性很強(qiáng)的智能化軟件，隨著裝置的操作使用，它會從中找出更加正確合適的控制關(guān)系來，使本發(fā)明成為油田納入信息技術(shù)管理的一個環(huán)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控油氣水的三相分離器，由機(jī)械分離器和控制裝置兩部分組成，其特征在于機(jī)械分離器是一個臥躺放置的長圓筒型、其中裝有多個平板形溢流擋板的密閉容器，容器的一端接原油進(jìn)口，在另一端的頂部，底部和端蓋中間部位上，分別安裝接有數(shù)控計量閥的氣、水、油的出口處都安裝有相應(yīng)的數(shù)據(jù)敏感(采集)單元，在端蓋下部還裝有微波含水采集單元，各采集單元的適配模塊都插裝在控制介面箱里的接口介面上，并由介面箱通過電纜與裝有微機(jī)的通用系統(tǒng)過程控制工作站相連通。
2.如權(quán)利要求1所述的三相分離器，其特征在于所述的溢流擋板，首級應(yīng)焊接在容器上部，使原油從該擋板下側(cè)流往下級擋板。
3.如權(quán)利要求1所述的三相分離器，其特征在于位于容器另一端頂部的排氣出口處裝有濾油網(wǎng)，其后才是數(shù)控氣計量閥。
4.如權(quán)利要求1所述的三相分離器，其特征在于由差壓采集單元和壓力采集單元氣流量組成參數(shù);由括板流量計和計數(shù)采集單元集油、水的流量參數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的三相分離器，其特征在于控制介面箱可選用美國ME.公司的I/O K32型號產(chǎn)品。
6.如權(quán)利要求1所述的三相分離器，其特征在于通用過程控制工作站可選用美國ME.公司的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，其型號為CS-1。
全文摘要
一種數(shù)控油氣水三相分離器，由機(jī)械分離器和控制裝置兩部分組成。機(jī)械分離器是一個臥躺放置的長圓筒形密閉容器，其中裝有多個平板形溢流擋板，在罐體尾端的頂部、底部和中間是氣、水和油的出口，那兒配裝有各自的數(shù)控計量閥和數(shù)據(jù)采集單元，它們的適配模塊則插裝在控制介面箱里的接口介面上，通過電纜與裝有微機(jī)的通用系統(tǒng)控制工作站相連通，由PARAGON軟件進(jìn)行自適應(yīng)控制和調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)簡單操作方便，是可在現(xiàn)場使用的機(jī)電一體化新裝備。
文檔編號E21B43/34GK1067390SQ91103539
公開日1992年12月30日 申請日期1991年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月1日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠