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(qū)和三元復(fù)合驅(qū)配注工藝已得到了廣泛的應(yīng)用。在這兩種工藝中，聚合物母液的注入量和粘度對(duì)提高原油采收率起著關(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(duì)機(jī)械剪切比較敏感，當(dāng)聚合物母液在流動(dòng)時(shí)所受的機(jī)械剪切應(yīng)力增大至足以使分子鏈斷裂時(shí)，將產(chǎn)生機(jī)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(shí)會(huì)因?yàn)榱鞯缽?fù)雜、高流阻等原因產(chǎn)生較強(qiáng)的剪切作用，導(dǎo)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(diào)節(jié)閥) 采用了高長徑比內(nèi)件( HLDT) 設(shè)計(jì)，解決了聚合物母液流量調(diào)節(jié)時(shí)粘度損失大的難題，而且整機(jī)實(shí)現(xiàn)了流量控制過程的自動(dòng)化。

主要技術(shù)指標(biāo)

　　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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成了電動(dòng)抗剪切流量自動(dòng)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(jì)的4 ～ 20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，它一方面將現(xiàn)場的實(shí)測(cè)流量通過液晶數(shù)字顯示，另一方面將實(shí)測(cè)流量與設(shè)定流量進(jìn)行比較，如果偏小則控制電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)母液調(diào)節(jié)閥開度增大，反之則開度減小，直至實(shí)測(cè)流量與設(shè)定流量一致。

1. 母液調(diào)節(jié)閥2. 流量主控單元3. 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

圖1 整機(jī)總裝圖

圖2 工作原理

　　閥門正常工作時(shí)，聚合物母液從注聚泵出來流過電磁流量計(jì)，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(yīng)大于5，出口處長徑比( L/D) 應(yīng)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(shè)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(duì)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(gòu)成了母液調(diào)節(jié)閥具有較好抗剪切能力及較強(qiáng)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(jī)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(dòng)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整閥瓣開度，實(shí)現(xiàn)流量自動(dòng)控制。液晶界面有設(shè)定流量，實(shí)測(cè)流量等參數(shù)。流量主控單元設(shè)計(jì)有按鍵，同時(shí)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(shí)現(xiàn)數(shù)字通訊，從而對(duì)流量等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和設(shè)定。

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

　　電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用大位移直行程設(shè)計(jì)，電機(jī)采用AC 可逆單相齒輪減速電機(jī)，配齒形同步帶傳動(dòng)，末級(jí)為螺桿傳動(dòng)，殼體設(shè)計(jì)滿足IP65 級(jí)和ExdIIbT4隔爆級(jí)要求，符合油田爆炸性環(huán)境的使用規(guī)定。另外執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有便攜式手柄驅(qū)動(dòng)，方便出廠測(cè)試和現(xiàn)場調(diào)試。

測(cè)試和應(yīng)用

　　在LSJ-50 水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上對(duì)DN40 PN160整機(jī)進(jìn)行測(cè)試，介質(zhì)為水，在初始實(shí)測(cè)流量為0. 5m3 /h時(shí)，將設(shè)定流量值設(shè)為1m3 /h，死區(qū)上下偏差設(shè)為0. 01m3 /h，產(chǎn)品在自控狀態(tài)下啟動(dòng)，實(shí)測(cè)流在設(shè)定點(diǎn)上下反復(fù)變化并逐步逼近，在80s 內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定的實(shí)測(cè)流量0. 99m3 /h，符合設(shè)計(jì)要求。在實(shí)際應(yīng)用中，通過在自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置進(jìn)出口對(duì)聚合物母液多次取樣化驗(yàn)，分析結(jié)果證明整機(jī)粘度保留率均在97. 1% ～ 98. 2%之間。

結(jié)語

　　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(diào)節(jié)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)品通過近幾年的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、應(yīng)用和改進(jìn)，技術(shù)和工藝趨于成熟，已批量應(yīng)用于聚合物驅(qū)配注工藝，并通過了設(shè)計(jì)院的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。