本發(fā)明涉及石油、天然氣勘探測(cè)試領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種稠油水力分解消泡器及控制方法。

背景技術(shù)：

目前隨著海上油氣資源的不斷開(kāi)采，可開(kāi)采優(yōu)質(zhì)原油儲(chǔ)量不斷減少，對(duì)于稠油井的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)需求日趨增大，但是在稠油井試油測(cè)試過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)原油堵塞管線(xiàn)、流動(dòng)困難以及油包氣情況的出現(xiàn)，當(dāng)原油流動(dòng)到計(jì)量罐時(shí)，造成液位虛高，影響原油的準(zhǔn)確計(jì)量，同時(shí)也影響整口井測(cè)試作業(yè)的正常進(jìn)行以及資料錄取的準(zhǔn)確性。

之前使用的解決方法是在流體流動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行加熱，同時(shí)使用簡(jiǎn)易旋流管進(jìn)行降粘，主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在旋流管底部加裝濾網(wǎng)，但是這種建議裝置在除氣效果上非常差，原油粘度大的情況下，流體會(huì)粘連在旋流管內(nèi)壁，起不到消泡除氣作用。

原油分離器內(nèi)部只有簡(jiǎn)易反射板，該設(shè)備在含氣稠油的初期分離效果很差，達(dá)不到除氣效果，反而會(huì)增加稠油的泡沫，所以需要在消泡設(shè)備和方式進(jìn)行改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種稠油消泡器，旋流裝置內(nèi)部構(gòu)成對(duì)外界封閉系統(tǒng)，通過(guò)其內(nèi)的壓力控制器調(diào)整壓力，加速液氣分離，提高分離效率。

本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種稠油消泡器控制方法，模糊控制器根據(jù)稠油的粘度和流量控制旋流裝置內(nèi)的壓力，降低氣體在稠油內(nèi)的溶解度，加速稠油內(nèi)液氣分離速度。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種稠油水力分解消泡器，旋流裝置與分離器罐體的水平中線(xiàn)重合，并通過(guò)固定板連接在所述分離器罐體內(nèi)部，其中，所述旋流裝置包括：

流體進(jìn)口，其通過(guò)所述分離器罐體內(nèi)固定孔連接所述稠油管，所述流體進(jìn)口用于通入稠油；

旋流場(chǎng)，其上端切向連接所述流體進(jìn)口，下端連接液體管線(xiàn)，所述旋流場(chǎng)將稠油中液氣進(jìn)行分離；以及

氣體管線(xiàn)出口，其固定在所述旋流裝置上部，用于排出分離的氣體；

液體管線(xiàn)出口，其固定在所述旋流裝置下部，用于排出分離的液體；

壓力泵，其固定在所述旋流裝置的底部，用于控制旋流裝置內(nèi)的真空度。

優(yōu)選的是，所述旋流裝置通過(guò)螺栓與所述固定板固定。

優(yōu)選的是，所述分離器罐體包括：

氣體管線(xiàn)，其連接所述氣體管線(xiàn)出口并設(shè)置在分離器罐體外部，用于排出分離的氣體；

液體管線(xiàn)，其連接液體管線(xiàn)出口并設(shè)置在分離器罐體外部，用于排出分離的液體。

優(yōu)選的是，所述旋流場(chǎng)采用不銹鋼材質(zhì)。

優(yōu)選的是，還包括傳感器集成，其包括：壓力傳感器，其安裝在分離器罐體外部上方，用于檢測(cè)所述旋流裝置內(nèi)的壓力；油流量計(jì)，其布置在分離器油管線(xiàn)上，用于檢測(cè)所述稠油的流量。

優(yōu)選的是，還包括模糊控制器，其連接所述旋流裝置和傳感器集成，用于控制壓力泵的真空度。

本發(fā)明的目的還通過(guò)一種稠油水力分解消泡器控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟：

稠油的粘度μ、流量G進(jìn)行模糊化處理，稠油的粘度μ、流量G分為7個(gè)等級(jí)；所述稠油的粘度μ的模糊論域?yàn)閇1,10]，其量化因子為1000；所述流量G的模糊論域?yàn)閇0.6,1]，定量化因子為1；

模糊控制器輸入稠油的粘度μ、流量G，輸出壓力泵的真空度P；

所述真空度P分為7個(gè)等級(jí)，其模糊論域?yàn)閇-1,1]，其量化因子為1；

輸入和輸出的模糊集為{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。

優(yōu)選的是，所述模糊控制規(guī)則為：當(dāng)稠油粘度為中級(jí)時(shí)，隨著稠油流量的增大壓力泵的壓力快速增大；當(dāng)稠油粘度為低時(shí)，其內(nèi)溶有的氣體含量大，隨著稠油流量的增大壓力泵的壓力慢速增大；當(dāng)稠油粘度為特稠時(shí)，其內(nèi)溶有的氣體含量小，隨著稠油流量的增大壓力泵的壓力增幅減小。

優(yōu)選的是，所述稠油的粘度μ為：μ＝K(μ)×μ_c

其中，經(jīng)驗(yàn)校正系數(shù)K(μ)：μ_c為粘度計(jì)直接測(cè)量得到的粘度。

優(yōu)選的是，所述經(jīng)驗(yàn)校正系數(shù)K(μ)：

其中，ρ為原油的密度；n為粘度計(jì)的轉(zhuǎn)速；R為理想氣體常數(shù)，8.314；P為壓力；T為原油的溫度；S_N為粘度計(jì)的水平修正因子。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：在一定參數(shù)條件下，在服務(wù)商提供的需處理范圍內(nèi)能達(dá)到最優(yōu)處理效果，能把稠油里含有337微米的氣泡經(jīng)過(guò)旋流管后使氣泡減小到24微米，基本解決了稠油除泡難題，同時(shí)為后期精確計(jì)量提供必要條件。

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的稠油水力分解消泡器的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明的稠油水力分解消泡器的消泡裝置圖。

圖3是本發(fā)明的稠油水力分解消泡器的局部放大圖。

圖4為本發(fā)明的模糊控制器中輸入粘度μ的隸屬度函數(shù)圖。

圖5為本發(fā)明的模糊控制器中輸入流量G的隸屬度函數(shù)圖。

圖6為本發(fā)明的模糊控制器輸出壓力泵的真空度P的隸屬度函數(shù)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文字能夠據(jù)以實(shí)施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語(yǔ)并不配出一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。

圖1-2示出了本發(fā)明的稠油水力分解消泡器的一種實(shí)現(xiàn)形式，所述消泡器包括分離器罐體110、固定板120和旋流裝置130，旋流裝置130與分離器罐體110的水平中線(xiàn)重合，并通過(guò)固定板120連接在所述分離器罐體110內(nèi)部，如圖2所示所述旋流裝置130包括流體進(jìn)口131、旋流場(chǎng)132、氣體管線(xiàn)出口133、液體管線(xiàn)出口134和壓力泵135，所述流體進(jìn)口131通過(guò)所述分離器罐體110內(nèi)固定孔連接所述稠油管，并通過(guò)密封法蘭與稠油管進(jìn)行密封連接，用于向旋流裝置130內(nèi)通入經(jīng)過(guò)預(yù)分離或預(yù)處理的稠油；旋流場(chǎng)132為單體喇叭式旋流管，其內(nèi)焊接固定螺旋葉片，其上端切向連接所述流體進(jìn)口131，下端連接液體管線(xiàn)出口134，所述旋流場(chǎng)132將稠油以一定的壓力切向進(jìn)入旋流裝置130，在單體喇叭式旋流管產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)，稠油內(nèi)中油相在旋流場(chǎng)和重力的雙重作用下沿軸向向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)并沿徑向向外運(yùn)動(dòng)，到達(dá)下端后從液體管線(xiàn)出口134排出，這樣就形成了外旋渦流場(chǎng)；稠油內(nèi)的氣體向中心軸線(xiàn)方向運(yùn)動(dòng)，并在軸線(xiàn)中心形成一向上運(yùn)動(dòng)的內(nèi)渦旋，然后由氣體管線(xiàn)出口133排出，這樣就達(dá)到了稠油中液氣進(jìn)行分離；氣體管線(xiàn)出口133固定在所述旋流裝置130上部，其連接氣體管線(xiàn)并用于排出分離的氣體；液體管線(xiàn)出口134固定在所述旋流裝置130下部，其連接液體管線(xiàn)并用于排出分離的液體；壓力泵135固定在所述旋流裝置130的底部，用于控制旋流裝置130內(nèi)的氣壓，在一定的真空度下，氣體的溶解度下降，利于氣體從液相中分離，提高液氣分離效率。

在另一實(shí)施例中，所述旋流裝置130通過(guò)螺栓與所述固定板120固定，所述固定板120的形狀與在分離器罐體110安裝截面的形狀相同，當(dāng)分離器罐體110截面為圓形，所述固定板120為圓型鐵板，其四周焊接固定在分離器罐體110上，其上布設(shè)多個(gè)螺栓連接孔，所述螺栓穿過(guò)連接孔連接在旋流裝置130的上端，保證旋流裝置130與分離器罐體110的水平中線(xiàn)重合，提高氣液分離效率。

在另一實(shí)施例中，所述分離器罐體110為橢圓柱形設(shè)計(jì)，包括氣體管線(xiàn)111和液體管線(xiàn)112，氣體管線(xiàn)111連接所述氣體管線(xiàn)出口133并設(shè)置在分離器罐體110外部，所述氣體管線(xiàn)111通過(guò)密封法蘭連接氣體輸送管，用于排出分離的氣體；液體管線(xiàn)112連接所述液體管線(xiàn)出口134并設(shè)置在分離器罐體110外部，所述液體管線(xiàn)112通過(guò)密封法蘭連接輸液管，用于排出分離的液體。

在另一實(shí)施例中，如圖3所示的消泡器旋流場(chǎng)232采用不銹鋼材質(zhì)，不銹鋼材質(zhì)能夠使原油不容易吸附在旋流場(chǎng)232表面，不會(huì)影響旋流分解效果。本實(shí)施例中的消泡器的應(yīng)用實(shí)例為：

根據(jù)客戶(hù)提供的原油的處理數(shù)據(jù)如下：

并在中期根據(jù)分離器內(nèi)部尺寸合理設(shè)計(jì)，具體數(shù)據(jù)如下：

流體進(jìn)口231的尺寸6寸，設(shè)備材質(zhì)：SS316L，主體旋流管：2x 8寸；最主要在旋流管內(nèi)部通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使流體在設(shè)定壓力條件下能夠進(jìn)行旋流分解。首先該設(shè)備的材質(zhì)選擇充分考慮到了稠油的性質(zhì)，不銹鋼材質(zhì)能夠使原油不容易吸附在旋流管表面，不會(huì)影響旋流分解效果；進(jìn)口尺寸的選擇是處于配合現(xiàn)有設(shè)備的安裝；主體旋流管的尺寸是經(jīng)過(guò)系統(tǒng)計(jì)算能夠滿(mǎn)足處理量要求和安裝要求選擇的最佳尺寸。

在另一實(shí)施例中，兩種結(jié)構(gòu)的消泡器內(nèi)還包括傳感器集成，傳感器集成包括壓力傳感器和油流量計(jì)，壓力傳感器安裝在分離器罐體外部上方，用于檢測(cè)所述旋流裝置230內(nèi)的壓力；油流量計(jì)其布置在分離器油管線(xiàn)上，用于檢測(cè)所述稠油的流量，通過(guò)傳感器集成檢測(cè)的數(shù)據(jù)，方便操作者掌握裝置內(nèi)工藝參數(shù)，進(jìn)一步掌握分離進(jìn)程。

在另一實(shí)施例中，所述消泡器還包括模糊控制器，模糊控制器連接所述旋流裝置130和傳感器集成，用于控制壓力泵135的真空度，通過(guò)調(diào)整壓力泵的壓力，使旋流分解效率增大。

如圖1-3所示的消泡器的工作流程為：稠油進(jìn)入分離器罐體進(jìn)行預(yù)處理或預(yù)分離后，以一定的壓力切向進(jìn)入旋流裝置130，在單體喇叭式旋流管132產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)，稠油內(nèi)中油相在旋流場(chǎng)和重力的雙重作用下沿軸向向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)并沿徑向向外運(yùn)動(dòng)，到達(dá)下端后從液體管線(xiàn)排出，這樣就形成了外旋渦流場(chǎng)；稠油內(nèi)的氣體向中心軸線(xiàn)方向運(yùn)動(dòng)，并在軸線(xiàn)中心形成一向上運(yùn)動(dòng)的內(nèi)渦旋，然后由氣體管線(xiàn)排出，這樣就達(dá)到了稠油中液氣進(jìn)行分離，氣體再?gòu)臍怏w管線(xiàn)出口排出，液體從液體管線(xiàn)出口排出，本發(fā)明的旋流裝置通過(guò)調(diào)整其內(nèi)的壓力，使氣體在稠油內(nèi)的溶解度減小，大大提高液氣分離效率。

本發(fā)明提供了一種稠油水力分解消泡器控制方法，通過(guò)模糊控制器對(duì)旋流裝置內(nèi)的壓力泵進(jìn)行調(diào)控，模糊控制器輸入稠油的粘度μ、流量G，輸出壓力泵的真空度P，從而使氣體在稠油中的溶解度降低，加速氣液分離，具體為：

步驟1：模糊化處理。

步驟1.1：信號(hào)輸入層：

模糊控制器采集粘度計(jì)的測(cè)量粘度μ_c信號(hào)、油流量計(jì)的流量G信號(hào)，其中，

因粘度計(jì)測(cè)量的稠油內(nèi)氣體引起的粘度計(jì)而誤差，對(duì)粘度計(jì)得到的粘度μ進(jìn)行修正。

所述稠油的粘度μ為：

μ＝K(μ)×μ_c (1)

其中，經(jīng)驗(yàn)校正系數(shù)K(μ)，無(wú)因次：μ_c為粘度計(jì)直接測(cè)量得到的粘度，單位為cp。所述經(jīng)驗(yàn)校正系數(shù)K(μ)：

其中，ρ為原油的密度，kg/m³；n為粘度計(jì)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分鐘；R為理想氣體常數(shù)，8.314；P為大氣壓力，atm；T為原油的溫度，開(kāi)氏溫度；S_N為粘度計(jì)的水平修正因，范圍在1.12-1.53之間，無(wú)因次。

模糊控制器輸入稠油的粘度μ、流量G，輸出壓力泵的真空度P；在無(wú)控制時(shí)，所述稠油的粘度μ的模糊論域?yàn)閇1,10]，其量化因子為1000；所述流量G的模糊論域?yàn)閇0.6,1]，定量化因子為1；所述真空度P模糊論域?yàn)閇-1,1]，其量化因子為1；為了保證控制的精度，實(shí)現(xiàn)更好的控制，反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定了最佳的輸入和輸出等級(jí)，其中，稠油的粘度μ、流量G分為7個(gè)等級(jí)，輸入和輸出的模糊集為{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}；輸入和輸出的隸屬度函數(shù)均采用三角形隸屬函，詳見(jiàn)圖4-6。

步驟2、通過(guò)模糊控制規(guī)則輸出

所述模糊控制規(guī)則為：

當(dāng)稠油粘度為中級(jí)時(shí)，隨著稠油流量的增大壓力泵的壓力快速增大；

當(dāng)稠油粘度為低時(shí)，其內(nèi)溶有的氣體含量大，隨著稠油流量的增大壓力泵的壓力慢速增大；

當(dāng)稠油粘度為特稠時(shí)，其內(nèi)溶有的氣體含量小，隨著稠油流量的增大壓力泵的壓力增幅減小。

其中，低稠油的粘度為10-200cp；中級(jí)稠油的粘度為200-1000cp；特稠油的粘度為1000-10000cp；流量G的單位為m/s；真空度P的單位atm。

模糊控制的具體表格詳見(jiàn)表一:

表一真空度P的模糊控制表

模糊控制器通過(guò)模糊控制表輸出真空度P。

步驟3、解模糊

采用高度法對(duì)輸出真空度P解模糊，經(jīng)實(shí)驗(yàn)反復(fù)確定，模糊控制器對(duì)稠油水力分解消泡器進(jìn)行精確控制，通過(guò)壓力的調(diào)控使液氣的分離效率大大提高。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開(kāi)如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書(shū)和實(shí)施方式中所列運(yùn)用。它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域。對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。