概述

　　目前，在油田進入高含水采油階段時，其中聚合物驅(qū)和三元復合驅(qū)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關鍵作用。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時所受的機械剪切應力增大至足以使分子鏈斷裂時，將產(chǎn)生機械降解，粘度降低。聚合物采用普通控制閥門調(diào)節(jié)流量時會因為流道復雜、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。電動抗剪切流量自動控制閥( 母液調(diào)節(jié)閥) 采用了高長徑比內(nèi)件( HLDT) 設計，解決了聚合物母液流量調(diào)節(jié)時粘度損失大的難題，而且整機實現(xiàn)了流量控制過程的自動化。

主要技術指標

　　公稱通徑DN25 ～ 100
　　公稱壓力PN16 ～ 250
　　工況溫度＜ 60℃
　　適用介質(zhì)分子量為1 000 ～ 15 000 萬、濃度0. 6 ～ 6g /L 的聚合物溶液

工作原理

　　母液調(diào)節(jié)閥與流量主控單元和電動執(zhí)行機構等組成了電動抗剪切流量自動調(diào)節(jié)成套裝置( 圖1) 。流量主控單元接受來自電磁流量計的4 ～ 20mA 標準信號，它一方面將現(xiàn)場的實測流量通過液晶數(shù)字顯示，另一方面將實測流量與設定流量進行比較，如果偏小則控制電動執(zhí)行機構驅(qū)動母液調(diào)節(jié)閥開度增大，反之則開度減小，直至實測流量與設定流量一致。

1. 母液調(diào)節(jié)閥2. 流量主控單元3. 電動執(zhí)行機構

圖1 整機總裝圖

圖2 工作原理

　　閥門正常工作時，聚合物母液從注聚泵出來流過電磁流量計，然后流入母液調(diào)節(jié)閥入口，經(jīng)過直角流道，在閥瓣和閥體形成的截面為圓環(huán)的錐形腔中被節(jié)流，最后流出閥門出口( 圖2) 。

母液調(diào)節(jié)閥

　　母液調(diào)節(jié)閥采用小流阻的直角流道，內(nèi)件采用高長徑比( HLDT) ，即閥體節(jié)流腔為無閥座深錐孔，閥瓣節(jié)流區(qū)為雙頭長錐體。入口處長徑比( L/D) 應大于5，出口處長徑比( L/D) 應大于15。閥體和內(nèi)件采用耐蝕不銹鋼制造，閥體深錐孔采用深孔專用設備加工。閥瓣節(jié)流區(qū)的雙頭長錐體采用高精度數(shù)控車床加工并經(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，采用內(nèi)壓自平衡閥瓣，以減小閥桿推力，減輕閥門自重。

　　直角流道、高長徑比( HLDT) 內(nèi)件、無閥座式閥體節(jié)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(diào)節(jié)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(qū)段算法通過外圍繼電器驅(qū)動電動執(zhí)行機構調(diào)整閥瓣開度，實現(xiàn)流量自動控制。液晶界面有設定流量，實測流量等參數(shù)。流量主控單元設計有按鍵，同時配置通訊模塊，參數(shù)可通過按鍵給定，也可通過現(xiàn)場總線與配注工作站實現(xiàn)數(shù)字通訊，從而對流量等參數(shù)進行監(jiān)測和設定。

電動執(zhí)行機構

　　電動執(zhí)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，末級為螺桿傳動，殼體設計滿足IP65 級和ExdIIbT4隔爆級要求，符合油田爆炸性環(huán)境的使用規(guī)定。另外執(zhí)行機構設計有便攜式手柄驅(qū)動，方便出廠測試和現(xiàn)場調(diào)試。

測試和應用

　　在LSJ-50 水流量標準裝置上對DN40 PN160整機進行測試，介質(zhì)為水，在初始實測流量為0. 5m3 /h時，將設定流量值設為1m3 /h，死區(qū)上下偏差設為0. 01m3 /h，產(chǎn)品在自控狀態(tài)下啟動，實測流在設定點上下反復變化并逐步逼近，在80s 內(nèi)達到穩(wěn)定的實測流量0. 99m3 /h，符合設計要求。在實際應用中，通過在自動調(diào)節(jié)裝置進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

　　電動抗剪切流量自動控制閥解決了高粘度聚合物流量調(diào)節(jié)時粘度損失大的難題，提高了高含水油田的原油采收率。該產(chǎn)品通過近幾年的設計、試驗、應用和改進，技術和工藝趨于成熟，已批量應用于聚合物驅(qū)配注工藝，并通過了設計院的標準化設計。