热采井带压作业冷却循环系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种热采井带压作业冷却循环系统。该热采井带压作业冷却循环系统包括储水罐、柱塞泵、节流阀、沉淀水罐、离心泵和散热器；所述节流阀安装在带压作业装置的出水口处。本实用新型通过对节流阀的开口大小进行调节，可实现对带压作业装置出水口水处流量进行调节的目的，进而可控制隔热防喷器上方的（或带压作业装置的主通径环形空间内）压力，即实现平衡一部分井压的目的，而大部分井压仍然依靠隔热防喷器来隔离。这样，井下的高温井液就被控制在隔热防喷器以下，避免了高温井液上窜而影响带压作业的井压；同时加入的冷却水对隔热防喷器以上的管柱进行冷却，解决了隔热防喷器以上因高温而影响作业的问题。
【专利说明】热采井带压作业冷却循环系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种冷却系统，具体地说是一种热采井带压作业冷却循环系统。【背景技术】
[0002]热采井是通过注入热流体(如蒸汽或热水)来实现开采油井的技术，热采井的作业过程及后期检泵、更换管柱等过程，均需要在高温环境下进行。热采井的作业过程中如采取压井作业，不但会影响热流体所形成的高温场，而且还会污染油层，因此在高温热采井情况下，需要采取不压井作业，即带压作业。带压作业是在保持井筒内一定压力、不压井、不放压的情况下进行起放管柱的一种先进的井下作业技术。
[0003]热采井带压作业时，为保证高温作业的顺利进行，需要在井口设置隔热防喷器，通过隔热防喷器可有效地隔离井内的高温高压。在隔热防喷器上方有带压作业装置(或称带压作业主机)形成的主通径环形空间，热采井作业时所用的管柱位于所述主通径环形空间内。在主通径环形空间内设置有用于抱紧管柱的上环形防喷器和下环形防喷器，在提、放管柱时，上下两个环形防喷器中总有一个环形防喷器的胶芯与管柱抱紧，从而保持了油水井在提出和放入管柱的过程中始终处于关闭状态，实现了带压作业。为了增加安全性，在下环形防喷器下方还可设置三闸板防喷器，以保证作业操作时的应急之需。
[0004]在热采井带压作业时，在井口设置隔热防喷器虽然可有效地隔离井内的高温高压，但是随着作业的进行，温度不断升高，井内的高温井液难免会窜到隔热防喷器上方，上窜的高温井液一方面会影响带压作业的井压，另一方面会给作业施工造成不便。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的就是提供一种热采井带压作业冷却循环系统，以解决在热采井带压作业时因高温井液上窜而影响井压及作业施工的问题。
[0006]本实用新型是这样实现的:一种热采井带压作业冷却循环系统，包括:
[0007]储水罐，其内盛有可循环利用的冷却水；
[0008]柱塞泵，与所述储水罐相接，用于将所述储水罐内的冷却水经井口隔热防喷器压入带压作业装置的主通径环形空间内；
[0009]节流阀，安装在带压作业装置的出水口处，用于调节带压作业装置的出水口的开口大小；
[0010]沉淀水罐，与所述节流阀相接，由带压作业装置的出水口处流出的进行了热交换后的热水流入所述沉淀水te内；
[0011]离心泵，与所述沉淀水罐和散热器相接，用于将所述沉淀水罐内的热水离心至所述散热器内；以及
[0012]散热器，与所述离心泵和所述储水罐相接，用于对流入的热水进行散热冷却，冷却后的水流入所述储水罐。
[0013]所述带压作业装置的出水口包括上出水口和下出水口 ；所述节流阀包括上节流阀和下节流阀；所述上节流阀安装在所述带压作业装置的上出水口处，所述下节流阀安装在所述带压作业装置的下出水口处。
[0014]本实用新型还包括:
[0015]第一压力变送器，设置在所述带压作业装置的上出水口处，用于采集带压作业装置上出水口处的压力；
[0016]第二压力变送器，设置在所述带压作业装置的下出水口处，用于采集带压作业装置下出水口处的压力；
[0017]第三压力变送器，设置在井口隔热防喷器上方，用于采集井口的压力；以及
[0018]调压阀控制器，分别与所述上节流阀和所述下节流阀电连接，用于调节所述上节流阀和所述下节流阀的开口大小。
[0019]本实用新型还包括:
[0020]泵组控制器，分别与所述离心泵和所述柱塞泵电连接，用于为所述离心泵和所述柱塞泵提供工作动力；
[0021]动力源控制器，分别与所述调压阀控制器、所述泵组控制器和显示及报警单元电连接，用于对所述调压阀控制器、所述泵组控制器和所述显示及报警单元进行控制；以及
[0022]显示及报警单元，与所述动力源控制器电连接，用于显示所采集的数据，并在所采集的数据超出对应预设阈值时发出报警信号。
[0023]本实用新型还包括:
[0024]第四压力变送器，设置在所述柱塞泵的出水口处，用于采集柱塞泵出水口处的压力；
[0025]第一温度变送器，设置在所述沉淀水罐的入水口处，用于采集沉淀水罐入水口处的温度；
[0026]第二温度变送器，设置在井口隔热防喷器上方，用于采集井口的温度；
[0027]第三温度变送器，设置在所述储水罐的出水口处，用于采集储水罐出水口处的温度；
[0028]第一流量变送器，设置在所述沉淀水罐的入水口处，用于采集沉淀水罐入水口处的流量；以及
[0029]第二流量变送器，设置在所述柱塞泵的出水口处，用于采集柱塞泵出水口处的流量。
[0030]所述第一压力变送器、所述第二压力变送器、所述第三压力变送器和所述第四压力变送器均为防爆压力变送器，所述第一温度变送器、所述第二温度变送器和所述第三温度变送器均为防爆温度变送器，所述第一流量变送器和所述第二流量变送器均为防爆流量变送器，所述上节流阀和所述下节流阀均为防爆电动节流阀。
[0031]所述调压阀控制器为撬装式调压阀控制器，所述泵组控制器为撬装式泵组控制器。
[0032]本实用新型中的柱塞泵将储水罐内的冷却水压入井口隔热防喷器的壳体内，由所述储水罐出来的冷却水首先对隔热防喷器进行冷却，之后进入隔热防喷器上方的带压作业装置的主通径环形空间内，在所述主通径环形空间内实现与管柱之间热量的交换，热量交换后冷却水变为热水，热水由带压作业装置的出水口处流出，进入带压作业装置外的沉淀水罐内，离心泵将沉淀水罐内的热水离心至散热器进行冷却，由散热器冷却后的冷却水注入储水罐内，储水罐内的冷却水再由柱塞泵压入隔热防喷器内，如此往复循环。
[0033]本实用新型可应用于石油修井工程中隔热防喷器以及油管的冷却。本实用新型在带压作业装置的出水口处设置节流阀，通过节流阀的开口大小可调节带压作业装置出水口的开口大小，从而实现调节出水量，通过对出水量的控制可实现对隔热防喷器上方(或带压作业装置的主通径环形空间内)压力的控制，从而平衡一部分井压，而大部分井压仍然依靠隔热防喷器来隔离。这样，井下的高温井液就被控制在隔热防喷器以下，避免了高温井液上窜而影响带压作业的井压；同时加入的冷却水对隔热防喷器以上的管柱进行冷却，解决了隔热防喷器以上因高温而影响作业的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是本实用新型的结构框图。
[0035]图中:1、调压阀控制器，2、泵组控制器，3、动力源控制器，4、显示及报警单元，8、上节流阀，9、下节流阀，10、上出水口，11、下出水口，12、沉淀水罐，13、离心泵，14、散热器，15、储水罐，16、柱塞泵，17、隔热防喷器，18、第一压力变送器，19、第二压力变送器，20、第三压力变送器，21、第四压力变送器，22、第一温度变送器，23、第二温度变送器，24、第三温度变送器，25、第一流量变送器，26、第二流量变送器。
【具体实施方式】
[0036]如图1所示，本实用新型包括节流阀、沉淀水罐12、离心泵13、散热器14、储水罐15和柱塞泵16。
[0037]储水罐15内盛有可循环利用的冷却水。柱塞泵16与储水罐15相接，用于将储水罐15内的冷却水经井口隔热防喷器17压入带压作业装置的主通径环形空间内。节流阀安装在带压作业装置的出水口处，节流阀用于调节带压作业装置的出水口的开口大小，从而实现调节出水量。沉淀水罐12与节流阀和离心泵13相接，由带压作业装置的出水口处流出的进行了热交换后的热水流入沉淀水罐12内。离心泵13用于将沉淀水罐12内的热水离心至散热器14，散热器14用于对流入的热水进行散热冷却，冷却后的水流入储水罐15内被再次利用。
[0038]本实用新型中的节流阀包括上节流阀8和下节流阀9，在带压作业装置上具有上下两个三通，上三通即为上出水口 10，下三通即为下出水口 11。上节流阀8安装在带压作业装置的上出水口 10处，下节流阀9安装在带压作业装置的下出水口 11处，通过调节上节流阀8或下节流阀9的开口大小，可调节出水量，进而可实现对带压作业装置的主通径环形空间内的压力进行调节的目的。上节流阀8和下节流阀9均可设置为防爆电动节流阀。
[0039]本实用新型还包括分别与上节流阀8和下节流阀9电连接的调压阀控制器I。调压阀控制器I可设置在带压作业装置周围10米内，其用于调节上节流阀8和下节流阀9的开口大小。调压阀控制器I可设置为撬装式调压阀控制器。除此之外，本实用新型还包括第一压力变送器18、第二压力变送器19和第三压力变送器20 ;第一压力变送器18设置在带压作业装置的上出水口 10处，用于采集带压作业装置上出水口 10处的压力；第二压力变送器19设置在带压作业装置的下出水口 11处，用于采集带压作业装置下出水口 11处的压力；第三压力变送器20设置在井口隔热防喷器17上方，用于采集井口的压力。第一压力变送器18、第二压力变送器19和第三压力变送器20所采集的压力均发送至调压阀控制器1，调压阀控制器I用于对上节流阀8和下节流阀9的开口大小进行控制。
[0040]沉淀水罐12、散热器14和储水罐15设置在带压作业装置的附近，离心泵13和柱塞泵16设置在沉淀水罐12和储水罐15的旁边。本实用新型还包括分别与离心泵13和柱塞泵16电连接的泵组控制器2，泵组控制器2用于为离心泵13和柱塞泵16提供工作动力。泵组控制器2可设置为撬装式泵组控制器。
[0041]本实用新型还包括分别与调压阀控制器I和泵组控制器2电连接的动力源控制器
3。调压阀控制器1、泵组控制器2和动力源控制器3三者组成本实用新型的电气系统，该电气系统采用Profibus-DP总线通讯技术,可大大减少现场电气元件的连线，提高安装和拆卸速度。动力源控制器3采用西门子S7-300PLC，其为主站；调压阀控制器I和泵组控制器2采用S7-200PLC，两者均为从站。
[0042]本实用新型还包括第四压力变送器21、第一温度变送器22、第二温度变送器23、第三温度变送器24、第一流量变送器25和第二流量变送器26。第四压力变送器21设置在柱塞泵16的出水口处，用于采集柱塞泵16出水口处的压力；第一温度变送器22设置在沉淀水罐12的入水口处(或者说节流阀的出水口处)，用于采集沉淀水罐12入水口处的温度；第二温度变送器23设置在井口隔热防喷器17上方，用于采集井口的温度；第三温度变送器24设置在储水罐15的出水口处，用于采集储水罐15出水口处的温度；第一流量变送器25设置在沉淀水罐12的入水口处，用于采集沉淀水罐12入水口处的流量(或称水流量);第二流量变送器26设置在柱塞泵16的出水口处，用于采集柱塞泵16出水口处的流量。第一温度变送器22、第二温度变送器23和第一流量变送器25所采集的数据均发送至调压阀控制器I ;第四压力变送器21、第三温度变送器24和第二流量变送器26所采集的数据均发送至泵组控制器2。调压阀控制器I和泵组控制器2均将所接收到的数据发送至动力源控制器3。
[0043]本实用新型还包括与动力源控制器3电连接的显示及报警单元4。动力源控制器3控制显示及报警单元4对由上述变送器所采集的压力、温度和流量数据进行显示，并在所采集的压力、温度或流量超出对应的预设阈值后由显示及报警单元4的报警模块发出报警信号。例如，通过监控储水罐15的出水口处的温度(即储水罐15内的水温)以及沉淀水罐12入水口处的水温(此水温等同于带压作业装置出水口处的水温)，以保证带压作业装置提取和下放管柱的工作温度在可控的范围内；当带压作业装置的沉淀水罐12入水口处的水温超出相应预设阈值(例如为55°C)时，显示及报警单元4的显示屏给出相应画面提示，同时报警模块中的蜂鸣器间歇式报警给操作人员提示，禁止下一步提取或下放管柱作业。
[0044]本实用新型中的第一压力变送器18、第二压力变送器19、第三压力变送器20和第四压力变送器21均可设置为防爆压力变送器；第一温度变送器22、第二温度变送器23和第三温度变送器24均可设置为防爆温度变送器；第一流量变送器25和第二流量变送器26均可设置为防爆流量变送器。
[0045]下面介绍本实用新型的具体工作过程。
[0046]设置柱塞泵16的额定压力为9MPa，流量为210L/min。柱塞泵16通过液压管线(或进水管线)将储水罐15内的冷却水压入井口隔热防喷器17的壳体内，冷却水首先对隔热防喷器17进行冷却，之后通过隔热防喷器17进入转换法兰，最后进入隔热防喷器17上方的带压作业装置的主通径环形空间内；在带压作业装置的主通径环形空间内实现与管柱之间热量的交换，热量交换后冷却水升温变为热水，热水由带压作业装置的上出水口 10或下出水口 11处流出，通过液压管线进入沉淀水罐12内；离心泵13将沉淀水罐12内的热水离心至散热器14进行自然冷却，冷却后的水经管线输送至储水罐15内；储水罐15内的冷却水再由柱塞泵16压入隔热防喷器17内，从而实现了冷却水的循环利用。
[0047]当带压作业装置内的下环形防喷器关闭时，此时升温后的热水由带压作业装置的下出水口 11处流出。第三压力变送器20采集井口压力，第二压力变送器19采集带压作业装置的下出水口 11处的压力，所采集的压力发送至调压阀控制器1，调压阀控制器I对下节流阀9的开口大小进行调节，以使井口压力和带压作业装置的下出水口 11处的压力平衡，此时显示及报警单元4的显示屏给出相应提示，可打开下环形防喷器下方的三闸板防喷器进行作业以及提取或下方管柱。
[0048]当带压作业装置内的上环形防喷器关闭时，此时升温后的热水由带压作业装置的上出水口 10处流出。第三压力变送器20采集井口压力，第一压力变送器18采集带压作业装置的上出水口 10处的压力，所采集的压力发送至调压阀控制器1，调压阀控制器I对上节流阀8的开口大小进行调节，以使井口压力和带压作业装置的上出水口 10处的压力平衡，此时显示及报警单元4的显示屏给出相应提示，可打开三闸板防喷器或下环形防喷器进行作业以及提取或下方管柱。
[0049]当带压作业装置的上出水口 10处或下出水口 11处的压力与井口压力不平衡时，显示及报警单元4的显示屏给出相应画面提示，同时蜂鸣器间歇式报警给操作人员提示，禁止下一步作业。
【权利要求】
1.一种热采井带压作业冷却循环系统，其特征是，包括: 储水罐，其内盛有可循环利用的冷却水； 柱塞泵，与所述储水罐相接，用于将所述储水罐内的冷却水经井口隔热防喷器压入带压作业装置的主通径环形空间内； 节流阀，安装在带压作业装置的出水口处，用于调节带压作业装置的出水口的开口大小; 沉淀水罐，与所述节流阀相接，由带压作业装置的出水口处流出的进行了热交换后的热水流入所述沉淀水罐内； 离心泵，与所述沉淀水罐和散热器相接，用于将所述沉淀水罐内的热水离心至所述散热器内；以及 散热器，与所述离心泵和所述储水罐相接，用于对流入的热水进行散热冷却，冷却后的水流入所述储水罐。
2.根据权利要求1所述的热采井带压作业冷却循环系统，其特征是，所述带压作业装置的出水口包括上出水口和下出水口 ；所述节流阀包括上节流阀和下节流阀；所述上节流阀安装在所述带压作业装置的上出水口处，所述下节流阀安装在所述带压作业装置的下出水口处。
3.根据权利要求2所述的热采井带压作业冷却循环系统，其特征是，还包括: 第一压力变送器，设置在所述带压作业装置的上出水口处，用于采集带压作业装置上出水口处的压力； 第二压力变送器，设置在所述带压作业装置的下出水口处，用于采集带压作业装置下出水口处的压力； 第三压力变送器，设置在井口隔热防喷器上方，用于采集井口的压力；以及调压阀控制器，分别与所述上节流阀和所述下节流阀电连接，用于调节所述上节流阀和所述下节流阀的开口大小。
4.根据权利要求3所述的热采井带压作业冷却循环系统，其特征是，还包括: 泵组控制器，分别与所述离心泵和所述柱塞泵电连接，用于为所述离心泵和所述柱塞泵提供工作动力； 动力源控制器，分别与所述调压阀控制器、所述泵组控制器和显示及报警单元电连接，用于对所述调压阀控制器、所述泵组控制器和所述显示及报警单元进行控制；以及 显示及报警单元，与所述动力源控制器电连接，用于显示所采集的数据，并在所采集的数据超出对应预设阈值时发出报警信号。
5.根据权利要求4所述的热采井带压作业冷却循环系统，其特征是，还包括: 第四压力变送器，设置在所述柱塞泵的出水口处，用于采集柱塞泵出水口处的压力； 第一温度变送器，设置在所述沉淀水罐的入水口处，用于采集沉淀水罐入水口处的温度； 第二温度变送器，设置在井口隔热防喷器上方，用于采集井口的温度； 第三温度变送器，设置在所述储水罐的出水口处，用于采集储水罐出水口处的温度； 第一流量变送器，设置在所述沉淀水罐的入水口处，用于采集沉淀水罐入水口处的流量；以及第二流量变送器，设置在所述柱塞泵的出水口处，用于采集柱塞泵出水口处的流量。
6.根据权利要求5所述的热采井带压作业冷却循环系统，其特征是，所述第一压力变送器、所述第二压力变送器、所述第三压力变送器和所述第四压力变送器均为防爆压力变送器，所述第一温度变送器、所述第二温度变送器和所述第三温度变送器均为防爆温度变送器，所述第一流量变送器和所述第二流量变送器均为防爆流量变送器，所述上节流阀和所述下节流阀均为防爆电动节流阀。
7.根据权利要求4、5或6所述的热采井带压作业冷却循环系统，其特征是，所述调压阀控制器为撬装式调压 阀控制器，所述泵组控制器为撬装式泵组控制器。
【文档编号】E21B36/00GK203783530SQ201420154139
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】王玮, 于震, 王宝山, 王兴民, 宋瑞兴, 刘文平, 卢全红, 赵忠祥, 范海燕, 段文立, 李天兴, 王建刚, 邓奇, 王斌虎 申请人:任丘市铁虎石油机械有限公司