专利名称：高含水废弃油田的数控回注采油装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种石油开采机械装置，确切地说，涉及一种用于高含水废弃油田再次开采的数控回注采油装置。
采用早期注水开采的油田，经多年开采后，油层的含水量逐年上升，而随着含水量的上升，开采的能量消耗越来越大，从油井采出的液体里，油、水的比例越来越小，导致开采成本逐年增高。西方石油公司认为一般采出的液体中油水比例达到114之后，开采就不再具有经济价值。所以，含水量超过这个标准后，油田就被废弃了。我国油田多数采用早期注水开发，现在一些主要油田都已进入高含水期，开采的成本日趋高昂，即将面临是否废弃？还是否值得继续开采下去的抉择。
本实用新型的目的是提供一种以当代高技术为基础的新型机械采油装置，把它用于高含水的废弃油田，可以使得油田获得再次开采的“新生”。
本实用新型的结构装置如
图1所示意它包括有用大小口不等的两个钢管组成的具有环形空间和中心圆筒形空间的套管式抽油井筒1、抽油活塞2、钢丝绳3、卷扬滚筒4、电动机6和可调数控逆变电源8组成的滚筒式抽油机5和回注井14，其特征在于电动机6为稀土全速同步电机，其输入端接有可调数控逆变电源8，在抽油井出井口分别装有测量水压、流量的传感器9和测量油、气压力与流量的传感器10，有用于测量活塞2行程位置的位置传感器11和对可调数控逆变电源进行控制的装有CPU的可编程控制器12，上述传感器9、10、11都与可编程控制器12的输入端相连，套管式抽油井筒1的内筒出口经管道13A与回注井14相连通，其外筒出口经管道13B与输油管线相连通。15是回注水的压力、流量等参数检测装置，16是输出油气的压力、流量等参数检测装置。17是含油气的地层。
本实用新型的技术核心是把传统的机械采油设备改用稀土全速同步电机(专利号CN91203427.0)作为数控电力拖动的动力源。这种原动机特别适合于需要对输出转速、运转方向、扭矩和行程进行控制的系统，用于变工况场合可在数字控制下达到最佳优化。使用这种先进动力再配以数控滚筒式抽油机(已申报专利)构成的采油设备是本实用新型的硬件配置。
图1还用图示法表明了本实用新型的工作原理由于这一类油田里油井的产出液大多是水，原油都是以油滴形式(图中用圆圈表示)悬浮在水中。本实用新型是利用数控抽油机套筒式抽油井筒在油井内形成的环形空间，把油与水利用重力沉降原理在井下直接完成分离的。当这种高含水的油水混合物从油层流到套管井筒的环形空间里之后，油滴因其比重小而浮升到外套筒的上部，水则沉降到油井底部，并从井筒1的内管被抽吸上来。图示中用实线箭头表示水的流动趋向，用虚线箭头表示油滴和气的流动趋向。这时，应用数控原理，根据各传感器9、10、11的参数和地层特点，油水比例等状态以及转入运行状态后的回注水管道压力、流量参数检测器15的数据和抽出的油气压力、流量检测器16的数据，汇总送入装有CPU的可编程控制器12，由其通过可调逆变电源8对稀土同步全速电机控制，再对抽油机滚筒运行控制，把井筒底部分离出来的水由活塞2提升抽出地面，抽到地面之后，再通过管道13A把其直接引向回注水井14，回注到油层中去。其关键是这种油层水要不多不少、恰如其分地根据油井的实际状况把分离开的水全部吸抽出来，这一点可根据经典的策略沉降原理、采用斯托克公式进行理论计算，再进行实践修正后，用数字控制方法经试验调整后实现。这种数控软件对于不同油田都要重新调试才能运行。而被分离聚积在油井套筒上部的原油和天然气，由于其比重比水轻，且又蕴含有一定压力，通常情况在套管的环形空间会具有上升能力，其到达井口时仍具有一定的“内能”，会形成自喷能力，可以利用管道13B使之自动从套管的环形空间流入输油管线。这样，在套管井筒1的环形空间(外筒出口)所采集到的就是含水量很低的原油和天然气了。由于数控抽油机驱动的抽油泵吸抽出的水仍有较高的水压，足以补偿从油层出来再回注到油层中去的水力摩阻耗损。又因为其流程是从油层重新流回到原来的油层，水基本上处于密封的就地循环，和上海市控制地面沉降的循环回注有点类似。这样，水的化学性质保持不变，因而不需要对水作处理，其物理状态也不会发生大的改变，所以回注的能量消耗较小，主要用于克服流程的水力摩阻。只是在开采后期由于要补偿原油和天然气被采出后的空缺体积，需要注入等量的水保持平衡，但其耗能也是有限的。
而要实现把分离出来的水恰好不多不少地抽吸到地面，依靠传统的机械设备是不可能实现的，唯有采用配有数控稀土同步全速电机的数控抽油机才能依据实时工况需要，根据各传感器采集的参数，通过可编程控制器12，对数控可调逆变电源8的输出频率，相位和电压进行控制，从而改变电动机6的转速、转向，也即控制抽油活塞2的运动状态。而且，整个过程都处于闭环反馈控制过程中，可确保抽油机始终处于最佳状态工作运行，这样就可随时调整电机转速、扭矩、转向和行程，使活塞处于理想数控状况运行，达到设计要求。这就是依靠当代高新技术，使高含水油田在传统采油工艺条件下宣判“死刑”后获得“新生”的关键。本实用新型是在摈弃传统开采工艺之后，另辟新径才获此成效的。
本实用新型已在国内油田作过没有形成循环的局部试验。除回注部分尚未做试验外，其余皆已验证发明构思是可以实现的，而回注部分恰又是常规工艺，即使不进行验证也无妨大局。试验证明，采用本实用新型方法，当油井产出液的油水比例达到120之后，油田仍然还有继续开采的经济价值，这一点对于我国石油行业当前面临的特殊课题尤其具有重大意义。
权利要求1.一种用于高含水废弃油田的数控回注采油装置，它包括有用大小口径不等的两个钢管组成的具有环形空间和中心圆筒形空间的套管式抽油井筒1、抽油活塞2、钢丝绳3、卷扬滚筒4、电动机6和可调数控逆变电源8组成的滚筒式抽油机5和回注井14，其特征在于电动机6为稀土全速同步电机，其输入端接有可调数控逆变电源8，在抽油井出井口分别装有测量水压、流量的传感器9和测量油、气压力与流量的传感器10，有用于测量活塞2行程位置的位置传感器11和对可调数控逆变电源进行控制的装有CPU的可编程控制器12，上述传感器9、10、11都与可编程控制器12的输入端相连，套管式抽油井筒1的内筒出口经管道13A与回注井14相连通，其外筒出口经管道13B与输油管线相连通。
专利摘要一种用于高含水废弃油田的数控回注采油装置，属于石油开采机械设备。它是在套筒式抽油井筒的链轮式抽油机中采用稀土全速同步电机作为驱动力，并用可调逆变电源对电机的转速、转向、扭矩、行程进行数字控制，使抽油机把因重力沉降原理而分离的油层里的水全部抽吸到地面后再回注到油层里，而让分离出来的油、天然气在井筒的环形空间中上升、自喷而进入输油管线。为我国已进入开采后期的高含水油田提供的实用而理想的新型采油装备。
文档编号E21B43/01GK2135646SQ9222993
公开日1993年6月9日 申请日期1992年8月11日 优先权日1992年8月11日
发明者石行 申请人:北京市西城区新开通用试验厂