電動(dòng)抗剪切流量自動(dòng)控制閥的研制
概述
目前，在油田進(jìn)入高含水采油階段時(shí)，其中聚合物驅和三元復合驅配注工藝已得到了廣泛的應用。在這兩種工藝中，聚合物母液的注入量和粘度對提高原油采收率起著(zhù)關(guān)鍵作用。聚合物一般為陰離子聚丙烯酰胺，屬于一種高粘度、高分子的非牛頓假塑性流體。它對機械剪切比較敏感，當聚合物母液在流動(dòng)時(shí)所受的機械剪切應力增大至足以使分子鏈斷裂時(shí)，將產(chǎn)生機械降解，粘度降低。聚合物采用普通控制閥門(mén)調節流量時(shí)會(huì )因為流道復雜、高流阻等原因產(chǎn)生較強的剪切作用，導致其粘度和性能降低，影響了原油采收率的提高。電動(dòng)抗剪切流量自動(dòng)控制閥( 母液調節閥) 采用了高長(cháng)徑比內件( HLDT) 設計，解決了聚合物母液流量調節時(shí)粘度損失大的難題，而且整機實(shí)現了流量控制過(guò)程的自動(dòng)化。
主要技術(shù)指標
公稱(chēng)通徑DN25 ～ 100
公稱(chēng)壓力PN16 ～ 250
工況溫度＜ 60℃
適用介質(zhì)分子量為1 000 ～ 15 000 萬(wàn)、濃度0. 6 ～ 6g /L 的聚合物溶液
工作原理
母液調節閥與流量主控單元和電動(dòng)執行機構等組成了電動(dòng)抗剪切流量自動(dòng)調節成套裝置( 圖1) 。流量主控單元接受來(lái)自電磁流量計的4 ～ 20mA 標準信號，它一方面將現場(chǎng)的實(shí)測流量通過(guò)液晶數字顯示，另一方面將實(shí)測流量與設定流量進(jìn)行比較，如果偏小則控制電動(dòng)執行機構驅動(dòng)母液調節閥開(kāi)度增大，反之則開(kāi)度減小，直至實(shí)測流量與設定流量一致。
1. 母液調節閥2. 流量主控單元3. 電動(dòng)執行機構
圖1 整機總裝圖
圖2 工作原理
閥門(mén)正常工作時(shí)，聚合物母液從注聚泵出來(lái)流過(guò)電磁流量計，然后流入母液調節閥入口，經(jīng)過(guò)直角流道，在閥瓣和閥體形成的截面為圓環(huán)的錐形腔中被節流，最后流出閥門(mén)出口( 圖2) 。
母液調節閥
母液調節閥采用小流阻的直角流道，內件采用高長(cháng)徑比( HLDT) ，即閥體節流腔為無(wú)閥座深錐孔，閥瓣節流區為雙頭長(cháng)錐體。入口處長(cháng)徑比( L/D) 應大于5，出口處長(cháng)徑比( L/D) 應大于15。閥體和內件采用耐蝕不銹鋼制造，閥體深錐孔采用深孔專(zhuān)用設備加工。閥瓣節流區的雙頭長(cháng)錐體采用高精度數控車(chē)床加工并經(jīng)磨削，保證兩者有較好的同軸度和表面光潔度，以確保流道具有最小流阻。對大于DN50 的閥門(mén)，采用內壓自平衡閥瓣，以減小閥桿推力，減輕閥門(mén)自重。
直角流道、高長(cháng)徑比( HLDT) 內件、無(wú)閥座式閥體節流腔、較高的形位精度和低粗糙度及全不銹鋼材料，構成了母液調節閥具有較好抗剪切能力及較強抗腐蝕能力的必要條件。
流量主控單元
流量主控單元硬件由單片機和液晶顯示器件組成，軟件采用分區段算法通過(guò)外圍繼電器驅動(dòng)電動(dòng)執行機構調整閥瓣開(kāi)度，實(shí)現流量自動(dòng)控制。液晶界面有設定流量，實(shí)測流量等參數。流量主控單元設計有按鍵，同時(shí)配置通訊模塊，參數可通過(guò)按鍵給定，也可通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)與配注工作站實(shí)現數字通訊，從而對流量等參數進(jìn)行監測和設定。
電動(dòng)執行機構
電動(dòng)執行機構采用大位移直行程設計，電機采用AC 可逆單相齒輪減速電機，配齒形同步帶傳動(dòng)，末級為螺桿傳動(dòng)，殼體設計滿(mǎn)足IP65 級和ExdIIbT4隔爆級要求，符合油田爆炸性環(huán)境的使用規定。另外執行機構設計有便攜式手柄驅動(dòng)，方便出廠(chǎng)測試和現場(chǎng)調試。
測試和應用
在LSJ-50 水流量標準裝置上對DN40 PN160整機進(jìn)行測試，介質(zhì)為水，在初始實(shí)測流量為0. 5m3 /h時(shí)，將設定流量值設為1m3 /h，死區上下偏差設為0. 01m3 /h，產(chǎn)品在自控狀態(tài)下啟動(dòng)，實(shí)測流在設定點(diǎn)上下反復變化并逐步逼近，在80s 內達到穩定的實(shí)測流量0. 99m3 /h，符合設計要求。在實(shí)際應用中，通過(guò)在自動(dòng)調節裝置進(jìn)出口對聚合物母液多次取樣化驗，分析結果證明整機粘度保留率均在97. 1% ～ 98. 2%之間。
結語(yǔ)
電動(dòng)抗剪切流量自動(dòng)控制閥解決了高粘度聚合物流量調節時(shí)粘度損失大的難題，提高了高含水油田的原油采收率。該產(chǎn)品通過(guò)近幾年的設計、試驗、應用和改進(jìn)，技術(shù)和工藝趨于成熟，已批量應用于聚合物驅配注工藝，并通過(guò)了設計院的標準化設計。
