智能型自循环水井洗井设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种智能型自循环水井洗井设备，其洗井液循环处理部分中的出井液处理系统在洗井过程智能控制处理部分的控制下将洗井液除砂后，再通过沉降罐进行杂质分离，并将杂质分离后的出井液通过粗滤器粗滤和精滤器精滤，以清洁洗井液，其洗井液循环处理部分中的入井液动力系统在该洗井过程智能控制处理部分的控制下调节其发动机的转速，以将清洁后的洗井液作为入井液通过洗井泵转变为高压入井液输出，实现水井洗井。该智能型自循环水井洗井设备为车载式洗井车，具有对洗井全过程进行智能控制功能，实现洗井过程依据不同类型的井、不同的洗井阶段进行有效控制，保护注水井，提高注水井洗井质量。
【专利说明】智能型自循环水井洗井设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及油田注水井洗井作业设备，特别是涉及到一种智能型自循环水井洗井设备。
【背景技术】
[0002]注水井洗井一般可分为正常井、出沙井、欠注井三种类型。不同类型的井洗井要求有差异。正常注水井洗井是分三个阶段洗井。1、微喷不漏阶段:控制井口放喷闸门，使井口油压低于气动压力IMPa，调节洗井排量到25m3/h，洗井2h，喷量控制在3m3/h。2、平衡洗井阶段:控制井口放喷闸门，使油压等于启动压力，调节洗井排量到35 m3/h，洗井2h。3、稳定洗井阶段:保持井口油压不变，调节洗井排量到40m3/h，洗井2h。出砂井洗井是根据油层出砂的特点，平稳控制井口放空阀门，使井口油压略高于启动压力，调节洗井排量到20 m3/h — 30m3/h，洗井6h。欠注井洗井是根据油层致密，不易出砂的特点，平稳控制井口放空闸门，使油压低于启动压力，关井放空lh，然后开始洗车，调节洗井车排量到40m3/h，洗井6h。
[0003]而现有的普通自循环洗井车存在以下问题:
1、人工控制洗井前开启、关闭水井洗井进、出闸门时造成对地层的压力波及和影响大。特别是注聚转水驱和出砂井对压力变化非常敏感，压力的突然变化往往引起地层出砂吐聚,造成洗井失败。
[0004]2、洗井过程压力和排量人工控制，无法满足不同的注水井采取不同的洗井工艺设计的要求。根据注水井洗井工艺规程，洗井过程要根据不同类型井况采取不同的措施，重点要对过程进行压力、排量、时间控制。同时，要达到好的洗井效果，还必须提高洗井流程的杂物清除效果。对于易出砂或出聚合物的注水井，要求进行憋压洗井，防止压力的波动，造成注水井出砂、出聚合物严重，伤害注水井及井下工具。操作要求:先开套管洗井闸门，再微开放空闸门，后关注水闸门，最后全部打开放空闸门，洗完井后反顺序倒正注，尽量避免地层压力波动。目前，该控制过程全靠人工控制，具体控制过程:一人操作洗井车洗井柱塞泵，控制洗井柱塞泵输出的压力和排量，通过操作人员更换洗井柱塞泵档位和控制发动机油门的大小来模糊实现，无法实现精准控制。特别是井内压力变化迅速，依靠人工在极短的时间内做出反应根本无法实现。
[0005]3、洗井柱塞栗带负荷启动影响设备寿命。洗井柱塞栗启动如，打开洗井柱塞栗出口闸门和井口进水闸门，高压液体进入洗井柱塞泵排出管汇，使洗井柱塞泵带压启动。
[0006]4、由于洗井柱塞泵排出管汇故障引起井内压力高于注入液体压力时，容易造成井内液体从液体注入端返出，容易造成井内压力波动，地层破坏，造成洗井失败。
[0007]5、无法处理注聚转水驱井洗井液中的聚合物等污染物。洗井液中的聚合物堵塞洗井车的处理流程。
[0008]为此我们发明了一种新的智能型自循环水井洗井设备，解决了以上技术问题。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种利用传感技术、PLC智能控制技术组合而成的专用智能型自循环水井洗井设备。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现:智能型自循环水井洗井设备，该智能型自循环水井洗井设备包括洗井液循环处理部分和洗井过程智能控制处理部分，该洗井液循环处理部分包括出井液处理系统和入井液动力系统，该出井液处理系统连接于该洗井过程智能控制处理部分，并在该洗井过程智能控制处理部分的控制下将洗井液除砂后，再通过沉降罐进行杂质分离，并将杂质分离后的出井液通过粗滤器粗滤和精滤器精滤，以清洁洗井液，该入井液动力系统连接于该洗井过程智能控制处理部分，并在该洗井过程智能控制处理部分的控制下调节其发动机的转速，以将清洁后的洗井液作为入井液通过洗井泵转变为闻压入井液输出，实现水井洗井。
[0010]本发明的目的还可通过如下技术措施来实现:
该洗井液循环处理部分还包括出井液补液系统，该出井液补液系统连接于该洗井过程智能控制处理部分和该出井液处理系统，并在该洗井过程智能控制处理部分的控制下通过开启该出井液补液系统中的补液阀在洗井前从水井干线给该出井液处理系统供给清洁循环液，在洗井过程中出现井外循环液不足时，开启该补液阀从该水井干线向该出井液处理系统给水补充。
[0011]该洗井液循环处理部分还包括出井液控制系统，该出井液控制系统连接于该洗井过程智能控制处理部分和该出井液处理系统，该出井液控制系统连接于水井的出液端，将出井液传输到该出井液处理系统，并监测洗井液出井压力值和流量信号，在洗井过程智能控制处理部分的控制下调节出井液的压力和排量。
[0012]该出井液控制系统包括压力传感器，电控气动节流阀，流量传感器和安全阀，在流程堵塞或系统压力超过规定压力时，该安全阀打开，以进行系统泄压，该压力传感器检测出井液的压力值，并将该压力值传输给该洗井过程智能控制处理部分，该流量传感器检测流量信号，并将该流量信号传输给该洗井过程智能控制处理部分，该洗井过程智能控制处理部分控制该电控气动节流阀的开启，以调节出井液的压力和排量。
[0013]该沉降罐包括沉降罐一级腔、沉降罐二级腔和沉降罐三级腔，该沉降罐一级腔与该沉降罐二级腔间通过半罐体高度的隔板分成两个半独立的沉降腔，以将液体中残留的颗粒固态物质挡在该沉降罐一级腔内分离，该沉降罐二级腔与该沉降罐三级腔之间为全封闭隔板，以控制固态颗粒及悬浮物进入该沉降罐三级腔，该沉降罐二级腔与该沉降罐三级腔之间的液流的流通通过连通管线来完成，该沉降罐二级腔中具有二级腔液位传感器，该二级腔液位传感器检测该沉降罐二级腔的液位高度，并将该液位高度传输给该洗井过程智能控制处理部分，该洗井过程智能控制处理部分根据该液位高度控制该连通管线上的连通阀的接通与断开。
[0014]该出井液处理系统还包括二级腔排空及溢流管线，三级腔排空及溢流管线和溢流水储水箱，该二级腔排空及溢流管线和该三级腔排空及溢流管线将该沉降罐二级腔和该沉降罐三级腔中溢流的液体输送到该溢流水储水箱。
[0015]该出井液处理系统还包括沉降罐一级腔排污阀、沉降罐二级腔排污阀和沉降罐三级腔排污阀，以排空该沉降罐一级腔、该沉降罐二级腔和该沉降罐三级腔中的杂物。
[0016]该出井液处理系统还包括沉降罐反冲洗管线，反冲流程总控制阀和反冲流程沉降罐冲洗控制阀，该沉降罐反冲洗管线连接在该洗井泵上，在打开该反冲流程总控制阀和该反冲流程沉降罐冲洗控制阀时，利用该洗井泵产生的高压液体清洗该沉降罐一级腔、该沉降罐二级腔和该沉降罐三级腔中的杂物。
[0017]该出井液处理系统还包括洗井液储水箱，该洗井液储水箱的前端连接于该粗滤器，以将粗滤后的出井液进行储存与沉淀净化，该精滤器连接在该洗井液储水箱的液体输出端，具有反冲洁净功能，并采用激光割缝筛管做滤芯，割缝宽度根据水井过滤杂质要求而定。
[0018]该洗井液循环处理部分还包括入井液检测系统，该入井液检测系统位于该出井液处理系统和该入井液动力系统之间，以对入井液质量进行检测。
[0019]该入井液检测系统包括清洁洗井液旁路补充阀、流量传感器和入井液检测取样闸门，该入井液检测系统通过该入井液检测取样闸门进行入井液的取样，该清洁洗井液旁路补充阀用于补充清洁的洗井液，该流量传感器连接于该洗井过程智能控制处理部分，并将其检测的入井液的流量传输给该洗井过程智能控制处理部分，以调节该发动机的转速。
[0020]该入井液动力系统还包括发动机油门控制器，转速传感器，入井液压力传感器，安全阀，柱塞泵排空控制阀和柱塞泵排空节流阀，该转速传感器将该发动机的转速信号传输给该洗井过程智能控制处理部分，该洗井过程智能控制处理部分根据该转速信号通过该发动机油门控制器，调节该发动机转速，该安全阀控制该洗井泵输出液体的压力，该柱塞泵排空控制阀和该柱塞泵排空节流阀在该洗井泵往井内注入洗井液之前，利用该洗井泵产生的高压液体对洗井泵输出端的空气进行排空，该入井液压力传感器监测从该洗井泵输出的该高压入井液在进入水井前的压力值，并将该压力值传输给该洗井过程智能控制处理部分，该洗井过程智能控制处理部分根据该压力值控制该发动机油门控制器，以调节洗井排量或发出报警信号，切断发动机动力。
[0021]该洗井液循环处理部分还包括入井液控制系统，该入井液控制系统用于防止该洗井泵压力低于井内压力时井内液体返出造成该洗井泵带压启动困难和保护水井。
[0022]该入井液控制系统包括单向阀，高压旋塞阀，旁通阀和入井液连接井口管线，该单向阀使该洗井泵输出的该高压入井液进入井内，不允许井内液体返出，该高压旋塞阀控制该高压入井液的通断，该旁通阀为排空阀门，该入井液连接井口管线与井口接头连接，实现该高压入井液的注入。
[0023]该洗井过程智能控制处理部分包括数据设置模块，数据显示模块和数据的传输与处理模块，该数据设置模块用于设置洗井参数，该数据显示模块用于人机交互系统的设置、查询和显示，该数据的传输与处理模块用于数据储存、报表打印和数据输入输出。
[0024]该洗井过程智能控制处理部分包括人工控制与自动控制切换模块和口令保护模块，该人工控制与自动控制切换模块用于进行人工控制和自动控制的切换和操作，该口令保护模块用于防止非法删除或改写用户程序。
[0025]本发明中的智能型自循环水井洗井设备，对低渗透致密砂岩和疏松砂岩等不同地质结构的注水井洗井过程压力、排量和时间的智能控制。智能洗井车性能更加满足不同岩层和井况精细化洗井工艺技术要求，实现注水井及井下工具自动保护功能，解决普通自循环洗井车处理注聚井和出砂井能力差，以及洗井过程无法进行精细压力、流量控制所造成洗井低效的问题。具体而言，就是通过注水井洗井车设计智能控制系统根据洗井工艺技术要求对洗井过程中微吐阶段、平衡阶段和稳定阶段的供水、补液、洗井压力与流量、洗井返液压力与流量、沉降罐液位、洗井柱塞泵的排量与压力、发动机转速与功率、以及过滤器状况等进行监测、控制，实现注水井智能化洗井。本发明的智能式注水井洗井车系统，提高了油田水井洗井过程中严格执行施工工艺的控制功能，提高洗井车水质处理能力，自动保护了水井和井下工具，提闻水井洗井成功率。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明的智能型自循环水井洗井设备中洗井液循环处理部分的一具体实施例的结构图；
图2本发明的智能型自循环水井洗井设备中洗井过程智能控制处理部分的一具体实施例的原理框图；
图3为图1中的出井液补液系统的一具体实施例的结构图；
图4为图1中的出井液控制系统的一具体实施例的结构图；
图5为图1中的出井液检测系统的一具体实施例的结构图；
图6为图1中的出井液处理系统的一具体实施例的结构图；
图7为图1中的入井液检测系统的一具体实施例的结构图；
图8为图1中的入井液动力系统的一具体实施例的结构图；
图9为图1中的入井液控制系统的一具体实施例的结构图。
【具体实施方式】
[0027]为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
[0028]本发明的智能型自循环水井洗井设备包括:洗井液循环处理部分和洗井过程智能控制处理部分两大部分。其中，洗井液循环处理部分主要包括智能型水井洗井设备洗井流程设施；洗井过程智能控制处理部分主要包括以PLC编程控制的控制器、传感器、执行器及软件系统部分。两部分相互配合完成自循环水井洗井过程。
[0029]如图1所示，图1为本发明的智能型自循环水井洗井设备中洗井液循环处理部分的一具体实施例的结构图。洗井液循环处理部分包含7个组成部分:出井液补液系统1、出井液控制系统2、出井液检测系统3、出井液处理系统4、入井液检测系统5、入井液动力系统
6、入井液控制系统7。
[0030]如图3所示，图3为图1中的出井液补液系统I的一具体实施例的结构图。出井液补液系统I包括补液阀气源1-1，补液阀控制线1-2，补液阀执行器1-3，补液管线接口 1-4，补液阀1-5和补液管线1-6。出井液补液系统I连接于洗井过程智能控制处理部分，并在洗井过程智能控制处理部分的控制下在洗井前提前从水井干线给洗井设备供给清洁循环液，可以实现井口出液与井口注入液同步，确保井内外液体同步循环，防止先井口出液，再注入井内过程出现井内亏空出砂、吐聚合物；同时，洗井过程中出现井外循环液不足时，可以通过干线来水补充。
[0031]补液管线接口 1-4连接于水井的干线来水管线，通过由壬连接，用于洗井前向罐体内供给必须的清洁液体或洗井过程中水井返出的液体量低于注入水井的供液量时，及时打开补液阀1-5，向沉降罐4-19供给清洁液体，实现沉降罐液面基本平衡。该补液阀1-5为受PLC编程控制的耐压15Mpa电控气动节流阀，图中，补液阀气源1_1为压力0.6?0.8Mpa的压缩空气气源，该压缩空气提供打开补液阀1-5的动力，PLC智能控制中心连接的补液阀控制线1-2发出补液信号传给补液阀执行器1-3，补液阀气源1-1供给电控气动补液阀压缩空气，推动补液阀1-5工作，实现补液阀1-5开启，补液阀-5开启的程度(即流通面积)可以通过PLC智能控制系统进行设置，设置补液阀的打开比例，实现按照设定的补液阀开启的程度，将液体从补液管线1-6进入沉降罐一级腔4-1，给沉降罐4-19供液；反之，关闭补液阀1-5，停止补液。
[0032]如图4所示，图4为图1中的出井液控制系统2的一具体实施例的结构图。出井液控制系统2包括压力传感器线路2-1，压力传感器2-2，出井液管线接头2-3，电控气动节流阀2-4，电控气动节流阀执行器2-5，电控气动节流阀气源2-6，电控气动节流阀控制线路
2-7，流量传感器2-8，流量传感器线路2-9，出井液主管线2-10，出井液检测支管线2_11，出井液极限压力控制支干线2-12，旋流除砂器进液管线2-13，安全阀2-14，安全阀极限压力排液管线2-15。出井液控制系统2连接于洗井过程智能控制处理部分和出井液处理系统4，出井液控制系统2连接于水井的出液端，将出井液传输到该出井液处理系统4，并监测洗井液出井压力值和流量信号，在洗井过程智能控制处理部分的控制下调节出井液的压力和排量。
[0033]出井液控制系统2通过出井液管线接头2-3连接于水井的出液端根据正、反洗井要求，正洗井时连接在油管闸门连接的由壬上，反洗时连接在套管闸门连接的由壬上。井内液体返出后主要从旋流除砂器进液管线2-13进入旋流除砂器入口 4-3 ;在流程堵塞或系统压力超过规定压力时，液体流经安全阀2-14，安全阀2-14打开，进入沉降罐一级腔4-1，液体通过安全阀2-14直接进入系统泄压，保证施工安全；为比较洗井效果，在管线上设置了出井液检测支管线2-11，输送出井液给出井液检测系统3。在出井液控制系统2，重点是按照洗井工艺要求设置洗井液出井压力值(即背压)，保持出井液压力稳定，保护井筒及井下工具。出井液控制系统2主要设置了压力传感器2-2，检测井口出液的瞬时压力值，并将采集的瞬时压力信号通过压力传感器线路2-1传递到控制中心PLC，便于实现出井压力控制；在该系统还设置了耐压15Mpa电控气动节流阀2-4，当发动机6_4的油门一定时，该电控气动节流阀2-4通过控制节流阀的开度来调节出井压力；当维持洗井循环液出口压力(压力传感器2-2)—定时，需要增大洗井排量，则控制中心发出提高发动机转速指令，增大发动机油门，同时按照比例调节耐压15Mpa电控气动节流阀2-4，实现压力和排量的控制。同时，在该系统中还设置了流量传感器2-8。通过流量传感器线路2-9不断将检测到的瞬时流量信号传递给PLC控制系统，作为调节耐压15Mpa电控气动节流阀2_4开度大小及调节发动机油门大小的依据。电控气动节流阀控制线路2-7与控制中心PLC来连接，该闸门的开启、关闭，以及开度大小受控制中心PLC的控制信号控制，该闸门接收到控制信号后，电控气动节流阀2-4的气路打开，电控气动节流阀2-4按照一定比例进行打开或关闭，以调节井口出液压力维持平衡状态。电控气动节流阀气源2-6为压力0.6?0.8Mpa的压缩空气，该气源为耐压15Mpa的电控气动节流阀2-4提供压缩空气，电控气动节流阀控制电路2_7将采集的出井压力传感器2-8检测的压力值通过流量传感器控制线路2-9将压力控制信号传输给PLC智能控制系统，将检测值与设置的压力波动范围对比，根据二者的差异输出出井液流量控制信号，给电控气动节流阀执行器2-5，电控气动节流阀执行器2-5按照一定行程比例值控制耐压15Mpa电控气动节流阀2-4的开度。出井液主管线2_10为出井液流通管线，该管线直接与旋流除砂器入口 4-3连接。出井液智能控制还体现在当进出水井的液体不平衡时，PLC控制系统通过出井液流量传感器2-8和入井液流量传感器5-3检测的流量值对t匕，确定是增大排量还是降低排量。当需要增大排量时，PLC控制系统发出提升发动机转速信号，增大发动机6-4油门。该控制信号由发动机油门控制电路6-2传输给发动机油门控制器6-3，增大发动机6-4油门。当需要降低转速时，PLC控制系统发出降低发动机转速信号，降低发动机6-4油门。该控制信号由发动机油门控制电路6-2传输给发动机油门控制器6-3，降低发动机6-4油门。在发动机6-4油门控制过程中，首先要知道发动机的瞬时转速，该转速通过固定在发动机6-4上的转速传感器6-5来实现检测。检测的瞬时转速及时沿发动机转速传感器线路6-6传递给PLC控制系统，作为增减发动机转速大小的依据。
[0034]在洗井过程中，当进井排量小于出井排量时，沉降罐内的液体增多，液位上升到设定高位时，系统自动减小调节阀的开度，减少井口出水量；当进井排量大于出井排量时，洗井罐内的液体减少，液位下降到设定地位时，系统自动加大调节阀的开度，增加井口出水量，此时若无法满足液位要求，则系统自动开启补液阀为洗井罐补液，达到设定高位，补液阀关闭。
[0035]如图5所示，图5为图1中的出井液检测系统的一具体实施例的结构图。出井液检测系统3包括取样口 3-1，出井液水质检测取样闸门3-2，出井液水质检测控制闸门3-3和出井液控制水质检测管线3-4。出井液检测系统3连接于出井液处理系统4，用于检测出井液水质。
[0036]出井液检测系统3主管线为出井液控制水质检测管线3-4，主管线上有出井液水质检测控制闸门3-3，该闸门主要实现在检测出井液水质前首先排放罐内积存的带杂物的液体，待打开出井液水质检测控制闸门3-3循环液体后，打开出井液水质检测取样闸门
3-2，用取样杯从取样口3-1处提取出井液样液，实现出井液水质检测。该取样检测结果主要与入井液检测取样闸门5-4的取样液进行对比，以确认洗井效果。在本发明中，两处的取样液水质一致即达到洗井效果。
[0037]如图6所示，图6为图1中的出井液处理系统的一具体实施例的结构图。出井液处理系统4是该洗井设备的主要部分。出井液处理系统4包括沉降罐一级腔4-1，二级除砂斜板4-2，旋流除砂器入口 4-3，旋流除砂器固态物质出口 4-4，旋流除砂器液态物质出口
4-5，旋流除砂器液态物质出口管线4-6，一级除砂斜板4-7，隔板4-8，沉降罐二级腔4_9，二级腔排空及溢流管线4-10，二级沉降腔悬浮物分离隔板4-11，二级沉降腔与三级沉降腔连通管线4-12，二级腔液位传感器传感线路4-13，沉降罐液位变送器4-14，沉降罐三级隔板4-15，三级腔排空及溢流管线4-16，沉降罐三级腔4-17，沉降罐反冲洗管线4_18，沉降罐罐体4-19，沉降罐输出液体管线4-20，粗滤器4-21，储水箱管线4_22，洗井液储水箱液位计4-23，溢流水储水箱液位计4-24，洗井液储水箱4-25，溢流水储水箱4_26，溢流水储水箱4-27，洗井液储水箱排污阀4-28，洗井液储水箱液体输出管线4-29，精滤器液体入口端控制闸门4-30，洗井液应急旁通阀4-31，精滤器排污阀4-32，精滤器4_33，精滤器液体出口端控制闸门4-34，精滤器液体输出管线4-35，污染显示阀4-36，反冲流程沉降罐冲洗控制阀4-37，反冲流程精滤器控制阀4-38，沉降罐三级腔排污阀4-39，反冲流程总控制阀4_40，连通阀4-41，连通阀执行器4-42，连通阀控制线路4-43，连通阀气源4-44，沉降罐二级腔排污阀4-45，沉降罐一级腔排污阀4-46。
[0038]出井液处理系统4连接于洗井过程智能控制处理部分，并在洗井过程智能控制处理部分的控制下将洗井液除砂后，再通过沉降罐进行杂质分离，并将杂质分离后的出井液通过粗滤器粗滤和精滤器精滤，以清洁洗井液。
[0039]该部分主要组成如下:
1、除砂装置。包括旋流除砂装置及罐体内除砂斜板。其中，旋流除砂装置包括旋流除砂器入口 4-3、旋流除砂器固态物质出口 4-4、旋流除砂器液态物质出口 4-5，该装置具有砂水分离功能；罐体内除砂斜板包括一级除砂斜板4-7及二级除砂斜板4-2。
[0040]2、洗井循环液杂质分离沉降罐。该沉降罐具有三个工作腔，分别是沉降罐一级腔4-1、沉降罐二级腔4-9、沉降罐三级腔4-17，三个工作腔的外壳为沉降罐罐体4-19，三个工作腔中，沉降罐一级腔4-1与沉降罐二级腔4-9通过半罐体高度的隔板4-8分成两个半独立的沉降腔。隔板的作用是阻止液体中残留的颗粒固态物质继续随循环液流动，将颗粒固态物质档在沉降罐一级腔4-1内分离；当罐体内液体液位超过隔板后，洗井循环液中密度较低的悬浮物(如:集合物、原油、橡胶碎片、油泥等)随循环液进入沉降罐二级腔4-9 ;在沉降罐二级腔4-9与沉降罐三级腔4-17之间，罐体内通过与罐体内截面完全相同的全封闭隔板，即沉降罐三级隔板4-15分割成相互独立的沉降腔。目的是控制固态颗粒及洗井循环液中密度较低的悬浮物随循环液进入沉降罐三级腔4-17。在二级腔与三级腔之间液流的流通是由罐体外的连通管线来完成，连通管线上具有控制液流通断的沉降罐二三级腔连通阀4-41，该连通阀为电控阀门，连通阀4-41通断依靠二级腔液位传感器传感线路4-13提供的液位信号来控制，通过PLC控制设定连通阀4-41打开的最低液位及阀门正常开启液位区域，实现自动控制二级腔与三级腔液流的通断控制，并确保液流中的杂质尽量不进入沉降罐三级腔4-17。PLC依据二级腔液位传感器传感线路4-13提供信号，根据设定的液位控制高度与实际液位高度对比，确定控制连通阀4-41接通与断开。连通阀开关的动作由连通阀控制线路4-43提供的信号，传递给连通阀执行器4-42，接通(或断开)连通阀气源，实现连通阀4-41的通断。
[0041]3、沉降罐溢流与排空。二级腔排空及溢流管线4-10与三级腔排空及溢流管线4-16为二级腔及三级腔内气体排出通道及罐体内液体全充满后的溢流通道，起到防止罐体憋压的作用，溢流液体进入溢流水储水箱4-26。
[0042]4、沉降罐罐体内壁的清洁。为确保三级洗井液处理沉降罐4-19的罐体内清洁，三个腔分别设置了一个6吋的排污阀门，分别是:沉降罐一级腔排污阀4-46、沉降罐二级腔排污阀4-45、沉降罐三级腔排污阀4-39，各腔的污物随高压液体排出三级洗井液处理沉降罐体4-19。排污的方式有两种:第一种是自然排污，只需打开排污阀，依靠罐体内残存液体携带着罐体内的杂物排出罐外。第二种是动力排污。为实现沉降罐体4-19内三个沉降腔杂物的排出，专门设置了沉降罐反冲洗管线4-18，该管线为2吋半防腐钢管，该管线连接在洗井柱塞泵6-1上，经过沉降罐体4-19罐壁和两个隔板，罐体内管线为多孔状。反冲沉降罐时，启动洗井柱塞泵6-1，打开反冲流程总控制阀4-40和反冲流程沉降罐冲洗控制阀4-37，关闭反冲流程精滤器控制阀4-38，洗井柱塞泵6-1输出的高压液体进入罐体内三个腔，高压液体呈环状水力喷射，清洗罐体内壁杂物，实现沉降罐罐体内壁的清洁。[0043]5、洗井液的进一步清洁(粗滤)。在沉降罐罐体4-19的三级腔处，引出沉降罐输出液体管线4-20，该管线上连接着粗滤器4-21，其结构为Y型，方便对管线内分离出的杂物取出，实现进入洗井液储水箱4-25之前杂质的进一步过滤，过滤后的液体沿粗滤器到储水箱管线4-22进入洗井液储水箱4-25进行储存与沉淀净化。洗井液储水箱4-25顶部及溢流水储水箱4-26顶部都安装有液位计，分别是洗井液储水箱液位计4-23和溢流水储水箱液位计4-24。在两个水箱的底部具有溢流水储水箱4-27和洗井液储水箱排污阀4-28。
[0044]6、洗井液的精细过滤(精滤)。洗井液储水罐4-25内储存的液体从洗井液储水罐
4-25内流出，经进入洗井柱塞泵之前还需要通过精滤器4-33对洗井液进行进一步的精细清洁过滤。精滤器4-33的具有反冲洁净功能。该精滤器4-33采用激光割缝筛管做滤芯，割缝宽度根据水井过滤杂质要求而定。根据水井洗井要求，用激光割出符合要求的沿圆周分布的轴向缝隙，确保大于割缝宽度的颗粒性杂质及胶皮等块状杂质被挡在精滤器4-33的滤芯之外。精细过滤器滤芯外罩精滤器外壳，具有环状的杂质储存空间，洁净的液流通过精滤器4-33的滤芯从精细过滤器4-33的出液端流出。在精细过滤器4-33工作状态，精滤器液体入口端控制闸门4-30与精滤器液体出口端控制闸门4-34打开，反冲流程精滤器控制阀4-38及精滤器排污阀4-32和洗井液应急旁通阀4-31关闭，洗井液通过精滤器过滤后，沿精滤器液体输出管线4-35进入洗井柱塞泵6-1。在精细过滤器的出液端外壳设置了即污染显示阀4-36 (真空压力表)，利用检测的真空度数值来确定精滤器的污染程度。其原理是精滤器堵塞，污染显示阀4-36检测的真空度就越大，因此，真空度信号是确定精滤器清洗与否的重要依据。与精滤器4-33并联着另一条供液通道，设置了洗井液应急旁通阀4-31，该通道是在精滤器4-33严重堵塞情况下，为不影响洗井过程液体循环的连续性而专设的旁通应急控制闸门。正常情况下，该洗井液应急旁通阀4-31处于关闭状态。应急状态下，洗井液应急旁通阀4-31打开，而处于精滤器流程的精滤器液体入口端控制阀4-30及精滤器液体出口控制阀4-34处于关闭状态，精滤器排污阀4-32处于关闭状态。当精滤器4-33严重堵塞后，可以利用洗井柱塞泵6-1的动力对精滤器4-33滤芯的杂物进行反向冲洗，打开精滤器排污阀4-32，清除精滤器杂物，实现了精滤器的清洁。
[0045]如图7所示，图7为图1中的入井液检测系统的一具体实施例的结构图。入井液检测系统5由清洁洗井液旁路补充阀5-1、流量传感器传感线路5-2、流量传感器5-3、入井液检测取样闸门5-4组成。入井液检测系统5是对入井液质量进行检测，并与出井液质量检测对比，确定洗井效果。
[0046]清洁洗井液旁路补充阀5-1可以实现罐车供给清洁液体，补充清洁的洗井液。流量传感器5-3采集的流量信号与PLC智能控制中心通过流量传感器传感线路5-2实现信息交流，为PLC控制发动机6-4转速提供决策依据。当洗井柱塞泵排量不足时，依据发动机转速传感器6-5检测的发动机转速，PLC智能控制中心发出发动机提高转速信号，每次提升50转，0.5秒进行一次检测，不足时继续提升发动机转速，直到发动机到达规定排量的转速为止。反之，当洗井柱塞泵排量过高时，发动机降低转速，直到发动机到达规定排量的转速为止。
[0047]如图8所示，图8为图1中的入井液动力系统的一具体实施例的结构图。入井液动力系统6主要由洗井柱塞泵6-1，发动机油门控制器控制线路6-2，发动机油门控制器6-3，发动机6-4，转速传感器6-5，发动机转速传感器传感线路6-6，入井液压力传感器传感线路6-7，入井液压力传感器6-8，安全阀6-9，洗井柱塞泵排空控制阀6-10和洗井柱塞泵排空节流阀6-11等组成。入井液动力系统6连接于洗井过程智能控制处理部分，并在洗井过程智能控制处理部分的控制下调节其发动机的转速，以将清洁后的洗井液转变为高压液体输出，实现水井洗井。
[0048]其中，发动机6-4为洗井柱塞泵6-1提供动力，通过洗井柱塞泵6-1工作，产生高压液体输出，实现水井洗井。发动机上安装有转速传感器6-5，转速传感器上有发动机转速传感器传感线路6-6，将转速信号及时传给PLC智能控制中心。同时，发动机上还配套安装了发动机油门控制器6-3，发动机油门控制器控制线路6-2与PLC智能控制中心配套连接，接收PLC智能控制中心输出的控制信号，调节发动机转速。洗井柱塞泵高压输出端设置了安全阀6-9，该安全阀主要是控制洗井柱塞泵输出液体的压力，确保施工工艺和设备安全。与安全阀6-9并联的高压管路排空管线上串联了洗井柱塞泵排空控制阀6-10洗井柱塞泵排空节流阀6-11，这两个阀分别为高压旋塞阀和高压针型阀。在洗井柱塞泵往井内注入洗井液之前，需要先启动洗井柱塞泵，利用高压液体对洗井柱塞泵输出端的空气进行排空，确保输出液体稳定。入井液压力传感器6-8负责动态监测从洗井柱塞泵6-1输出的液体在进入水井前的压力值，动态显示，并通过入井液压力传感器传感线路6-7将洗井液的入井压力信号传递给PLC职能控制中心，PLC职能控制中心结合水井入井液端与出井液端压力比较来控制发动机油门调节洗井排量或发出报警信号，必要时切断发动机动力。
[0049]如图9所示，图9为图1中的入井液控制系统的一具体实施例的结构图。入井液控制系统7包括单向阀7-1，高压旋塞阀7-2，旁通阀7-3，入井液连接井口管线7-4。入井液控制系统7是为了防止洗井柱塞泵压力低于井内压力时井内液体返出造成洗井柱塞泵带压启动困难和保护水井，防止井内压力波动造成洗井失败。
[0050]该系统主要设置了单向阀7-1，该阀只允许洗井柱塞泵高压液体输出进入井内，不允许井内液体返出；高压旋塞阀7-2控制洗井柱塞泵输出液体的通断；旁通阀7-3为排空阀门，当洗井完毕后，关闭井口闸门需要开旁通阀7-3进行排空。入井液连接井口管线7-4为2吋高压软管线，与井口接头连接，实现洗井液的注入。
[0051]如图2所示，图2本发明的智能型自循环水井洗井设备中洗井过程智能控制处理部分的一具体实施例的原理框图。
[0052]在一实施例中，该洗井过程智能控制处理部分采用SIMATIC —300的PLC智能控制器，具有以下模块:
⑴数据设置模块。操作人员根据洗井工艺设计要求输入洗井技术参数。比如:出井液的控制压力、洗井过程流量大小、洗井时间、沉降罐液位高低控制、出井液控制阀及补液阀开度的控制等，可以通过PLC控制器的触摸屏设置控制参数，实现动态控制。
[0053]⑵数据显示模块。方便的人机界面服务已经集成在S7— 300操作系统内、因此人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面(HMl)从S7— 300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送。具有人机交互系统显示和设置，系统设置和查询、显示功能。
[0054]⑶数据的传输与处理模块。该控制器PLC系统具有数据储存、报表打印和数据输入输出功能。数据储存满足15井次以上洗井资料的储存；报表打印可以使洗井质量得到全过程监控、质量追溯和责任明晰；数据输入输出便于注水工程技术人员分析和优化洗井工艺方案设计，提高设计水平和能力。通过各传感器接收安装在洗井流程的信息，再由PLG智能控制系统进行A/D模块转换，与设置参数对比控制，然后发出控制信号。比如:根据出井液压力控制设定参数，PLC控制系统在接收到采集的井口压力信号后，发现与设置值存在偏差，如压力偏大，则输出增大电控气动闸门开度的信号，并提供闸门开度量值。反之，则输出降低电控气动闸门开度信号，并提供闸门开度量值。
[0055](4) PLC人工控制与自动控制切换模块。系统操作主要是PLC人工控制和自动控制的切换和操作。人工控制重点是洗井前后和故障处理时的系统操作；自动控制重点是洗井过程中的控制。
[0056](5)口令保护模块:多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改，操作方式选择开关:操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。这样就防止非法删除或改写用户程序。
[0057](6)泵压过高保护。洗井柱塞泵的泵压过高有两种情况:一种是极限压力超出了洗井柱塞泵的设计极限压力，危及设备及人员安全，需要极限压力保护。极限压力保护由入井液动力系统的安全阀6-9来控制，该安全阀为剪切销式安全阀，超压后剪切销断裂，旁路泄流，降低压力，确保安全；另一种是施工设计压力保护。按照工艺要求，在施工前通过PLC控制系统面板输入施工控制压力值，施工过程中通过入井液压力传感器6-8动态监测入井液压力，通过入井液压力传感器传感线路6-7将洗井液的入井压力信号传递给PLC职能控制中心，PLC职能控制中心结合水井入井液端与出井液端压力比较来控制发动机油丨]调节洗井排量或发出报警信号，必要时切断发动机动力。
[0058](7)液位过高报警保护。为保证洗井过程进出井液体的相对稳定，防止沉降罐内液体过多溢出造成污染，在沉降罐罐体顶部设置了沉降罐液位变送器4-14，通过二级腔液位传感器传感线路4-13采集提供信号，PLC智能控制系统依据设定的液位控制高度与实际液位高度对比，设计的液位高度分为:低液位、高液位、极限高液位三个控制液位，当液位处于低液位与高液位之间属于正常工作液位；当液位高于高液位，而未达到极限高液位时，LPC控制系统一方面通过调低电控气动节流阀2-4的开度来调节水井出口流量，另一方面同时通过调整发动机转速改变洗井柱塞泵排量，使得洗井过程符合设计工艺要求来实现高液位的控制。当液位处于极限高液位时，表明液体溢出沉降罐的风险非常大，此时，PLC智能考核系统传递降低发动机转速，并切断洗井柱塞泵动力的命令，实现极限液位下的自动保护。
[0059]在一实施例中，智能洗井流程如下:
⑴洗井前管汇连接。根据洗井工艺要求，按照政洗井和反洗井连接管线要求，将智能水井洗井设备的高压软管分别与水井的油管闸门和套管闸门连接。
[0060]⑵洗井前智能系统的设置与控制
根据洗井工艺要求，通过PLC智能控制器触摸屏设置洗井参数:洗井的时间、三阶段流量、水井出口压力、洗井类型、最高洗井压力、沉降罐液位、发动机最高转速等参数。该参数作为控制量提供给PLC智能控制器。
[0061]洗井前补液控制部分。由沉降罐罐顶的液位传感器采集罐体液位信号，通过设置沉降罐的低液位、高液位和极限液位，由PLC控制罐体内补液过程。补液由干线来水补充，当液位低于设置的低液位时，补液闸门以较大开度开启，给洗井沉降罐补液；当液位在低液位与高液位之间，通过PLC控制系统控制补液闸门的开度，降低供液量；当液位超过高液位后，补液闸门停止供液；当超过极限高位时，发出报警信号，人工停止供液。
[0062]连通阀的开关控制。连通阀为常闭阀门，即在洗井前，连通阀是关闭的，当液位达到设定位置后，电控气动连通阀打开，实现沉降罐第二腔向沉降罐第三腔供液。当罐体内液位降低，低于设定低液位时，连通阀关闭，停止沉降罐第二腔向沉降罐第三腔供液。
[0063]在补液过程中，系统出现异常时，操作人员将转换开关拨到手动位置，然后由人工远程开启、关闭相应的控制阀，自动程序终止。
[0064]⑶洗井柱塞泵的排空
启动发动机，手动打开排空阀低速运行洗井柱塞泵，排除流程及泵内空气，泵液正常后逐步关闭排空阀，洗井柱塞泵在发动机怠速情况下泵出液体克服单向阀阻力向井内小流量供液。
[0065]⑷智能水井洗井过程控制
①自动启动过程(提升洗井排量过程)。洗井柱塞泵排空后小排量向井内泵液，此时打开水井出水闸门。观察洗井设备及水井流程有无异常，在确认无异常的情况下，具备洗井的外部条件后，切换至自动状态，按下“开始洗井”按钮，发动机开始提速，在设定的“提速时间”内，发动机每提升50转等待0.5s，系统自动检测洗井柱塞泵出口排量、压力和水井出口压力、排量，调整水井出口节流阀的开度，维持水井出口压力，如此周而复始，线性提速至洗井柱塞泵出口排量达到“第一阶段洗井排量”，进入正式的洗井第一阶段。
[0066]②洗井第一阶段(微吐阶段)时间设置2h，标准要求微吐量控制在3m3/h以内，微吐量的大小通过设置出井压力来调节节流阀的开度来调整微吐量。
[0067]③洗井第二阶段(平衡洗井阶段)。微吐洗井阶段达到设置时间后，智能控制系统自动线性提高发动机转速，使洗井柱塞泵排量达到“第二阶段洗井排量”，进入恒压恒流的洗井第二阶段。
[0068]④洗井第三阶段(稳定洗井阶段)。平衡洗井阶段达到设置时间后，智能控制系统自动线性提高发动机转速，使洗井柱塞泵排量达到“第三阶段洗井排量”，进入恒压恒流的洗井第三阶段，稳定洗井达到设定时间后，对比检测水井进出水水质和排量一致，洗井合格。
[0069]⑤洗井过程中补液控制。补液阀的开启与关闭是根据沉降罐液位高低由PLC系统自动控制，保证沉降罐中的液体量相对稳定，达到洗井液的过滤和沉降效果最佳。在洗井过程中，由于注水地层的地质条件和洗井压力的变化，洗井罐内的液量很难保持稳定。为了保证洗井的平稳和洗井质量，由PLC系统通过自动控制洗井罐的液量维持在设计范围内。在洗井柱塞泵出口流量大于水井出口流量时，说明地层漏失，这时洗井液的一部分注入地层，洗井罐中的液量逐步减少，液量的减少必然引起液面的下降，PLC系统实时监测液位变送器发送的液位信号，当液面下降到设计下位时，系统自动开启补液阀向洗井罐中补液，补液液量达到洗井罐设计上位时，系统自动关闭补液阀。
[0070]⑥洗井结束。洗井合格后，按下“减速”，控制系统按照“自动启动”反程序进行发动机减速，但水井出水压力仍恒压自控，发动机降低到怠速后，关闭水井出水阀门，发动机媳火，洗井结束。
[0071 ] ⑦拆卸洗井流程管线，施工结束。
【权利要求】
1.智能型自循环水井洗井设备，其特征在于，该智能型自循环水井洗井设备包括洗井液循环处理部分和洗井过程智能控制处理部分，该洗井液循环处理部分包括出井液处理系统和入井液动力系统，该出井液处理系统连接于该洗井过程智能控制处理部分，并在该洗井过程智能控制处理部分的控制下将洗井液除砂后，再通过沉降罐进行杂质分离，并将杂质分离后的出井液通过粗滤器粗滤和精滤器精滤，以清洁洗井液，该入井液动力系统连接于该洗井过程智能控制处理部分，并在该洗井过程智能控制处理部分的控制下调节其发动机的转速，以将清洁后的洗井液作为入井液通过洗井泵转变为高压入井液输出，实现水井洗井。
2.根据权利要求1所述的智能型自循环水井洗井设备，其特征在于，该洗井液循环处理部分还包括出井液补液系统，该出井液补液系统连接于该洗井过程智能控制处理部分和该出井液处理系统，并在该洗井过程智能控制处理部分的控制下通过开启该出井液补液系统中的补液阀在洗井前从水井干线给该出井液处理系统供给清洁循环液，在洗井过程中出现井外循环液不足时，开启该补液阀从该水井干线向该出井液处理系统给水补充。
3.根据权利要求1所述的智能型自循环水井洗井设备，其特征在于，该洗井液循环处理部分还包括出井液控制系统，该出井液控制系统连接于该洗井过程智能控制处理部分和该出井液处理系统，该出井液控制系统连接于水井的出液端，将出井液传输到该出井液处理系统，并监测洗井液出井压力值和流量信号，在洗井过程智能控制处理部分的控制下调节出井液的压力和排量。
4.根据权利要求3所述的智能型自循环水井洗井设备，其特征在于，该出井液控制系统包括压力传感器，电控气动节流阀，流量传感器和安全阀，在流程堵塞或系统压力超过规定压力时，该安全阀打开，以进行系统泄压，该压力传感器检测出井液的压力值，并将该压力值传输给该洗井过程智能控制处理部分，该流量传感器检测流量信号，并将该流量信号传输给该洗井过程智能控制处理部分，该洗井过程智能控制处理部分控制该电控气动节流阀的开启，以调节出井液的压力和排量。
5.根据权利要求1所述的智能型自循环水井洗井设备，其特征在于，该沉降罐包括沉降罐一级腔、沉降罐二级腔和沉降罐三级腔，该沉降罐一级腔与该沉降罐二级腔间通过半罐体高度的隔板分成两个半独立的沉降腔，以将液体中残留的颗粒固态物质挡在该沉降罐一级腔内分离，该沉降罐二级腔与该沉降罐三级腔之间为全封闭隔板，以控制固态颗粒及悬浮物进入该沉降罐三级腔，该沉降罐二级腔与该沉降罐三级腔之间的液流的流通通过连通管线来完成，该沉降罐二级腔中具有二级腔液位传感器，该二级腔液位传感器检测该沉降罐二级腔的液位高度，并将该液位高度传输给该洗井过程智能控制处理部分，该洗井过程智能控制处理部分根据该液位高度控制该连通管线上的连通阀的接通与断开。
6.根据权利要求5所述的智能型自循环水井洗井设备，其特征在于，该出井液处理系统还包括二级腔排空及溢流管线，三级腔排空及溢流管线和溢流水储水箱，该二级腔排空及溢流管线和该三级腔排空及溢流管线将该沉降罐二级腔和该沉降罐三级腔中溢流的液体输送到该溢流水储水箱。
7.根据权利要求5所述的智能型自循环水井洗井设备，其特征在于，该出井液处理系统还包括沉降罐一级腔排污阀、沉降罐二级腔排污阀和沉降罐三级腔排污阀，以排空该沉降罐一级腔、该沉降罐二 级腔和该沉降罐三级腔中的杂物。
8.根据权利要求7所述的智能型自循环水井洗井设备，其特征在于，该出井液处理系统还包括沉降罐反冲洗管线，反冲流程总控制阀和反冲流程沉降罐冲洗控制阀，该沉降罐反冲洗管线连接在该洗井泵上，在打开该反冲流程总控制阀和该反冲流程沉降罐冲洗控制阀时，利用该洗井泵产生的高压液体清洗该沉降罐一级腔、该沉降罐二级腔和该沉降罐三级腔中的杂物。
9.根据权利要求1所述的智能型自循环水井洗井设备，其特征在于，该出井液处理系统还包括洗井液储水箱，该洗井液储水箱的前端连接于该粗滤器，以将粗滤后的出井液进行储存与沉淀净化，该精滤器连接在该洗井液储水箱的液体输出端，具有反冲洁净功能，并采用激光割缝筛管做滤芯，割缝宽度根据水井过滤杂质要求而定。
10.根据权利要求1所述的智能型自循环水井洗井设备，其特征在于，该洗井液循环处理部分还包括入井液检测系统，该入井液检测系统位于该出井液处理系统和该入井液动力系统之间，以对入井液质量进行检测。
【文档编号】E21B21/00GK103912226SQ201310001014
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年1月5日 优先权日:2013年1月5日
【发明者】崔风水, 吴文杰, 何茂林, 张保国, 王代流, 宿峰, 高全新 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司孤岛采油厂