智能蒸汽調(diào)節(jié)實(shí)時控制方法與裝置的制造方法
【專利說明】
一、技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明適用于油田注汽熱采工程、蒸汽管路系統(tǒng)。是一種對管路中蒸汽流量、壓力實(shí)時精確控制與對蒸汽干度進(jìn)行實(shí)時反饋控制的方法與裝置。
二、【背景技術(shù)】
[0002]我國稠油資源分布廣泛，儲量豐富，全國預(yù)計(jì)稠油資源300X 108t，已探明和控制儲量已達(dá)16X108t，陸上稠油資源約占石油總資源量的20%以上，是繼美國、加拿大和委內(nèi)瑞拉之后的世界第四大稠油生產(chǎn)國。目前，我國尚未動用的超稠油探明地質(zhì)儲量為7.01 X 108t,隨著能源需求的不斷增長，亟需大量高性能稠油開采設(shè)備及技術(shù)
[0003]近年來，我國也加速了稠油的開發(fā)，目前稠油的產(chǎn)量已經(jīng)占全國石油年產(chǎn)量的十分之一以上。在油田的石油開采中，稠油具有特殊的高粘度和高凝固點(diǎn)特性，在開發(fā)和應(yīng)用的各個方面都遇到一些技術(shù)難題。就開采技術(shù)而言，膠質(zhì)、浙青質(zhì)和長鏈?zhǔn)炘斐稍驮趦雍途仓械牧鲃有宰儾?，要求?shí)施高投入的三次采油工藝方法。高粘、高凝稠油的輸送必須采用更大功率的泵送設(shè)備，并且為了達(dá)到合理的泵送排量，要求對輸送系統(tǒng)進(jìn)行加熱處理或者對原油進(jìn)行稀釋處理。蒸汽吞吐是目前稠油開采的主要技術(shù)，占我國稠油開采中的97%。
[0004]蒸汽吞吐通常是首先利用高壓鍋爐產(chǎn)生高壓蒸汽，通過高壓管線向地下稠油層注入高壓蒸汽，促進(jìn)稠油升溫降粘；然后利用中、低壓鍋爐產(chǎn)生中低壓蒸汽，進(jìn)行汽驅(qū)與伴熱。注入蒸汽的干度越高越好，但為了節(jié)省能源，一般注入蒸汽的干度在50%以上的濕飽和蒸汽。
[0005]蒸汽吞吐只能采出各油井附近油層中的原油，在油井與油井之間還留有大量“死油區(qū)”，為進(jìn)一步提高采收率而采取蒸汽驅(qū)熱采方法。蒸汽驅(qū)通過注入高干度蒸汽給油層加熱，將原油驅(qū)趕到生產(chǎn)井周圍并將其采出。蒸汽驅(qū)技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代。蒸汽驅(qū)技術(shù)自誕生后，先后經(jīng)歷了上世紀(jì)六七十年代的緩慢發(fā)展，八九十年代的突飛猛進(jìn)，現(xiàn)已發(fā)展成為一項(xiàng)成熟的熱采技術(shù)。
[0006]目前，蒸汽驅(qū)在國外已得到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，成為稠油油藏，特別是蒸汽吞吐后的稠油油藏，提高采收率的有效方法，并取得了良好的應(yīng)用效果。蒸汽驅(qū)采油在E0R(熱力采油)中占有舉足輕重的地位。以2000年的一項(xiàng)數(shù)據(jù)為例，在美國、加拿大和印度尼西亞，蒸汽驅(qū)占EOR的比重分別為55%、75%和94%。
[0007]美國加州的克恩河油田，是世界上最早成功進(jìn)行蒸汽驅(qū)開發(fā)的油田，其原始地質(zhì)儲量6.36億立方米。通過自下而上的層間接替蒸汽驅(qū)，目前克恩河油田日產(chǎn)油1.6萬噸，已汽驅(qū)過的層組采收率達(dá)62.4%，累積油汽比達(dá)到0.32。印尼杜里油田是目前世界上蒸汽驅(qū)規(guī)模最大的油田，其原始地質(zhì)儲量為7.9億噸，1985年后開始大規(guī)模蒸汽驅(qū)，目前日產(chǎn)油4.5萬噸。我國從上世紀(jì)80年代末開始試驗(yàn)和應(yīng)用蒸汽驅(qū)技術(shù)。上世紀(jì)80年代末90年代初，我國先后在新疆油田和遼河油田開展了 8個蒸汽驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)。節(jié)能減排，提高產(chǎn)能效率、降低投資，是世界稠油開采的主要新發(fā)展趨勢。蒸汽驅(qū)技術(shù)已經(jīng)成熟，但對蒸汽流量的大小，壓力高低以及蒸汽干度的檢測反饋控制，依然存在著大量問題。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)為了滿足蒸汽吞吐、熱采、集輸伴熱等不同階段稠油熱采的需求，傳統(tǒng)的稠油熱采工藝分別采用高壓鍋爐與中、低壓鍋爐提供不同等級的濕飽和蒸汽，需要兩種鍋爐，兩條輸出不同壓力等級的蒸汽管線。需要大量的人力與物力和大量的管路投資。
[0009]本申請人提出的CN201310380533稠油熱采減壓方法與裝置專利，能同時適用于中高壓蒸汽鍋爐與中低壓蒸汽鍋爐進(jìn)行稠油的熱采，熱采的熱源通過減壓裝置提供蒸汽:熱采減壓裝置的減壓系統(tǒng)由高壓區(qū)減壓閥和中壓區(qū)二級減壓閥兩部分組成，具有二級減壓結(jié)構(gòu)，適用于稠油熱采的各種的工況條件；高壓蒸汽減壓閥后設(shè)有閥控制的并且并聯(lián)的中高壓蒸汽輸出管，中高壓蒸汽鍋爐蒸汽通過高壓蒸汽減壓閥或中壓區(qū)二級減壓閥均有輸出蒸汽管；分別適用于蒸汽驅(qū)或低壓蒸汽驅(qū)或熱水驅(qū)?？蛇m時監(jiān)控蒸汽管道內(nèi)的蒸汽壓力，操作方便，且通過分別在蒸汽管道的進(jìn)汽口處設(shè)置二個截止閥，在放汽口處設(shè)置一個截止閥，確保注汽管道和用汽設(shè)備的安全。但未能考慮注入井口蒸汽干度的控制。同時，由于注汽井的實(shí)際工況都不一樣，每口注汽井自身井下壓力閥值不同，波動大，沒有穩(wěn)定性，對整個管路的蒸汽流量大小與出口壓力大小不能精確控制，造成大量的蒸汽浪費(fèi)，使用效率低下，整個管路系統(tǒng)安全性能得不到保證，影響整個熱采的效益。
[0010]注入井口干度無法精確檢測，要求注汽干度越高，開采效果越好，干度越低效果越差。
[0011]但過高的追求蒸汽的干度不但造成能源的損失，而且增大對環(huán)境的污染。如現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)有包括間接測量(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法)的干度測量方法的存在，
[0012]公開的油田注汽熱采工程干度測量方法有:休斯敦?zé)崃镜目刂茰y量干度的模型，美國ZWORLD的CRC-CD2001型蒸汽干度控制裝置，加拿大原子能公司提出的放射法測量干度，以及SY-B0S0FT模型測量蒸汽干度，用于輔助儀表法對干度的測量。
[0013]現(xiàn)有油田稠油熱采作業(yè)實(shí)施過程當(dāng)中所涉及到的最關(guān)鍵性設(shè)備之一就在于注汽鍋爐。注汽鍋爐最主要的工作要點(diǎn)在于:利用軟化水，通過加熱蒸發(fā)的反應(yīng)方式，使其能夠蒸發(fā)形成具有顯著飽和性特征的濕度蒸汽。并將這部分濕度蒸汽強(qiáng)制性的傳輸至地下油層當(dāng)中，而這部分濕度蒸汽也正是油田稠油熱采作業(yè)得以順利開展的供熱源所在。因此，如何在各種不同的運(yùn)行工況下，始終將油田注汽鍋爐的蒸汽干度控制在該限值當(dāng)中，已成為相關(guān)工作人員重點(diǎn)關(guān)注的問題。主要包括:1、油田注汽鍋爐蒸汽干度控制:油田注汽鍋爐所對應(yīng)的蒸汽干度控制標(biāo)準(zhǔn)以80%為宜。若油田注汽鍋爐所對應(yīng)的蒸汽干度>80%，則可能導(dǎo)致注汽鍋爐在長期性的運(yùn)行狀態(tài)下出現(xiàn)爐管過熱、或者是易發(fā)生損壞等方面的問題；在現(xiàn)階段的技術(shù)條件支持下，針對注汽鍋爐蒸汽干度的控制需求，所采取的控制方案多涉及至IJ以下幾種類型:(1)基于串級的PID控制；(2)基于模糊原則的PID控制；(3)基于多級變量的預(yù)測控制。
[0014]但現(xiàn)有油田注汽熱采設(shè)備未采用蒸汽調(diào)節(jié)實(shí)時控制，不能自我診斷和保護(hù)裝置，發(fā)生故障易擴(kuò)大、導(dǎo)致更壞的后果，會損失大量的人力、物力。
三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明目的是，基于現(xiàn)有的油田注汽熱采工程干度測量方法和控制方法，提出一種智能型蒸汽調(diào)節(jié)實(shí)時控制方法與裝置，是一種對油田注汽熱采設(shè)備采用自我診斷和保護(hù)的方法與裝置，及時發(fā)生故障的產(chǎn)生與擴(kuò)大，需要大量的人力、物力。使現(xiàn)有的熱采采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)設(shè)備、材料與防護(hù)措施，防止油井的熱采設(shè)備使用壽命短、易損壞。
[0016]本發(fā)明的稠油熱采蒸汽調(diào)節(jié)實(shí)時控制方法:蒸汽輸入管道依次串聯(lián)有第一電動熱采井口蒸汽閥Vl、電動調(diào)節(jié)閥V、第二電動熱采井口蒸汽閥V2，再連接流量計(jì)和蒸汽干度檢測計(jì)，輸出均恒流量的蒸汽。
[0017]采用現(xiàn)場控制終端對蒸汽輸入進(jìn)行控制，控制終端采集第一電動熱采井口蒸汽閥Vl前蒸汽壓力參數(shù)和第二電動熱采井口蒸汽閥V2后的蒸汽壓力參數(shù):電動調(diào)節(jié)閥V的開度參數(shù)，流量計(jì)和蒸汽干度檢測計(jì)的實(shí)時檢測參數(shù)，而輸出電動調(diào)節(jié)閥V的開度控制參數(shù)；
[0018]蒸汽輸入端壓力范圍在8_17MPa ;P2范圍控制在17_0.6MPa ;輸送穩(wěn)恒流量Ι-ΙΟΤ/h蒸汽，輸送蒸汽時仍設(shè)有蒸汽干度檢測裝置D，D的前端設(shè)置疏水閥V3。
[0019]對第一電動熱采井口蒸汽閥Vl前蒸汽壓力參數(shù)和第二電動熱采井口蒸汽閥V2后蒸汽壓力參數(shù)實(shí)時檢測，通過蒸汽流量儀進(jìn)行實(shí)時的計(jì)量信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)換成電動裝置控制的信號，與設(shè)定的流量值信號進(jìn)行實(shí)時對比，精確調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥閥籠的開度大小，達(dá)到所需的蒸汽流量，流量的精度控制在1.5%范圍內(nèi)。對第一電動熱采井口蒸汽閥Vl和第二電動熱采井口蒸汽閥V2的開度進(jìn)行控制，其開度均分別設(shè)定為40%、70%和100%的三個固定開度，在輸入蒸汽降低1MP以上時V1、V2設(shè)定為40%開度，輸入蒸汽降低5-10MPa V1、V2設(shè)定為一為40%開度另一為70%開度，電動調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)通過PID調(diào)節(jié)方式進(jìn)行。
[0020]采用濕飽和蒸汽干度檢測技術(shù)，實(shí)時反饋蒸汽的實(shí)際干度至主控室，主控室對蒸汽干度的高低進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)，保證注入蒸汽的效率。
[0021]蒸汽輸入端壓力范圍在8_17MPa由鍋爐輸出，控制干度在80%左右，由鍋爐進(jìn)行控制。
[0022]采用對蒸汽流量進(jìn)行實(shí)時計(jì)量，與所需流量進(jìn)行實(shí)時對比，精確調(diào)節(jié)所需蒸汽流量的多少，保證流量的穩(wěn)定。
[0023]采用濕飽和蒸汽干度檢測技術(shù)，實(shí)時反饋蒸汽的實(shí)際干度，以便主控室對蒸汽干度的高低進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)，保證注入蒸汽的效率。采用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RBF)技術(shù)，將軟測量技術(shù)與已有的干度智能檢測裝置相結(jié)合，研發(fā)濕飽和蒸汽干度實(shí)時在線檢測、反饋及報(bào)警技術(shù)，提高檢測精度及靈敏度。干度檢測反饋及調(diào)節(jié)過程如圖1所示。
[0024]稠油熱采蒸汽調(diào)節(jié)實(shí)時控制裝置，包括控制終端、第一電動熱采井口蒸汽閥V1、電動調(diào)節(jié)閥V、第二電動熱采井口蒸汽閥V2，流量計(jì)和蒸汽干度檢測計(jì)，在蒸汽輸入管道端依次串聯(lián)有第一電動熱采井口蒸汽閥Vl、電動調(diào)節(jié)閥V、第二電動熱采井口蒸汽閥V2，再連接流量計(jì)和蒸汽干度檢測計(jì)，輸出均恒流量的蒸汽。
[0025]對第一電動熱采井口蒸汽閥Vl前蒸汽壓力參數(shù)和第二電動熱采井口蒸汽閥V2后的蒸汽壓力測量?？刂平K端連接第一電動熱采井口蒸汽閥Vi前蒸汽壓力參數(shù)和第二電動熱采井口蒸汽閥V2后的蒸汽壓力參數(shù)，電動調(diào)節(jié)閥V的開度參數(shù)，流量計(jì)和蒸汽干度檢測計(jì)的實(shí)時檢測參數(shù)，而控制終端輸出接電動調(diào)節(jié)閥V的閥開度控制端。
[0026]在第一電動熱采井口蒸汽閥Vl、電動調(diào)節(jié)閥V和第二電動熱采井口蒸汽閥V2的蒸汽管道并聯(lián)一管道并連接一直通閥VH，構(gòu)成蒸汽輸入的雙通路結(jié)構(gòu)。第一電動熱采井口蒸汽閥Vl、電動調(diào)節(jié)閥V和第二電動熱采井口蒸汽閥V2關(guān)閉時，VH開啟可以直接輸入鍋爐輸出的蒸汽。
[0027]電動調(diào)節(jié)閥WXT67Y-320V采用蜂巢式降壓的結(jié)構(gòu)。
[0028]控制終端通過通信線路(有線或無線)接主控制室，實(shí)現(xiàn)工況數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸。主控制室可以同時控制鍋爐輸出和采油井的有關(guān)信息，控制參數(shù)及時傳遞至現(xiàn)場控制終端，具有雙向控制模式對蒸汽