海上平台可调射流泵注水系统及其控制装置和控制方法与流程

本发明属于海上油田注水领域，特别是关于一种海上平台可调射流泵注水系统及其控制装置和控制方法。

背景技术：

在海上油田的开采过程中，注水是油田生产的重要环节，注水有利于保持油层压力以及在开采石油过程中恢复原有的油层压力，实现油田高产稳产，并获得较高的收采率。由于海上平台空间原因，其注水一般采用集约化方式，即在一个海上平台上配备一套型号及压力等级相同的注水泵系统，泵增压后通过一套注水管汇分配至井口。由于不同注水井地层的不均质性等原因导致各注水井的注入压力不同，因此，现有技术的处理方式是：在保证最高压力井注入压力的同时，其余注入压力较低各井则需要通过阀门节流降压后注入，由此造成了注入环节的大量能源浪费。而且，随注入时间的延长，同一注水井井口处所需的注入压力和流量也会产生相应变化，出现注入压力不变而注入流量变化或注入压力变化而注入流量不变的情况，此时无法完全通过阀门进行调节，也会造成大量的能量损耗。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种海上平台可调射流泵注水系统及其控制装置和控制方法，使用可调射流泵替代节流阀，通过自动调节改变可调射流泵结构，满足不同注水井的注入压力和流量的变化，以及各注水井随时间延长所造成的注入压力、流量变化情况，实现节能降耗。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种海上平台可调射流泵注水系统，其特征在于：其包括若干可调射流泵、若干高压供水管路、若干吸入管路、若干注水管路、一增压泵、一主供水系统和一低压供水系统；所述若干可调射流泵相互并联，且各所述可调射流泵的高压入口均通过所述高压供水管路与所述增压泵的出口端相连，各所述可调射流泵的吸入口均通过所述吸入管路与所述低压供水系统相连，各所述可调射流泵的出口均通过所述注水管路与各注水井口相连；所述主供水系统中的水源经所述增压泵的吸入口进入，在各所述可调射流泵的高压入口处形成高压，各所述可调射流泵的吸入口将所述低压供水系统的低压水源吸入，混合后的高压水和低压水经各所述可调射流泵的出口注入各所述注水井。

各所述可调射流泵均包括一中空的可调射流泵壳体和一带有喷嘴的进液管；所述可调射流泵壳体内依次设置有相互连通的吸入腔、喉管和扩散管，且所述吸入腔的旁侧出口作为所述可调射流泵的吸入口，所述扩散管的出口作为所述可调射流泵的出口；所述进液管带有所述喷嘴的一端插设在所述可调射流泵壳体的吸入腔内，且所述喷嘴前端与所述喉管入口互不接触，所述进液管外壁与所述可调射流泵壳体端部设置的侧盖螺纹连接，所述进液管的另一端作为所述可调射流泵的高压入口；所述进液管内靠近所述喷嘴一端的所述进液管内部固定设置有两支撑环，两所述支撑环之间插设一带齿条的喷针；两所述支撑环之间的所述进液管外壁上设置有一调节螺钉，所述调节螺钉穿过所述进液管与所述喷针通过齿条相互配合。

所述可调射流泵还包括一用于计量所述进液管和喷嘴前进及后退距离的刻度盘，所述刻度盘焊接在所述侧盖外侧；所述刻度盘表面设置有一环形槽，所述环形槽内插设有一用于控制所述进液管旋进和后退距离的限位螺钉，且所述限位螺钉与所述进液管通过螺纹连接。

所述主供水系统包括两过滤装置和一注水缓冲罐，第一过滤装置和第二过滤装置的入口端分别与纯水井和采出水井相连，用于对所述纯水井和采出水井中水源进行过滤；所述第一过滤装置和第二过滤装置的出口端与所述注水缓冲罐的入口端相连，所述注水缓冲罐的出口端与所述增压泵的吸入口相连，为其提供稳定的水源。

所述第一过滤装置采用除砂器。

所述第二过滤装置包括依次相连的斜板除油器、气浮选器及核桃壳过滤器。

一种基于所述系统的海上平台可调射流泵注水系统的控制装置，其特征在于：其包括plc模块、远程工作站、位于各所述可调射流泵出口处的压力流量检测器、位于各所述可调射流泵高压入口处的可调射流泵调节机构；所述plc模块通过第一现场总线与各所述压力流量检测器相连，通过第二现场总线与各所述可调射流泵调节机构相连，通过控制总线与所述远程工作站相连；各所述可调射流泵调节机构分别与各所述可调射流泵中的调节螺钉和进液管相连，用于调节所述进液管的喷针开度及喉嘴距；各所述压力流量检测器实时采集各所述可调射流泵出口处的出口压力和出口流量信号，经所述plc模块发送到所述远程工作站；所述远程工作站根据接收到的各信号，产生相应的调节信号并通过所述plc模块发送到各所述可调射流泵调节机构，实现对各所述可调射流泵的远程调节。

所述远程工作站中设置有注水控制系统，所述注水控制系统包括信号获取模块、处理模块、第一调节模块、检测模块、对比模块和第二调节模块；所述信号获取模块用于获取各注水井所需的注水压力和注水流量，并发送到所述处理模块；所述处理模块用于将获取的所需注水压力和所需注入流量与设定注水压力和设定注水流量对比，根据对比结果得到相应的喷针开度和喉嘴距，并发送到所述第一调节模块；所述第一调节模块用于根据得到的喷针开度和喉嘴距生成相应动作信号，并发送到各所述可调射流泵调节机构；所述检测模块用于实时检测各所述可调射流泵的实际出口压力和实际出口流量，并发送到所述对比模块；所述对比模块用于将各所述可调射流泵的实际出口压力、实际出口流量与所需注水压力、所需注水流量进行对比，并分别计算误差发送到所述第二调节模块；所述第二调节模块用于根据误差对比结果，对各所述可调射流泵的喷针开度进行微调，并生成相应的动作信号，发送到各所述可调射流泵调节机构。

一种基于所述控制装置的海上平台可调射流泵注水系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：1)对可调射流泵进行标定，得到设定注入压力和注入流量条件下的喷针开度和喉嘴距；2)远程工作站中信号获取模块实时获取海上平台各注水井的所需注入压力和所需注入流量，并发送到处理模块；3)处理模块将获取的所需注入压力和所需注入流量与步骤1)中得到的设定注入压力和设定注入流量对比，并根据对比结果得到相应的喷针开度和喉嘴距，发送到第一调节模块；4)第一调节模块根据得到的喷针开度和喉嘴距，生成相应的动作信号，并通过第二现场总线发送到可调射流泵调节机构，对各可调射流泵的当前工作参数进行调节；5)启动增压泵和各可调射流泵对各注水井进行注水；6)当各可调射流泵运行稳定后，通过各压力流量检测器实时检测各可调射流泵的实际出口压力和实际出口流量，并通过第一现场总线反馈到远程工作站；7)对比模块将接收到的实际出口压力、实际出口流量与所需注入压力和所需注入流量进行对比，并分别计算误差发送到第二调节模块；8)第二调节模块根据误差对比结果生成微调信号，并通过第二现场总线发送到相应可调射流泵调节机构，对各可调射流泵进行微调，使得各可调射流泵的实际出口压力和实际出口流量与所需注入压力和所需注入流量匹配。

所述步骤8)中，第二调节模块根据误差对比结果对各可调射流泵进行微调的方法为：第二调节模块分别将两个误差值与预先设定的压差阈值和流量差阈值进行判断：当实际出口压力与所需注入压力的差值大于压差阈值，和/或实际出口流量与所需注入流量的差值大于流量差阈值时，对可调射流泵的喷针开度进行微调。当实际出口压力与所需注入压力的差值小于或等于压差阈值，且实际出口流量与所需注入流量的差值小于或等于流量差阈值时，结束调节过程。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用各可调射流泵对各注水井进行注水，通过自动调节改变可调射流泵结构，满足不同注入压力和注入流量的变化，大大减少了能量的浪费。2、本发明由于可调射流泵中设置有调节螺钉和限位螺钉，通过调节螺钉前后移动喷针实现喷嘴开度的调节，通过调节限位螺钉实现喉嘴距的调节，双参数调节既增大了可调射流泵的工作范围，又实现了尽可能大的抽吸能力，在保证出口流量不变的前提下，减小高压水流量，进一步降低能耗。3、本发明中由于各可调射流泵调节机构通过控制总线与plc模块和远程工作站相连，由远程工作站直接控制各可调射流泵调节结构，对各可调射流泵的结构进行调节，有效减少了人力成本和人为误差。4、本发明由于注水控制装置中各流量检测器和压力检测器可以实时采集各可调射流泵的实际出口压力和实际出口流量，并发送到远程工作站实现远程微调，使得实际出口压力和出口流量与设定值更加匹配，大大提高了注水系统的精确度。因而，本发明可以广泛应用于海上平台注水井的注水领域中。

附图说明

图1为本发明海上平台可调射流泵注水系统结构示意图；

图2为本发明可调射流泵结构示意图；

图3为本发明海上平台可调射流泵注水系统的控制装置图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明海上平台可调射流泵注水系统，包括若干可调射流泵1、若干高压供水管路2、若干吸入管路3、若干注水管路4、一增压泵5、一主供水系统6和一低压供水系统7。其中，若干可调射流泵1相互并联，且各可调射流泵1的高压入口均通过一高压供水管路2与增压泵5的出口端相连，各可调射流泵1的吸入口均通过一吸入管路3与低压供水系统7相连，各可调射流泵1的出口均通过一注水管路4与各注水井口8相连。主供水系统6中的水源经增压泵5的吸入口进入，在各可调射流泵1的高压入口处形成高压，并通过各可调射流泵1的吸入口将低压供水系统7的低压水源吸入，混合后的高压水和低压水经各可调射流泵1的出口注入各注水井8。

如图2所示，各可调射流泵1均包括一中空的可调射流泵壳体100和一带有喷嘴101的进液管102。可调射流泵壳体100内依次设置有相互连通的吸入腔103、喉管104和扩散管105，且吸入腔103的旁侧出口作为可调射流泵1的吸入口，扩散管105的出口作为可调射流泵1的出口。进液管102带有喷嘴101的一端插设在可调射流泵壳体100的吸入腔103内，且喷嘴101前端与喉管104入口互不接触，进液管102外壁与可调射流泵壳体100端部设置的侧盖106螺纹连接，进液管102的另一端作为可调射流泵1的高压入口。靠近喷嘴101一端的进液管102内部固定设置有两支撑环107，两支撑环107之间插设一带齿条的喷针108。两支撑环107之间的进液管102外壁上设置有一调节螺钉109，该调节螺钉109穿过进液管102与喷针108通过齿条相互配合，使得喷针108能够相对于两支撑环107前后移动，以调节喷嘴101的开度。

主供水系统6包括两过滤装置61、62和一注水缓冲罐63，第一过滤装置61和第二过滤装置62的入口端分别与纯水井64和采出水井65相连，用于对纯水井64和采出水井65中水源进行过滤。第一过滤装置61和第二过滤装置62的出口端与注水缓冲罐63的入口端相连，注水缓冲罐63的出口端与增压泵5的吸入口相连，为其提供稳定的水源。

上述实施例中，增压泵5的输出端还设置有若干并联的高压注水管路9，各高压注水管路9的出口端分别与各高压注水井口10直接相连。

上述各实施例中，侧盖106外侧焊接有一刻度盘110，用于计量进液管102和喷嘴101前进及后退的距离，刻度盘110表面设置有一环形槽，环形槽内插设有一限位螺钉111，且该限位螺钉111与进液管102通过螺纹连接，用于控制进液管102旋进和后退的距离，也即控制喉嘴距的范围。其中，喉嘴距是指喷嘴101出口处的平面与喉管104入口处平面的距离。

上述各实施例中，第一过滤装置61采用除砂器，用于除去水源井中的泥砂。

上述各实施例中，第二过滤装置62包括依次相连的斜板除油器621、气浮选器622及核桃壳过滤器623；且斜板除油器621、气浮选器622及核桃壳过滤器623分别用于除去采出水井65中的油、油脂和悬浮固体。

基于上述海上平台可调射流泵注水系统，本发明提供一种海上平台可调射流泵注水系统的控制装置，其包括plc模块11、远程工作站12、位于各可调射流泵1出口处的压力流量检测器13以及位于各可调射流泵1高压入口处的可调射流泵调节机构14。plc模块11通过第一现场总线15与各压力流量检测器13相连，通过第二现场总线16与各可调射流泵调节机构14相连，通过控制总线17与远程工作站12相连。各可调射流泵调节机构14分别与各可调射流泵1中的调节螺钉109和进液管102相连，用于调节进液管102喷针开度以及喉嘴距。各压力流量检测器13实时采集各可调射流泵1出口处的出口压力和出口流量信号，经plc模块11发送到远程工作站12。远程工作站12根据接收到的各信号，产生相应的调节信号并通过plc模块11发送到各可调射流泵调节机构14，实现对各可调射流泵1的远程调节。

如图3所示，远程工作站12中设置有注水控制系统121，注水控制系统121包括信号获取模块122、处理模块123、第一调节模块124、检测模块125、对比模块126和第二调节模块127。信号获取模块122用于获取各注水井所需的注入压力和注入流量，并发送到处理模块123。处理模块123用于将获取的所需注入压力和所需注入流量与设定注入压力和设定注入流量对比，根据对比结果得到相应的喷针开度和喉嘴距，并发送到第一调节模块124。第一调节模块124用于根据得到的喷针开度和喉嘴距生成相应动作信号，并发送到各可调射流泵调节机构14。检测模块125用于实时检测各可调射流泵1的实际出口压力和实际出口流量，并发送到对比模块126。对比模块126用于将各可调射流泵1的实际出口压力、实际出口流量与所需注入压力、所需注入流量进行对比，并分别计算误差发送到第二调节模块127。第二调节模块127用于根据误差对比结果，对各可调射流泵1的喷针开度进行微调，并生成相应的动作信号，发送到各可调射流泵调节机构14。

基于上述海上平台可调射流泵注水系统的控制装置，本发明还提供一种海上平台可调射流泵注水系统的控制方法，包括：

1)对可调射流泵1进行标定，得到设定注入压力ps和注入流量qs条件下的喷针开度ks和喉嘴距ls。

本发明首先对可调射流泵进行标定，并通过数值模拟和试验验证双重优化后，得到可调射流泵注水系统的优化数据，作为设定注入压力和注入流量条件下，所需的喷针开度和喉嘴距，如下表1所示。

表1

2)远程工作站12中信号获取模块122实时获取海上平台各注水井的所需注入压力p和所需注入流量q，并发送到处理模块123。

信号获取模块123用于获取来自键盘、人机互动窗口等终端输入的注水井所需注入压力p和所需注入流量q。同时，随着注水时间的延长，注水井所需的注入压力和流量会发生变化，如出现注入压力不变而注入流量变化的情况，或出现注入压力变化和注入流量不变的情况，此时信号获取模块需要实时获取各注水井所需的注入压力p和所需注入流量q。

3)处理模块123将获取的所需注入压力p和所需注入流量q与步骤1)中得到的设定注入压力ps和设定注入流量qs对比，并根据对比结果得到相应的喷针开度ks和喉嘴距ls，发送到第一调节模块124。

处理模块123将获取的注水井的所需注入压力p和流量q值与表1中经过数值模拟和试验验证双重优化后的设定注入压力ps和设定注入流量qs对比，通过表1所提供的海上平台可调射流泵注水系统的优化数据得到相应的喷针开度ks和喉嘴距ls。例如，若所需注入压力p为2mpa、所需注入流量q为650m³/d，则根据表1即可以得到喷针开度ks＝35％和喉嘴距ls＝12mm。

4)第一调节模块124根据得到的喷针开度ks和喉嘴距ls，生成相应的动作信号，并通过第二现场总线16发送到可调射流泵调节机构14，对各可调射流泵1的当前工作参数进行调节。

可调射流泵调节机构14接收到动作信号后，通过转动调节螺钉109使得喷针开度达到设定值ks，同时通过螺纹移动进液管102，调节喷嘴101和喉管104间的距离，使得喉嘴距达到设定值ls。

5)启动增压泵5和各可调射流泵1对各注水井进行注水。

纯水井中水源通过除砂器过滤水中的泥沙；采出水井中水源依次通过斜板除油器621、气浮选器622和核桃壳过滤器633三道工序过滤水中的油、油脂和固体悬浮颗粒。过滤后的纯水井和采出水井的水储存在注水缓冲罐63中。增压泵5将注水缓冲罐63中的水增压形成高压水，进入各可调射流泵1的进液管102，高压水通过喷嘴101后，会在吸入腔103形成高压区，高压区会抽吸低压供水系统7中的低压水，高压水和低压水通过喉管104和扩散管105后注入各注水井。

若是对各高压注水井10进行注水，则由增压泵5增压后的高压水直接经高压注水管路输送到各高压注水井10。

6)当各可调射流泵1运行稳定后，通过各压力流量检测器13实时检测各可调射流泵1的实际出口压力p0和实际出口流量q0，并通过第一现场总线15反馈到远程工作站12。

7)对比模块126将接收到的实际出口压力p0、实际出口流量q0与所需注入压力p和所需注入流量q进行对比，并分别计算误差发送到第二调节模块127。

8)第二调节模块127根据误差对比结果生成微调信号，并通过第二现场总线16发送到相应可调射流泵调节机构14，对各可调射流泵1进行微调，使得各可调射流泵1的实际出口压力和实际出口流量与所需注入压力和所需注入流量匹配。

第二调节模块127中预先设置有两阈值，一是压差阈值，一是流量差阈值，分别将两个误差值与阈值进行判断：

当实际出口压力与所需注入压力的差值大于压差阈值，和/或实际出口流量与所需注入流量的差值大于流量差阈值时，对可调射流泵1的喷针开度进行微调。

当实际出口压力与所需注入压力的差值小于或等于压差阈值，且实际出口流量与所需注入流量的差值小于或等于流量差阈值时，结束调节过程。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。