一种稠油水力分解消泡器及控制方法与流程

本发明涉及石油、天然气勘探测试领域。更具体地说，本发明涉及一种稠油水力分解消泡器及控制方法。

背景技术：

目前随着海上油气资源的不断开采，可开采优质原油储量不断减少，对于稠油井的生产开发需求日趋增大，但是在稠油井试油测试过程中，经常出现原油堵塞管线、流动困难以及油包气情况的出现，当原油流动到计量罐时，造成液位虚高，影响原油的准确计量，同时也影响整口井测试作业的正常进行以及资料录取的准确性。

之前使用的解决方法是在流体流动过程中进行加热，同时使用简易旋流管进行降粘，主要结构特点是在旋流管底部加装滤网，但是这种建议装置在除气效果上非常差，原油粘度大的情况下，流体会粘连在旋流管内壁，起不到消泡除气作用。

原油分离器内部只有简易反射板，该设备在含气稠油的初期分离效果很差，达不到除气效果，反而会增加稠油的泡沫，所以需要在消泡设备和方式进行改进。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种稠油消泡器，旋流装置内部构成对外界封闭系统，通过其内的压力控制器调整压力，加速液气分离，提高分离效率。

本发明还有一个目的是提供一种稠油消泡器控制方法，模糊控制器根据稠油的粘度和流量控制旋流装置内的压力，降低气体在稠油内的溶解度，加速稠油内液气分离速度。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种稠油水力分解消泡器，旋流装置与分离器罐体的水平中线重合，并通过固定板连接在所述分离器罐体内部，其中，所述旋流装置包括：

流体进口，其通过所述分离器罐体内固定孔连接所述稠油管，所述流体进口用于通入稠油；

旋流场，其上端切向连接所述流体进口，下端连接液体管线，所述旋流场将稠油中液气进行分离；以及

气体管线出口，其固定在所述旋流装置上部，用于排出分离的气体；

液体管线出口，其固定在所述旋流装置下部，用于排出分离的液体；

压力泵，其固定在所述旋流装置的底部，用于控制旋流装置内的真空度。

优选的是，所述旋流装置通过螺栓与所述固定板固定。

优选的是，所述分离器罐体包括：

气体管线，其连接所述气体管线出口并设置在分离器罐体外部，用于排出分离的气体；

液体管线，其连接液体管线出口并设置在分离器罐体外部，用于排出分离的液体。

优选的是，所述旋流场采用不锈钢材质。

优选的是，还包括传感器集成，其包括：压力传感器，其安装在分离器罐体外部上方，用于检测所述旋流装置内的压力；油流量计，其布置在分离器油管线上，用于检测所述稠油的流量。

优选的是，还包括模糊控制器，其连接所述旋流装置和传感器集成，用于控制压力泵的真空度。

本发明的目的还通过一种稠油水力分解消泡器控制方法来实现，包括以下步骤：

稠油的粘度μ、流量G进行模糊化处理，稠油的粘度μ、流量G分为7个等级；所述稠油的粘度μ的模糊论域为[1,10]，其量化因子为1000；所述流量G的模糊论域为[0.6,1]，定量化因子为1；

模糊控制器输入稠油的粘度μ、流量G，输出压力泵的真空度P；

所述真空度P分为7个等级，其模糊论域为[-1,1]，其量化因子为1；

输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。

优选的是，所述模糊控制规则为：当稠油粘度为中级时，随着稠油流量的增大压力泵的压力快速增大；当稠油粘度为低时，其内溶有的气体含量大，随着稠油流量的增大压力泵的压力慢速增大；当稠油粘度为特稠时，其内溶有的气体含量小，随着稠油流量的增大压力泵的压力增幅减小。

优选的是，所述稠油的粘度μ为：μ＝K(μ)×μ_c

其中，经验校正系数K(μ)：μ_c为粘度计直接测量得到的粘度。

优选的是，所述经验校正系数K(μ)：

其中，ρ为原油的密度；n为粘度计的转速；R为理想气体常数，8.314；P为压力；T为原油的温度；S_N为粘度计的水平修正因子。

本发明至少包括以下有益效果：在一定参数条件下，在服务商提供的需处理范围内能达到最优处理效果，能把稠油里含有337微米的气泡经过旋流管后使气泡减小到24微米，基本解决了稠油除泡难题，同时为后期精确计量提供必要条件。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明的稠油水力分解消泡器的结构图。

图2是本发明的稠油水力分解消泡器的消泡装置图。

图3是本发明的稠油水力分解消泡器的局部放大图。

图4为本发明的模糊控制器中输入粘度μ的隶属度函数图。

图5为本发明的模糊控制器中输入流量G的隶属度函数图。

图6为本发明的模糊控制器输出压力泵的真空度P的隶属度函数图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1-2示出了本发明的稠油水力分解消泡器的一种实现形式，所述消泡器包括分离器罐体110、固定板120和旋流装置130，旋流装置130与分离器罐体110的水平中线重合，并通过固定板120连接在所述分离器罐体110内部，如图2所示所述旋流装置130包括流体进口131、旋流场132、气体管线出口133、液体管线出口134和压力泵135，所述流体进口131通过所述分离器罐体110内固定孔连接所述稠油管，并通过密封法兰与稠油管进行密封连接，用于向旋流装置130内通入经过预分离或预处理的稠油；旋流场132为单体喇叭式旋流管，其内焊接固定螺旋叶片，其上端切向连接所述流体进口131，下端连接液体管线出口134，所述旋流场132将稠油以一定的压力切向进入旋流装置130，在单体喇叭式旋流管产生高速旋转流场，稠油内中油相在旋流场和重力的双重作用下沿轴向向下运动，同时并沿径向向外运动，到达下端后从液体管线出口134排出，这样就形成了外旋涡流场；稠油内的气体向中心轴线方向运动，并在轴线中心形成一向上运动的内涡旋，然后由气体管线出口133排出，这样就达到了稠油中液气进行分离；气体管线出口133固定在所述旋流装置130上部，其连接气体管线并用于排出分离的气体；液体管线出口134固定在所述旋流装置130下部，其连接液体管线并用于排出分离的液体；压力泵135固定在所述旋流装置130的底部，用于控制旋流装置130内的气压，在一定的真空度下，气体的溶解度下降，利于气体从液相中分离，提高液气分离效率。

在另一实施例中，所述旋流装置130通过螺栓与所述固定板120固定，所述固定板120的形状与在分离器罐体110安装截面的形状相同，当分离器罐体110截面为圆形，所述固定板120为圆型铁板，其四周焊接固定在分离器罐体110上，其上布设多个螺栓连接孔，所述螺栓穿过连接孔连接在旋流装置130的上端，保证旋流装置130与分离器罐体110的水平中线重合，提高气液分离效率。

在另一实施例中，所述分离器罐体110为椭圆柱形设计，包括气体管线111和液体管线112，气体管线111连接所述气体管线出口133并设置在分离器罐体110外部，所述气体管线111通过密封法兰连接气体输送管，用于排出分离的气体；液体管线112连接所述液体管线出口134并设置在分离器罐体110外部，所述液体管线112通过密封法兰连接输液管，用于排出分离的液体。

在另一实施例中，如图3所示的消泡器旋流场232采用不锈钢材质，不锈钢材质能够使原油不容易吸附在旋流场232表面，不会影响旋流分解效果。本实施例中的消泡器的应用实例为：

根据客户提供的原油的处理数据如下：

并在中期根据分离器内部尺寸合理设计，具体数据如下：

流体进口231的尺寸6寸，设备材质：SS316L，主体旋流管：2x 8寸；最主要在旋流管内部通过特殊结构设计，使流体在设定压力条件下能够进行旋流分解。首先该设备的材质选择充分考虑到了稠油的性质，不锈钢材质能够使原油不容易吸附在旋流管表面，不会影响旋流分解效果；进口尺寸的选择是处于配合现有设备的安装；主体旋流管的尺寸是经过系统计算能够满足处理量要求和安装要求选择的最佳尺寸。

在另一实施例中，两种结构的消泡器内还包括传感器集成，传感器集成包括压力传感器和油流量计，压力传感器安装在分离器罐体外部上方，用于检测所述旋流装置230内的压力；油流量计其布置在分离器油管线上，用于检测所述稠油的流量，通过传感器集成检测的数据，方便操作者掌握装置内工艺参数，进一步掌握分离进程。

在另一实施例中，所述消泡器还包括模糊控制器，模糊控制器连接所述旋流装置130和传感器集成，用于控制压力泵135的真空度，通过调整压力泵的压力，使旋流分解效率增大。

如图1-3所示的消泡器的工作流程为：稠油进入分离器罐体进行预处理或预分离后，以一定的压力切向进入旋流装置130，在单体喇叭式旋流管132产生高速旋转流场，稠油内中油相在旋流场和重力的双重作用下沿轴向向下运动，同时并沿径向向外运动，到达下端后从液体管线排出，这样就形成了外旋涡流场；稠油内的气体向中心轴线方向运动，并在轴线中心形成一向上运动的内涡旋，然后由气体管线排出，这样就达到了稠油中液气进行分离，气体再从气体管线出口排出，液体从液体管线出口排出，本发明的旋流装置通过调整其内的压力，使气体在稠油内的溶解度减小，大大提高液气分离效率。

本发明提供了一种稠油水力分解消泡器控制方法，通过模糊控制器对旋流装置内的压力泵进行调控，模糊控制器输入稠油的粘度μ、流量G，输出压力泵的真空度P，从而使气体在稠油中的溶解度降低，加速气液分离，具体为：

步骤1：模糊化处理。

步骤1.1：信号输入层：

模糊控制器采集粘度计的测量粘度μ_c信号、油流量计的流量G信号，其中，

因粘度计测量的稠油内气体引起的粘度计而误差，对粘度计得到的粘度μ进行修正。

所述稠油的粘度μ为：

μ＝K(μ)×μ_c (1)

其中，经验校正系数K(μ)，无因次：μ_c为粘度计直接测量得到的粘度，单位为cp。所述经验校正系数K(μ)：

其中，ρ为原油的密度，kg/m³；n为粘度计的转速，转/分钟；R为理想气体常数，8.314；P为大气压力，atm；T为原油的温度，开氏温度；S_N为粘度计的水平修正因，范围在1.12-1.53之间，无因次。

模糊控制器输入稠油的粘度μ、流量G，输出压力泵的真空度P；在无控制时，所述稠油的粘度μ的模糊论域为[1,10]，其量化因子为1000；所述流量G的模糊论域为[0.6,1]，定量化因子为1；所述真空度P模糊论域为[-1,1]，其量化因子为1；为了保证控制的精度，实现更好的控制，反复进行实验，确定了最佳的输入和输出等级，其中，稠油的粘度μ、流量G分为7个等级，输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}；输入和输出的隶属度函数均采用三角形隶属函，详见图4-6。

步骤2、通过模糊控制规则输出

所述模糊控制规则为：

当稠油粘度为中级时，随着稠油流量的增大压力泵的压力快速增大；

当稠油粘度为低时，其内溶有的气体含量大，随着稠油流量的增大压力泵的压力慢速增大；

当稠油粘度为特稠时，其内溶有的气体含量小，随着稠油流量的增大压力泵的压力增幅减小。

其中，低稠油的粘度为10-200cp；中级稠油的粘度为200-1000cp；特稠油的粘度为1000-10000cp；流量G的单位为m/s；真空度P的单位atm。

模糊控制的具体表格详见表一:

表一真空度P的模糊控制表

模糊控制器通过模糊控制表输出真空度P。

步骤3、解模糊

采用高度法对输出真空度P解模糊，经实验反复确定，模糊控制器对稠油水力分解消泡器进行精确控制，通过压力的调控使液气的分离效率大大提高。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。