一種稠油水力分解消泡器及控制方法與流程

本發明涉及石油、天然氣勘探測試領域。更具體地說，本發明涉及一種稠油水力分解消泡器及控制方法。

背景技術：

目前隨著海上油氣資源的不斷開采，可開采優質原油儲量不斷減少，對于稠油井的生產開發需求日趨增大，但是在稠油井試油測試過程中，經常出現原油堵塞管線、流動困難以及油包氣情況的出現，當原油流動到計量罐時，造成液位虛高，影響原油的準確計量，同時也影響整口井測試作業的正常進行以及資料錄取的準確性。

之前使用的解決方法是在流體流動過程中進行加熱，同時使用簡易旋流管進行降粘，主要結構特點是在旋流管底部加裝濾網，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，流體會粘連在旋流管內壁，起不到消泡除氣作用。

原油分離器內部只有簡易反射板，該設備在含氣稠油的初期分離效果很差，達不到除氣效果，反而會增加稠油的泡沫，所以需要在消泡設備和方式進行改進。

技術實現要素：

本發明目的是提供一種稠油消泡器，旋流裝置內部構成對外界封閉系統，通過其內的壓力控制器調整壓力，加速液氣分離，提高分離效率。

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

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，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重合，并通過固定板連接在所述分離器罐體內部，其中，所述旋流裝置包括：

流體進口，其通過所述分離器罐體內固定孔連接所述稠油管，所述流體進口用于通入稠油；

旋流場，其上端切向連接所述流體進口，下端連接液體管線，所述旋流場將稠油中液氣進行分離；以及

氣體管線出口，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的真空度。

優選的是，所述旋流裝置通過螺栓與所述固定板固定。

優選的是，所述分離器罐體包括：

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

液體管線，其連接液體管線出口并設置在分離器罐體外部，用于排出分離的液體。

優選的是，所述旋流場采用不銹鋼材質。

優選的是，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，用于檢測所述旋流裝置內的壓力；油流量計，其布置在分離器油管線上，用于檢測所述稠油的流量。

優選的是，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。

本發明的目的還通過一種稠油水力分解消泡器控制方法來實現，包括以下步驟：

稠油的粘度μ、流量G進行模糊化處理，稠油的粘度μ、流量G分為7個等級；所述稠油的粘度μ的模糊論域為[1,10]，其量化因子為1000；所述流量G的模糊論域為[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個等級，其模糊論域為[-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}。

優選的是，所述模糊控制規則為：當稠油粘度為中級時，隨著稠油流量的增大壓力泵的壓力快速增大；當稠油粘度為低時，其內溶有的氣體含量大，隨著稠油流量的增大壓力泵的壓力慢速增大；當稠油粘度為特稠時，其內溶有的氣體含量小，隨著稠油流量的增大壓力泵的壓力增幅減小。

優選的是，所述稠油的粘度μ為：μ＝K(μ)×μ_c

其中，經驗校正系數K(μ)：μ_c為粘度計直接測量得到的粘度。

優選的是，所述經驗校正系數K(μ)：

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

本發明至少包括以下有益效果：在一定參數條件下，在服務商提供的需處理范圍內能達到最優處理效果，能把稠油里含有337微米的氣泡經過旋流管后使氣泡減小到24微米，基本解決了稠油除泡難題，同時為后期精確計量提供必要條件。

本發明的其它優點、目標和特征將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本發明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。

附圖說明

圖1是本發明的稠油水力分解消泡器的結構圖。

圖2是本發明的稠油水力分解消泡器的消泡裝置圖。

圖3是本發明的稠油水力分解消泡器的局部放大圖。

圖4為本發明的模糊控制器中輸入粘度μ的隸屬度函數圖。

圖5為本發明的模糊控制器中輸入流量G的隸屬度函數圖。

圖6為本發明的模糊控制器輸出壓力泵的真空度P的隸屬度函數圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。

應當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

圖1-2示出了本發明的稠油水力分解消泡器的一種實現形式，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的水平中線重合，并通過固定板120連接在所述分離器罐體110內部，如圖2所示所述旋流裝置130包括流體進口131、旋流場132、氣體管線出口133、液體管線出口134和壓力泵135，所述流體進口131通過所述分離器罐體110內固定孔連接所述稠油管，并通過密封法蘭與稠油管進行密封連接，用于向旋流裝置130內通入經過預分離或預處理的稠油；旋流場132為單體喇叭式旋流管，其內焊接固定螺旋葉片，其上端切向連接所述流體進口131，下端連接液體管線出口134，所述旋流場132將稠油以一定的壓力切向進入旋流裝置130，在單體喇叭式旋流管產生高速旋轉流場，稠油內中油相在旋流場和重力的雙重作用下沿軸向向下運動，同時并沿徑向向外運動，到達下端后從液體管線出口134排出，這樣就形成了外旋渦流場；稠油內的氣體向中心軸線方向運動，并在軸線中心形成一向上運動的內渦旋，然后由氣體管線出口133排出，這樣就達到了稠油中液氣進行分離；氣體管線出口133固定在所述旋流裝置130上部，其連接氣體管線并用于排出分離的氣體；液體管線出口134固定在所述旋流裝置130下部，其連接液體管線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。

在另一實施例中，所述旋流裝置130通過螺栓與所述固定板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，其上布設多個螺栓連接孔，所述螺栓穿過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的水平中線重合，提高氣液分離效率。

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

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

根據客戶提供的原油的處理數據如下：

并在中期根據分離器內部尺寸合理設計，具體數據如下：

流體進口231的尺寸6寸，設備材質：SS316L，主體旋流管：2x 8寸；最主要在旋流管內部通過特殊結構設計，使流體在設定壓力條件下能夠進行旋流分解。首先該設備的材質選擇充分考慮到了稠油的性質，不銹鋼材質能夠使原油不容易吸附在旋流管表面，不會影響旋流分解效果；進口尺寸的選擇是處于配合現有設備的安裝；主體旋流管的尺寸是經過系統計算能夠滿足處理量要求和安裝要求選擇的最佳尺寸。

在另一實施例中，兩種結構的消泡器內還包括傳感器集成，傳感器集成包括壓力傳感器和油流量計，壓力傳感器安裝在分離器罐體外部上方，用于檢測所述旋流裝置230內的壓力；油流量計其布置在分離器油管線上，用于檢測所述稠油的流量，通過傳感器集成檢測的數據，方便操作者掌握裝置內工藝參數，進一步掌握分離進程。

在另一實施例中，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，通過調整壓力泵的壓力，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：稠油進入分離器罐體進行預處理或預分離后，以一定的壓力切向進入旋流裝置130，在單體喇叭式旋流管132產生高速旋轉流場，稠油內中油相在旋流場和重力的雙重作用下沿軸向向下運動，同時并沿徑向向外運動，到達下端后從液體管線排出，這樣就形成了外旋渦流場；稠油內的氣體向中心軸線方向運動，并在軸線中心形成一向上運動的內渦旋，然后由氣體管線排出，這樣就達到了稠油中液氣進行分離，氣體再從氣體管線出口排出，液體從液體管線出口排出，本發明的旋流裝置通過調整其內的壓力，使氣體在稠油內的溶解度減小，大大提高液氣分離效率。

本發明提供了一種稠油水力分解消泡器控制方法，通過模糊控制器對旋流裝置內的壓力泵進行調控，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：信號輸入層：

模糊控制器采集粘度計的測量粘度μ_c信號、油流量計的流量G信號，其中，

因粘度計測量的稠油內氣體引起的粘度計而誤差，對粘度計得到的粘度μ進行修正。

所述稠油的粘度μ為：

μ＝K(μ)×μ_c (1)

其中，經驗校正系數K(μ)，無因次：μ_c為粘度計直接測量得到的粘度，單位為cp。所述經驗校正系數K(μ)：

其中，ρ為原油的密度，kg/m³；n為粘度計的轉速，轉/分鐘；R為理想氣體常數，8.314；P為大氣壓力，atm；T為原油的溫度，開氏溫度；S_N為粘度計的水平修正因，范圍在1.12-1.53之間，無因次。

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；在無控制時，所述稠油的粘度μ的模糊論域為[1,10]，其量化因子為1000；所述流量G的模糊論域為[0.6,1]，定量化因子為1；所述真空度P模糊論域為[-1,1]，其量化因子為1；為了保證控制的精度，實現更好的控制，反復進行實驗，確定了最佳的輸入和輸出等級，其中，稠油的粘度μ、流量G分為7個等級，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均采用三角形隸屬函，詳見圖4-6。

步驟2、通過模糊控制規則輸出

所述模糊控制規則為：

當稠油粘度為中級時，隨著稠油流量的增大壓力泵的壓力快速增大；

當稠油粘度為低時，其內溶有的氣體含量大，隨著稠油流量的增大壓力泵的壓力慢速增大；

當稠油粘度為特稠時，其內溶有的氣體含量小，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表一:

表一真空度P的模糊控制表

模糊控制器通過模糊控制表輸出真空度P。

步驟3、解模糊

采用高度法對輸出真空度P解模糊，經實驗反復確定，模糊控制器對稠油水力分解消泡器進行精確控制，通過壓力的調控使液氣的分離效率大大提高。

盡管本發明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用。它完全可以被適用于各種適合本發明的領域。對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改。因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發明并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。