利用重力实现油田注入井自动调节的注入系统及使用方法与流程

本发明涉及油田设备技术领域，具体涉及利用重力实现油田注入井自动调节的注入系统及使用方法。

背景技术：

在油田注入井的日常控制管理上，采油工根据地质方案要求每天巡井控制注入压力（即油压）和注入量，保证其注入压力（即油压）和注入量在要求的范围里，控制设备为普通的阀门，多为闸阀；其控制方法为：挨口井巡视到井口，现场录取注入压力（油压），若压力值和方案要求压力值有偏差，则通过开关阀门大小改变注入量来使注入压力（油压）产生变化达到要求的注入压力（油压），并且调节后的注入量值应在方案要求的注入量波动范围内，否则观察一段时间即视为反常井上报；由于现场井距百米、地形路况不佳、雨雪风恶劣天气、来水压力（即泵压）不稳定有波动、井下状况变化增加了调节控制频率等客观因素，使之需要大量的劳动力和劳动时间，亦因为劳动强度、劳动条件和工人水平等主观因素，使之控制效果往往不佳，数据不够精准、效果达不到预期，以至于出现联合站流量计累计泵打出量和所辖地区单井累计注入量之和（理论上为相等）数值相差很大的情况。

而现有的无人控制注入技术需要用电，铺设电缆、建配水间、投入大量电子电气设备、执行器编程、需电脑执行等，先期投入和后期维护成本极高且在方式上需建配水间将一定区域内水井井口控制部分汇集在一起，难以与现在的井口控制部分分布在按地质方案确定位置的各个单井采油树旁的情况方式兼容。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，而提供一种利用重力实现油田注入井自动调节的注入系统及使用方法，它自动进行调节注入压力和控制注入量，且无需用电，无需额外消耗能量，后续维护简单，同时自动控制避免了影响注入效果的人工主观因素，使得注入数据时刻精准、效果精细。

本发明采用的技术方案为：一种利用重力实现油田注入井自动调节的注入系统，包括流动管路，流动管路进水端设有阀口，流动管路上按照水流方向在阀口后依次设有第一液压缸和第二液压缸，第一液压缸和第二液压缸内分别安装第一活塞和第二活塞，第一活塞的截面积大小与第二活塞的截面积大小不同，第一活塞和第二活塞与流动管路之间形成第一引压口和第二引压口，第一活塞和第二活塞通过刚性联结物件连接，刚性联结物件上设有重力加载件，所述的第一活塞与油压阀门的控制部分连接，油压阀门与阀口相匹配。

所述的刚性联结物件为连接杆。

所述的刚性联结物件包括第一齿条、第二齿条和齿轮，第一齿条和第二齿条分别与第一活塞和第二活塞的一端连接，第一齿条与第二齿条之间通过齿轮连接，第一齿条和第二齿条分别与齿轮相啮合，齿轮一侧与第三齿条相啮合，第三齿条一端与重力加载件连接，第一齿条、第二齿条、第三齿条均与齿轮啮合形成一致的联动性，第一齿条和第二齿条与第三齿条前后错位啮合。

所述的重力加载件采用液压千斤顶、齿轮或者杠杆其中的一种。

方法步骤如下：

1）将流动管路接入注入管线内，通过第一引压口和第二引压口将流动管路里的液体压力引至带有第一活塞的第一液压缸和带有第二活塞的第二液压缸内，排空第一液压缸和第二液压缸内的空气，使第一液压缸和第二液压缸达到工作状态；

2）通过注入方案中的注入压力来确定需要的平衡值，即使平衡值与注入方案中要求的注入压力相同，然后计算此平衡值所对应的重力加载部件应产生的力g的数值，通过增加或者减少重力加载件质量的方式调整g的大小，g调整完毕后，系统开始根据方案中的注入压力自动调节实际注入量；

3）实际注入压力较方案中的注入压力（即平衡值）升高时，第一活塞受到管路中液压的推力小于通过刚性联结物件传递过来的另两种力之和，受力平衡被打破，产生位置变化，第一活塞向缸内移动带动油压阀门的控制部分移动进行阀口的开度变小，则注入量下降，进而影响实际注入压力随之下降，直至刚性联结物件受来自第一活塞上推力作用和重力加载件的重力作用之和再次等于第二活塞上的推力作用时，即第一活塞受到管路中液压的推力再次等于通过刚性联结物件传递过来的另两种力之和、即实际注入压力持续下降到再次等于平衡值时，第一活塞受力达到平衡状态，阀口的开度不再变化；

4）实际注入压力较方案中的注入压力（即平衡值）降低时，第一活塞受到管路中液压的推力大于通过刚性联结物件传递过来的另两种力之和，受力平衡被打破，产生位置变化，第一活塞向缸外移动带动油压阀门的控制部分移动进行阀口的开度变大，则注入量上升，进而影响实际注入压力随之上升，直至刚性联结物件受来自第一活塞上推力作用和重力加载件的重力作用之和再次等于第二活塞上的推力作用时，即第一活塞受到管路中液压的推力再次等于通过刚性联结物件传递过来的另两种力之和、即实际注入压力持续下降到再次等于平衡值时，第一活塞受力达到平衡状态，阀口的开度不再变化；

5）通过无线传输技术每隔一段时间发送计数器底数到接收端，接收端将区域内所有注入井底数情况汇总，由于实际注入压力自动调节恢复到平衡值保持恒定，注入量进行波动，那么通过观察实际每段时间注入量波动，即可判断各个井的注入情况；当实际注入量波动超过方案中的注入压力限定范围时，判断其原因，若为注入异常井通过测试等方式更改或地质注入方案变化时，对应平衡值发生变化，再次计算新平衡值对应的重力加载件重力效果质量，更改重力加载件的质量，重复步骤3）的工作；若为注入井管线冻堵或刺漏，及时解决后恢复自动调节注入。

本发明的有益效果是：本系统自动注入调节免去了人工客观干扰因素，大幅度的改善了注入参数的准确性，使之注入参数按要求时刻准确、累计注入量误差很小，使之油田的注入量统计更加真实可靠；系统设备能够马上适应融入现有的现场情况，现场不需改动、不需大规模改造井网管路、不需用电，投入很小、适应衔接性强、后期维护成本低，能够很快实现；改变了现有注水井的管理模式，自动稳定注入压力调节注入量，不再需要人工日常巡视调节注入量稳定注入压力，配合无线数据传输技术，人工日常工作由巡视调节注入量稳定注入压力录取填写报表变为在接收端及时监控针对性的处理个别井况、按注入方案要求计算平衡值并更改现场重力效果和维护保养设备等需求频率相对极低的工作，工作内容发生根本变化，对比现有模式，节约了极大的人工劳动力，节省巡井工人人数70%以上，并且对井的监控效率实时性大幅提高，发现问题更加及时。

附图说明：

图1是本发明结构示意图一；

图2是本发明结构示意图二。

具体实施方式：

参照各图，一种利用重力实现油田注入井自动调节的注入系统，包括流动管路1，流动管路1进水端设有阀口6，流动管路1上按照水流方向在阀口6后依次设有第一液压缸2和第二液压缸10，第一液压缸2和第二液压缸10内分别安装第一活塞5和第二活塞9，第一活塞5的截面积大小与第二活塞9的截面积大小不同，第一活塞5和第二活塞9与流动管路1之间形成第一引压口3和第二引压口11，第一活塞5和第二活塞9通过刚性联结物件7连接，刚性联结物件7上设有重力加载件8，所述的第一活塞5与油压阀门的控制部分4连接，油压阀门的控制部分4与油压阀门连接，油压阀门与阀口6相匹配。所述的刚性联结物件7为连接杆。所述的刚性联结物件7包括第一齿条12、第二齿条13和齿轮14，第一齿条12和第二齿条13分别与第一活塞5和第二活塞9的一端连接，第一齿条12与第二齿条13之间通过齿轮14连接，第一齿条12和第二齿条13分别与齿轮14相啮合，齿轮14一侧与第三齿条15相啮合，第三齿条15一端与重力加载件8连接，第一齿条12、第二齿条13、第三齿条15均与齿轮14啮合形成一致的联动性，第一齿条12和第二齿条13与第三齿条15前后错位啮合。所述的重力加载件8采用液压千斤顶、齿轮或者杠杆其中的一种，重力加载件重力可视现场情况决定是否进行力的放大，放大采用液压千斤顶、齿轮或者杠杆其中的一种，但并不局限与这几种力的放大方式。

方法步骤如下：

1）将流动管路1接入注入管线内，通过第一引压口3和第二引压口11将流动管路1里的液体压力引至带有第一活塞5的第一液压缸2和带有第二活塞9的第二液压缸10内，排空第一液压缸2和第二液压缸10内的空气，使第一液压缸2和第二液压缸10达到工作状态；

2）通过注入方案中的注入压力来确定需要的平衡值，即使平衡值与注入方案中要求的注入压力相同，然后计算此平衡值所对应的重力加载部件8应产生的力g的数值，通过增加或者减少重力加载件8质量的方式调整g的大小，g调整完毕后，系统开始根据方案中的注入压力自动调节实际注入量；

3）实际注入压力较方案中的注入压力（即平衡值）升高时，第一活塞5受到管路中液压的推力小于通过刚性联结物件7传递过来的另两种力之和，受力平衡被打破，产生位置变化，第一活塞5向缸内移动带动油压阀门的控制部分4移动进行阀口6的开度变小，则注入量下降，进而影响实际注入压力随之下降，直至刚性联结物件7受来自第一活塞5上推力作用和重力加载件8的重力作用之和再次等于第二活塞9上的推力作用时，即第一活塞5受到管路中液压的推力再次等于通过刚性联结物件7传递过来的另两种力之和、即实际注入压力持续下降到再次等于平衡值时，第一活塞5受力达到平衡状态，阀口6的开度不再变化；

4）实际注入压力较方案中的注入压力（即平衡值）降低时，第一活塞5受到管路中液压的推力大于通过刚性联结物件7传递过来的另两种力之和，受力平衡被打破，产生位置变化，第一活塞5向缸外移动带动油压阀门的控制部分4移动进行阀口6的开度变大，则注入量上升，进而影响实际注入压力随之上升，直至刚性联结物件7受来自第一活塞5上推力作用和重力加载件8的重力作用之和再次等于第二活塞9上的推力作用时，即第一活塞5受到管路中液压的推力再次等于通过刚性联结物件7传递过来的另两种力之和、即实际注入压力持续下降到再次等于平衡值时，第一活塞5受力达到平衡状态，阀口6的开度不再变化；

5）通过无线传输技术每隔一段时间发送计数器底数到接收端，接收端将区域内所有注入井底数情况汇总，由于实际注入压力自动调节恢复到平衡值保持恒定，注入量进行波动，那么通过观察实际每段时间注入量波动，即可判断各个井的注入情况；当实际注入量波动超过方案中的注入压力限定范围时，判断其原因，若为注入异常井通过测试等方式更改或地质注入方案变化时，对应平衡值发生变化，再次计算新平衡值对应的重力加载件8重力效果质量，更改重力加载件8的质量，重复步骤3）的工作；若为注入井管线冻堵或刺漏，及时解决后恢复自动调节注入。

上述步骤中，第一活塞5、第二活塞9、重力加载部件8和油压阀门的控制部分7它们通过刚性联结物件7进行连接，具有一致的联动性，其中第二活塞9的截面积大于第一活塞5；管路中液体压强对第二活塞9产生的液压推力通过刚性联结物件7传递到第一活塞5时，对第一活塞5产生的推力与第一活塞5受到的管路中液压力的推力作用方向相反；重力加载部件8产生的力通过刚性联结物件7传递到第一活塞5时对其的作用方向与管路中液压对其的推力作用方向相同，重力加载部件8产生的力通过刚性联结物件7传递到第二活塞9时对其的作用方向与管路中液压对其的推力作用方向相反；这样只有当第一活塞5受到管路中液压的推力与通过联结物7传递过来的另两种力相平衡时，第一活塞5不再进行移动，因第一活塞5与油压阀门的控制部分4相连接，即阀口6的开度不再发生变化；此第一活塞5受力平衡的对应的管路中的压力值为平衡值，由于第一活塞5和第二活塞9受力的截面积为常数，重力加载部件8产生的力为可变量，那么可以通过调节重力加载部件8产生的力来改变系统的平衡值。两个活塞、油压阀门的控制部分三者具有联动性形成了一个整体，如果管路中实际注入压力发生波动不再等于平衡值，那么第一活塞5就会受力不均产生移动，由于整体与控制阀控制部分具有联动性，会带动阀口开合产生变化，进而流量产生变化，流量产生变化又会反过来影响管路中液体压强（即实际注入压力）,直至实际注入压力与平衡值相同时，不再变化。

实施例一

参照图1，将油压阀门（即流量控制阀）后的管线压力（注入压力）同时引致两个液压缸内，两个液压缸内产生的压力分别作用在两个不同截面积（s1、s2，s1<s2）大小的活塞上，产生的力分别为ps1、ps2，由于缸内压力相同，显而易见ps1<ps2，根据上述特征，两个活塞与油压阀门的控制部分4三者具有联动性形成了一个整体，那么此整体就会受力不均产生移动，由于整体与油压阀门的控制部分4具有联动性，会带动阀口6开合产生变化，进而流量产生变化，流量产生变化又会反过来影响注入压力；在不加载重力加载件8重力效果的情况下，由于ps1始终小于ps2，这个整体始终产生移动，并带动油压阀门的控制部分4移动直至到极限状态（即油压阀门完全关闭或完全开合状态，这里根据现场需要在结构上取关闭状态），而在系统生产使用时是加载了重力加载件8重力效果的（因为是重力，所以在重量不发生变化的情况下此力效果恒定不变），此时，此整体受到三个力分别为ps1、ps2和g，根据上述特征g与ps1的作用效果相同，ps2的作用效果与ps1和g的作用效果相反，根据这个条件，那么这个整体的受力效果理想情况可视为ps2和ps1+g之间的关系的情况，只有当ps2=ps1+g时，即p=g/（s2-s1）时此整体受力平衡不再移动，即油压阀门稳定（即注入压力和流量稳定），由于s1和s2在整体中是固定常数，那么注入压力与g形成可循的逻辑关系，因配重g为一恒定常数，那么p=g/（s1-s2）时的压力p值为平衡值，只有实际注入压力和此平衡值相同时，整体受力均衡，油压阀门不再移动不再进行自动调节，那么当来液压力（泵压）或者井下注入状况变化影响实际注入压力时，破坏了此整体的受力平衡，此整体产生移动带动油压阀门（流量调节阀）进行调节（即实际注入压力、流量随之变化），直到调节实际注入压力再次达到和那平衡值p相同时，不再进行流量调节，重新达到平衡稳定注入，由上所述，此系统会时刻根据状况进行调节使实际注入压力值按平衡值注入，而此平衡值可通过改变g的大小来进行变换，通过更改质量配重g来调节其对应的平衡值，使平衡值等于注入方案中要求的注入压力，然后此系统自动控制注入量波动、自动调节实际注入压力使之等于方案中的注入压力：系统开始自动工作，当实际注入压力较方案中的注入压力升高时，第二活塞9上的推力大于第一活塞5上推力与重力加载件8的重力之和，带动油压阀门的控制部分4移动进行阀口6开度变小，注入量下降，实际注入压力进而随之下降直至等于方案中的压力，反之，实际注入压力下降时，阀口6开度变大，注入量上升使得压力随之上升直至等于方案压力，如此，使得压力、注入量自动进行调控，实现自动控制注入。

参照图1，大小两个液压缸中的活塞成竖直方向运动，刚性联结物件7为刚性杆；第一引压口3和第二引压口11位于水流方向的阀口6后，管线中压力通过第一引压口3和第二引压口11分别进入第一液压缸2和第二液压缸10内，对第一活塞5和第二活塞9产生推力，第一活塞5受到的力为ps1，第二活塞9受到的力为ps2，显而易见ps1小于ps2；两个活塞通过刚性联结物件7刚性杆联结在一起，第一活塞5和油压阀门的控制部分4部分联结在一起，这样第一活塞5、第二活塞9和油压阀门的控制部分4它们通过刚性杆等联结产生了一致的联动性，油压阀门的控制部分4带动阀口6开合；重力加载件8重物力g产生的效果力（可通过力或力矩放大结构放大后加载在刚性联结物件7上）也联结在刚性联结物件7的刚性杆上，和第一活塞5产生联动，由图1可知两个活塞受液压缸推力和重力的效果的方向和特征所述相同，即ps2与ps1+g成反向关系，然后实现过程参照上述原理。

实施例二

参照图2，设第一活塞5和第二活塞10受力的截面积分别为s1和s2，且s1小于s2，第一齿条12和第二齿条13与齿轮14的啮合半径为r1，第三齿条15与齿轮14的啮合半径为r2，第三齿条15与第一齿条12和第二齿条13在齿轮14上的位置前后有错位，第一活塞5和第二活塞10上产生的作用力分别为ps1和ps2，且ps1小于ps2，重力加载件8的配重为g，ps1、ps2和g分别通过齿条传递到齿轮14上对其产生扭矩，当ps2r1=ps1r1+gr2(注:当g不需放大时r1=r2，当需要放大时r1<r2，结构图中简化为r1=r2时的情况)时，即p=gr2/（s2-s1）r1时，整体受力平衡，则p为平衡值；重力加载件8的配重为g=（ps2r1-ps1r1）/r2，通过增加或者减少重力加载件8质量的方式调整重力加载件8产生的力效果后，系统开始根据方案中的注入压力自动调节实际注入量。

参照图2，第一液压缸2和第二液压杆9中的第一活塞5和第二活塞9呈水平方向运动，刚性联结物件7为齿轮14和齿条；第一引压口3和第二引压口11位于水流方向的阀口6后，管线中压力通过第一引压口3和第二引压口11分别进入第一液压缸2和第二液压缸10中，对第一活塞5和第二活塞9产生推力，第一活塞5受到的力为ps1，第二活塞9受到的力为ps2，显而易见ps1<ps2；第一活塞5和第二活塞9分别与第一齿条12和第二齿条13联结在一起，第一齿条12和第二齿条13和齿轮14配合产生联动，第一活塞5和油压阀门的控制部分4联结在一起，这样第一活塞5、第二活塞9和油压阀门的控制部分4它们通过第一齿条12、第二齿条13和齿轮14联结产生了一致的联动性，油压阀门的控制部分4带动阀口6开合；重力加载件8产生的重力效果力亦通过第三齿条15传递到齿轮14上（可根据需要通过力矩放大结构放大后加载在齿轮14上、第三齿条15与两个活塞的联结齿条在与齿轮14的装配位置上有错位）和第一活塞5产生联动；由图2可知两个活塞受液压缸推力和重力的效果的方向和特征所述相同，即ps2在齿轮上产生的扭矩与ps1+g产生的扭矩成反向关系，ps2经第二齿条13在齿轮14上产生的扭矩与ps1和重力加载件8经第一齿条12和第三齿条15在齿轮14上产生的扭矩达到平衡时，阀口6大小不再变化，实现过原理和过程亦如上述原理过程。

本系统中采用的刚联结接物件7为现有技术，是本领域技术人员的公知常识，本专利只提到了两种具体结构，但不限于这两种结构，所有能实现刚性连接功能的刚性联结物件均可，在此不做进一步赘述。

综上所述，本利用重力实现油田注入井自动调节的注入系统及使用方法，自动注入调节免去了人工客观干扰因素，大幅度的改善了注入参数的准确性，使之注入参数按要求时刻准确、累计注入量误差很小，使之油田的注入量统计更加真实可靠；系统设备能够马上适应融入现有的现场情况，现场不需改动、不需大规模改造井网管路、不需用电，投入很小、适应衔接性强、后期维护成本低，能够很快实现；改变了现有注水井的管理模式，自动稳定注入压力调节注入量，不再需要人工日常巡视调节注入量稳定注入压力，配合无线数据传输技术，人工日常工作由巡视调节注入量稳定注入压力录取填写报表变为在接收端及时监控针对性的处理个别井况、按注入方案要求计算平衡值并更改现场重力效果和维护保养设备等需求频率相对极低的工作，工作内容发生根本变化，对比现有模式，节约了极大的人工劳动力，节省巡井工人人数70%以上，并且对井的监控效率实时性大幅提高，发现问题更加及时。