专利名称：一种数控综合采油装置的制作方法
一种数控综合采油装置，它属于石油开采设备，可用于各种不能自喷的退化油田的开采，特别用于高含水量老油田的石油开采。
使用传统的采油方法，由于开采后期，采出液的含水量增高，有的达到了90％以上，继续维持开采将花费大量的能量，使开采成本增加过大，从而得不偿失。在这种情况下，一般只能把油田地质储量的35％的石油开采出来，有近三分之二的石油被遗留于地下。但被遗留于地下这些资源是已知的，开发这些石油不再需进行勘探，而且油田设施也已存在，无需重新建设，因此开采这些剩于地下的原油比勘探开发新油田有更重要的意义。而开发这些油田必须使用新的技术，新的观念。
本发明的目的是发明一种数控综合采油装置，它综合石油开采中石油提升与注水控制，减少无用能量的消耗。
本发明如附
图1所示，在采油井口处装有井口分接器1，输送管道2，在井筒中油层上部装有抽油机3，其特征在于井筒中油层下部装有注水电潜泵5，在注水电潜泵5外部有与井壁套管接触密封的隔环6，井壁套管与隔环6接触部位以及其下部一定距离的套管是无筛孔的，在抽油电潜泵3与注水电潜泵5之间装有介质介电常数传感器9，并在抽油机3下端和上端一定位置处装有压力传感器7和8，在油井上地面处装有标准工业控制介面17以及给抽油机3和注水潜水泵5供电的可变频电源变换器10和11，在标准工业控制介面17中插有与可变频电源变换器10和11相连并对其进行控制的控制适配模块12和13，还插有与介电常数传感器9相连并转换其测量信号的测量适配模块14以及与压力传感器7和8相连并转换其测量信号的测量适配模块15和16，标准工业控制介面17通过标准串行通讯接口与可和其它设备共有的中央控制计算机18相连。
图1为本发明的结构示意图。
本发明的工作原理如下本发明在采油井口处装有井口分接器1，输送管道2。在井筒中油层上部装有抽油机3，油层下部装有注水电潜泵5。在注水电潜泵5外部有与井壁套管接触密封的隔环6。井壁套管与隔环6接触部位以及其下部一定距离的套管是无筛孔的。在抽油机3与注水电潜泵5之间装有介质介电常数传感器9，并在抽油电潜泵3下端和上端一定位置处装有压力传感器7和8。在油井上地面处装有标准工业控制介面17以及给抽油机3和注水潜水泵5供电的可变频电源变换器10和11。在标准工业控制介面17中插有与可变频电源变换器10和11相连并对其进行控制的控制适配模块12和13，还插有与介电常数传感器9相连并转换其测量信号的测量适配模块14以及与压力传感器7和g相连并转换其测量信号的测量适配模块15和16。标准工业控制介面17通过标准串行通讯接口与可和其它设备共有的中央控制计算机18相连。在本发明中，抽油机3的入液口与在其下面装有的注水电潜泵5之间的一段井壁套管1空间形成了一个油水分离的沉降分离段。由于油和水的比重不同，油水混合液在该段停留一段时间后，就会在重力作用下发生分离。在沉降分离段所对应的井壁套管1是带有筛孔的，其位置正好与地下含油层对应，因而含油层中的油水混合液会通过筛孔进入沉降分离段，并在沉降分离段内分离，石油向上聚集，而水份向下聚集。在该沉降分离段中装有介质介电常数传感器9，由于水和油的介电常数显著不同(相差40倍左右)。因而当油和水之间的介面位置不同时，会使介质介电常数传感器9测量电极浸入油和水中的面积比发生变化。在油水介面位置变化过大超出介电常数传感器9的测量电极范围时，还会使其完全浸入油或是水中。通过测量介电常数传感器9的输出，就能得到油水介面的位置或是判断出油水介面是在传感器9的上面还是下面。在抽油机3下端装有压力传感器7，并在距压力传感器7上部一段距离处装有压力传感器8，由压力传感器7和8测得的压力差可以反映出在两压力传感器8之间的油柱高度。随着油水的不断分离，抽油机3把上部已分离出的石油提升到地面，而注水电潜泵5则把分离出来的水重新压入含油层下面的含水层中，保持一定的地下油层压力和相对稳定的油层位置。通过不断的抽油和注水保持混合液的不断流出。在注水电潜泵5外部与井壁套管1之间有隔环6，隔环6使沉降分离段和下面的注水区隔离，保持有一定的压力差，使注水区的压力大于沉降分离段的压力，以利于含油层中混合液的渗出。
在本发明中，采用了标准工业控制介面17，中央计算机18加各种适配模块这种机电一体化的控制模式。中央控制计算机18可以采用定时中断扫描的方式定时给出选通与介电常数传感器9、压力传感器7和8相连的测量适配模块14、15和16的地址选通信号。该信号通过标准串行通讯接口传送到标准工业控制介面17后，标准工业控制介面17根据地址选通信号选通相应的测量适配模块14、15和16。当相应的测量适配模块14、15或16被选通后，该模块把与之相连的传感器9、7或8测量得到的物理量转换为数字量，通过标准工业控制介面17从标准串行通讯接口送回到中央控制计算机18。中央控制计算机18通过定时采集、处理这些测量数据，可以不断的得到井下油水介面位置，已分离出石油量(井下液面位置)的信息，通过所得到的信息与控制模型进行比较，对抽油机3和注水电潜泵5的运行工况进行控制。例如，在井下液面位置过高(或过低)时，中央控制计算机18通过标准串行通讯接口发出与可变频电源变换器10相连并对其进行控制的控制适配模块12的地址选通信号给标准工介控制介面17，标准工业控制介面17根据接收到的地址信号选通控制适配模块12。选通后，中央控制计算机18再通过标准串行通讯接口给出抽油机3需改变的转速(工况)值被控制适配模块12接收并锁存。控制适配模块12在收到中央控制计算机18给出的转速数字量后，通过D/A变换变为可变频电源变换器10所需要的模拟控制信号对其进行控制。可变频电源变换器10根据控制信号的大小改变输出频率，从而改变抽油机3的工况。同理，当中央控制计算机18把所得到的信息与控制模型进行比较，得到井下油水介面过高(或过低)时，使用与控制抽油机3的工况同样的方法。中央控制计算机18通过送出选通控制适配模块13的地址选通信号选通该模块，然后进出改变注水电潜泵5工况的数字量，经控制适配模块13锁存并转换后，控制可变频电源变换器11的输出频率，从而改变注水电潜泵5的工况。
本发明由于采用了直接在井下形成一个沉降分离段并增加一个注水电潜泵的方法，把含油层渗出的油水混合液在井下直接分离，抽油机只把所分离出来的石油提升到地面，因而不用消耗提升混合液中水分的能耗。同时，通过井下的注水电潜泵直接把分离出的水再注入含油层下面的含水层中，这样可以保持地下含油层的压力不变和含油层位置不变，并减少注水井数量。注水电潜泵加压所消耗的能量与提升同样流量水分到地面所消耗的能量要少得多，因而本发明可以达到节能的目的。特别是对于一些高含水油井，节能效果显著，在开采同样多的石油时只花费原来能量的几分之一，甚至十分之一。本发明采用中央控制计算机、标准工业介面加各种适配模块这种机电一体化的测控模式，通过定时测量井下液面的位置和油水介面位置数据来不断调整抽油机和注水电潜泵的运行工况，保证本发明的工作稳定，并可以适应不同参数的油井和油井参数的变化。
在本发明中，沉降分离段的长度可以根据油井产油参数(产油率，含水量等)来确定，根据斯托克公式计算两相分离所需的停留时间，从而确定该段的长度。沉降分离段的长度一般在20～50米，产油率高，含水量小的一般取大一些，反之则取小一些。
在本发明中，压力传感器7和8之间的距离，可以根据油井产油率以及抽油机3的控制精度和测控定时间隔大小来定，使抽油机3在一般情况下不会抽空，同时也不使含油层混合液渗出背压过大。一般在10～30米之间。
本发明中的抽油机3可以使用如专利号为CNZL9220003和专利申请号为CN92111132的抽油机，也可以使用电潜泵，如专利号为CNZL9120001的“一种变工况电潜泵”。
在本发明中，注水电潜泵5可以是电机装于进液口端的形式，注水电潜泵5可以采用小增压比的电潜泵。电潜泵5以及各传感器7、8和9的电缆可以是分开的，也可以合在一起。在本发明中的电潜泵可以使用普通交流电潜泵，也可也使用如专利号为CNZL9120001的“一种变工况电潜泵”。以适应较大的工况范围。
在本发明中，用来驱动电机转动的可变频电源变换器10和11都可以使用日本富士公司的G5系列或G7系列逆变器，也可以使用如专利号为CN89209067的“一种大功率数控调压与交流装置”。
在本发明中，标准工业控制介面17可以选用美国ME公司(MECHATRONICEQUIPMENT INC.)的I/O 32，或是美国OPTO 22公司的PB16AH。中央控制计算机18可以选用美国OPTO 22公司的LC4控制器，也可以选用美国ME公司的PCS-1工业过程控制工作站，还可以选用普通PC计算机。适配模块14、15和16可以采用OPTO 22公司的AD3或类似的A/D转换模块。适配模块12和13可选用OPTO 22公司的DA3或类似的D/A转换模块。
权利要求
1.一种数控综合采油装置，在采油井口处装有井口分接器(1)，输送管道(2)，在井筒中油层上部装有抽油机(3)，其特征在于井筒中油层下部装有注水电潜泵(5)，在注水电潜泵(5)外部有与井壁套管接触密封的隔环(6)，井壁套管与隔环(6)接触部位以及其下部一定距离的套管是无筛孔的，在抽油电潜泵(3)与注水电潜泵(5)之间装有介质介电常数传感器(9)，并在抽油机(3)下端和上端一定位置处装有压力传感器(7)和(8)，在油井上地面处装有标准工业控制介面(17)以及给抽油机(3)和注水潜水泵(5)供电的可变频电源变换器(10)和(11)，在标准工业控制介面(17)中插有与可变频电源变换器(10)和(11)相连并对其进行控制的控制适配模块(12)和(13)，还插有与介电常数传感器(9)相连并转换其测量信号的测量适配模块(14)以及与压力传感器(7)和(8)相连并转换其测量信号的测量适配模块(15)和(16)，标准工业控制介面(17)通过标准串行通讯接口与可和其它设备共有的中央控制计算机(18)相连。
全文摘要
一种数控综合采油装置，它有井口分接器、输送管道、抽油机等，其特征在于井筒中油层下部装有注水电潜泵，在注水电潜泵外部有与井壁套管接触密封的隔环，有由中央控制计算机、标准工业介面加各种适配模块的机电一体化的测控部分。采用直接在井下形成一个沉降分离段并增加一个注水电潜泵的方法，把含油层渗出的油水混合液在井下直接分离，抽油机只把所分离出来的石油提升到地面，通过井下的注水电潜泵直接把分离出的水再注入含油层下面的含水层中，减少注水井数量，达到节能的目的。
文档编号E21B43/00GK1117556SQ94109439
公开日1996年2月28日 申请日期1994年8月23日 优先权日1994年8月23日
发明者石行 申请人:北京市西城区新开通用试验厂