Ξ
于新哉李淑玲乔学武佘泽华
(大港油田集团新世纪机械制造有限公司)
往复式喷漆机
摘要在注聚合物过程中, 聚合物分散溶解装置要保证计量下料准确, 供水精度误差小, 混合均匀, 配液浓度稳定, 不产生“鱼眼”等缺陷。我国从20 世纪80 年代末开始引进日本、美国、澳大利亚和法国注聚合物装置并进行矿场试验和应用, 掌握了各种装置的工艺流程和工作原理, 并研制出多品种系列化注聚合物装置, 已在国内主要油田应用。特别是水混式分散溶解装置的研制成功, 进一步降低了装置的成本, 并提高了注聚合物装置的可靠性。 关键词注聚合物注入设备特点应用
近些年来, 三次采油设备———注聚合物装置在
国内各油田得到普遍应用, 并在油田的中后期开采中发挥着重要作用。聚合物分散溶解装置是注聚合物装置中的主要设备。其主要功能是完成聚合物粉剂的上料、储料、计量下料、混合、初步溶解和混合液
便携式餐具输出等一系列工艺过程。工作过程中, 分散溶解装置要保证粉剂计量下料准确, 供水精度误差小, 混合均匀, 配液浓度稳定(浓度误差不超过±2 %) , 不产生“鱼眼”等缺陷。聚合物分散溶解
装置一般由上料系统、储料
斗、计量下料器、供水系统、混合器、混合罐和搅拌机、混合液输出系统和自动控制系统等组成。供水系统控制方式、计量下料器和混合器形式都将对配置聚合物溶液浓度产生影响, 是分散溶解装置中的技术关键。
我国从20 世纪80 年代末开始引进国外聚合物分散溶解装置进行矿场试验, 经过10 余年的现场应用, 基本掌握了各种装置的工艺流程和工作原理, 并研制出系列化聚合物分散溶解装置。在上料机、计量下料器、混合器、计算机自动控制方面有所改进和创新, 使之更加适应国内现场工艺需求, 促进了国内各油田注聚合物工艺的推广应用。下面就国内应用进口和国产聚合物分散溶解装置的流程及工作原理做一分述。
引进的分散溶解装置
11 日本三井氰胺公司装置
大港油田最早引进日本三井氰胺公司聚合物分散溶解装置, 并进行了注聚合物矿场试验。该装置结构
及流程示意图如图1 所示。
图1 三井氰胺公司聚合物分散溶解装置流程图
1 —加料斗;
2 —螺旋上料机;
3 —计量下料器;
4 —供水
泵; 5 —混合器; 6 —混合罐; 7 —螺杆输送泵装置中配有料位计, 通过继电器实现自动上料,
由直读流量计和手动阀调节供水, 完成干粉混合润湿。计量下料器为行星盘式, 由无级调速电动机实现计量下粉。混合器为水漫式。聚合物额定配液量
Ξ 于新哉, 高级工程师, 生于1961 年, 1984 年毕业于天津电大机械工程专业, 现从事科研与经营管理工作, 任公司经理助理。地址: ( 300280) 天津市大港区。电话: ( 022) 25965516 。
( 收稿日期: 2002 - 06 - 04)
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石 油 机 械 2003 年 第 31 卷 第 4 期
20 m 3/ h ; (2) 配液量增加到 50～60 m 3/ h , 混合罐搅拌
机为斜装式 ;
(3) 装置配置两套独立的计量下料及分散溶解
系统 , 共用一具储料斗 , 从而显著提高了配液量 ;
(4) 占地面积较大 。
配水 、供粉自动控制部分同于惠瑞公司装置 , 即采用计算机动态监控系统运行 , 配液浓度精度 高 , 配液量大 , 操作简便 。该装置特别适用于大配 液量注聚合物站的使用 , 提高配液效率 。但其基础 建设高 , 需配置专用天车及专业维修人员 。 41 法国短流程装置
“短流程”装置是相对于前 3 种所谓 “长流程” 而言的 。这种分散溶解装置粉剂混合润湿后立即进 入熟化罐熟化 , 不需要混合罐设备 , 所以称为 “短 流程”。其流程示意图见图 4 。
额定配液浓度 5 000 mg/ L 。该装置配液范 围宽 , 占地面积小 , 操作简单直观 。手动调整供水 、
供粉量 , 配液精度低 ; 混合器清垢要求高 。
21 美国惠瑞公司装置
胜利油田在 20 世纪 90 年代初引进了美国惠瑞 公司聚合物分散溶解装置 , 并进行了矿场试验 。其 结构及流程见图 2 。
图 2 美国惠瑞公司聚合物分散溶解装置流程示意图
1 —上料机 ;
2 —储料斗 ;
3 —计量下料器 ;
4 —文丘里喷射 器; 5
—混合器 ; 6 —供水系统 ; 7 —混合罐 ; 8 —螺杆输送泵 装置中
配有电磁流量计 、料位计 ( 螺旋叶片
式) 和电极式液位计 , 由计算机设定量值 , 按工艺 过程配水供粉 , 完成混合 。计量下料器为弹簧式
(后期引进为螺杆式) , 通过变频器实现下粉量调 整 。供水采用调节阀自动调节供水量 。聚合物额定 配液量 20 m 3 / h ; 额 定 配 液 浓 度 5 000 mg/ L ( 可 调) 。该装置采用计算机监控系统工作状态 , 可调 节供水量和下粉量 , 配液浓度范围宽 , 精度较高 , 操作方便 , 但价格高 , 需专业人员操作和维护 。
31 澳大利亚联合胶体公司装置
大庆油田引进了澳大利亚联合胶体公司聚合物
分散溶解装置 。其结构及流程如图 3 所示 。
图 4 法国短流程装置示意图虚拟墓地
1 —上料机 ;
2 —储料斗 ;
3 —上部料斗 ;
4 —计量下 料 器 ; 5
—混 合 器 ; 6 —供 水 泵 ; 7 —螺 杆 输 送 泵 聚合物的额定
配液量 30 m 3 / h ; 额定配液浓度
5 000 mg/ L 。此种装置与 “长流程”比较 , 省去混
合罐 , 简化了流程 ; 采用两道垂直上料机 , 占地面 积小 , 但过程控制更加严格 ; 混合器结构简单 , 混 合润湿效果好 , 配液量较大 ; 采用人工和自动两种 方式进行控制 , 配液精度可满足现场要求 。但上料 机效率低 , 混合器供水和排液设备要求可靠性高 , 否则溶液易形成 “鱼眼”和产生溢流现象 。
51 美国小型短流程装置
这种装置工作流程更趋简单 , 如图 5 所示 。
装置的加料 、上料 、储料和计量下料工艺过程 与美国惠瑞公司产品相同 , 但溶液混合和输出过程 不同 。供水泵输出一定压力和流量的清水 , 经文丘 里喷射器时形成负压 , 吸入经计量下料器的粉剂混 合润湿 , 然后混合液以文丘里喷射器后端的放大压 为动力被送至熟化罐进一步熟化 。
此装置占地面积小 , 易于安装 , 但文丘里喷射 器前后端压差不易调整控制 , 配液量小 , 混合液输
图 3 澳大利亚联合胶体公司装置的流程示意图
1 —储料斗 ;
2 —计量下料器 ;
3 —文丘里喷射 器;
4 —混 合 器 ;
5 —混 合 罐 ;
6 —螺 杆 输 送 泵
其工作原理与惠瑞公司装置基本相同 , 其中计
量下料器 、混合器 、气动送粉形式同于惠瑞公司装 置 , 不同点有 :
(1) 改由吊车直接大包加料至储料斗中 , 质量 700 kg , 加料效率高 , 并配有吸尘装置 ;
每袋
2003 年 第 31 卷 第 4 期 于新哉等 : 聚合物分散溶解装置的特点及应用
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送扬程小 , 适用于小配液量注聚站 。聚合物额定配 液量 5～10 m 3 / h ; 额定配液浓度 5 000 mg/ L 。
些优点 , 结合国内对注聚合物驱的实际要求而设计 的 。对计量下料器 、混合器和上料机等部件都进行 了结构改进 , 控制方式引入可编程序控制器加上位 机的控制 , 实现了高精度的自动控制和计算机动态 监控全部工艺流程 。上料机采用搅龙式 , 上料速度 快 、噪声小 、效率高及故障率低 。计量下
料器采用 螺杆推料加变频器调速的形式 。在料仓结构上考虑 料位的变化对下粉量产生的影响 , 建立了下粉量与 频率关系曲线 。设定 、调节易于操作 , 精度高 , 下 粉精度误差为 ±1 % 。
nfc天线根据粉剂有关参数 , 混合器采 用 可 调 水 帘 方 式 , 适用范围宽 , 气动送粉强制混合 , 干粉混合润 湿效果好 , 确保不产生 “鱼眼”。 供水系统采用调节阀与流量计组成的 P I D 闭
环控制 , 在供水压力不稳定时 , 能可靠地将供水流 量精度控制在 ±1 %内 。由于采用了 PL C 控制工艺 过程 , 多点检测 , 变频器调速 , 做到了声光报警提 示 , 加料后按设定的工艺过程和参数自动运行 , 实 现了上位机的自动检测和控制 , 工作平衡可靠 , 保 证配液浓度误差为 ±1 % 。考虑到化学降解的因素 , 所有与聚合物粉剂 、混合液接触的部件都采用不锈 钢制造 。
该装置额定配液量 20～30 m 3 / h ; 额定配液浓 度 5 000 mg/ L ( 可 调 节) 。由 于 采 用 集 散 控 制 方 式 , 既可单独使用 , 也可多套并联进行 , 配液精度 高且稳定 , 计算机监控系统运行状态 , 故障反映和 报警直观及时 , 操作简便可靠 , 维修方便 。但由于 检测仪器仪表采用进口产品 , 价格偏高 。
31Z J 50 型
该装置在以上两种设备基础上 , 进行了放大改 进设计 。主要部件的结构形式和控制方式基本相 同 ,
根据配液量的要求 , 将混合器改为喷嘴式 , 混 合液输出配置了两台螺杆泵 。生产实践证明 , 修改 后的混合器 , 在大容量时混合效果好 , 没有 “鱼 眼”。通过计量下料器的调整设定 , 下粉上限可提 高到 60 m 3 / h 。在聚合物配液量大于 100 m 3 / h 时 ,
采用这种形式的装置并联运行 , 优点显著 。
41 水混式 Z J 10 S 、Z J 60 S
根据美国小型短流程装置的基本形式 , 考虑单 井调剖和聚合物驱配液的要求 , 设计了水混式注聚 合物装置 。其特点在于利用文丘里喷射器实现聚合 物干粉的混合润湿和输出 , 与同规格的聚合物分散
溶解装置相比 , 其占地面积小 , 流 程 简 单 , 造 价 低 , 便于运移 。该装置流程如图 6 所示 。
图 5 美国短型短流程装置流程示意图
1 —上料机 ;
2 —储料斗 ;
3 —计量下
料器 ; 4 —文丘里喷射器 ; 5 —供水泵
以上两种形式的短流程装置由河南和大庆等油 田引进并进行了矿场试验 。
国产聚合物分散溶解装置
大港油田新世纪公司 1989 年开始与江汉机械 研究所一起进行首台聚合物分散溶解装置的研制 , 开发完成了系列规格和多种形式的装置 。张家口石 油机械厂 、大庆油田总机厂和胜利油田总机厂也相 继开发出多种形式的装置 , 有上百套装置应用于大 港 、华北 、中原 、河南 、胜利和大庆等油田 。现就 大港油田新世纪公司开发的装置分述如下 。
11Z J 20 型 1
Z J 20 型聚合物分散溶解装置与日本三井氰胺
公司产品相似 , 工艺流程基本相同 。在控制方式 、 混合器 、计量下料器形式上进行了改进 , 提高了配 液浓度的精度 。上料机采用螺旋弹簧式 , 结构简 单 , 加工装配容易 。计量下料器采用立式行星盘式 无级调速器调节 。干粉由上部进入计量盘 , 然后由 分配中心孔进入混合器 。混合器采用水漫式结构 , 由离心泵供水 , 并通过流量计计量和气动调节阀调 整 。聚 合 物 额 定 配 液 量 2 0 m 3 / h ; 额 定 配 液 浓 度
5 000 mg/ L 。改进后的装置 , 聚合物干粉混合润湿
效果好 , 供水误差为 ±2 % , 下粉误差为 ±2 % 。系 统全部采用国产机 、泵 、阀和检测仪器 , 制造成本 低且易于维修 。由于受技术所限 , 下粉器控制采用 手动调节 , 因而设定精确度低 ; 采用气动调节阀易 发生故障 , 调节不准确 。两套 Z J 20 型聚合物分散 溶解装置在大港油田做了矿场试验 。
21Z J 20A 、Z J 30 型 2
这两种型号聚合物分散溶解装置是以美国惠瑞 公司装置为基础 , 吸收澳大利亚联合胶体装置的某
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石 油 机 械 2003 年 第 31 卷 第 4 期
程 , 并把配液量提高到 60 m 3 / h 。
国产聚合物分散溶解装置的应用
国产聚合物分散溶解装置在品种规格上形成系 列化 , 形式上完全吸收了引进产品的特点 , 并且进 行了创新 ; 在控制方式上 , 全部采用 PL C 加小型 微机的集散控制系统 ; 配套仪表 、阀门 、机泵都已 达到国外同类装置水平 。国产装置近 10 年内已在
大庆 、大港 、辽河 、胜利 、华北和河南等油田大面 积使用 。经多次反复改进和试验 , 确定了基本形 式 , 完善了规格 , 使国产设备的性能满足了现场工 艺的需要 , 其可靠性也逐步提高 , 某些性能指标超 过了引进设备 。同时由于规格齐全 , 形式多样 , 价 格适宜 , 更加适应国内油田三次采油需要 , 完全可 以替代进口产品 。
图 6 水混式聚合物分散溶解装置流程示意图
数据存储安全检测1 —上料机 ;
2 —储料斗 ;
3 —计量下料器 ;
4 —接 力 泵 ;
5 —文 丘 里 喷 射 器 ;
6 —供 水 泵
供水泵供出一定压力和流量的清水经文丘里喷
射器时形成负压 , 吸入经计量下料器计量的粉剂混 合润湿 , 以文丘里喷射器的后端放大压为动力将混 合液推进管线 , 在后端管线上设计了 1 台接力泵 , 可确保大容量混合液被送入熟化罐中 。在控制上采 用 PL C 进行程序控制 , 设定文丘里喷射器前后水 泵的工作启停顺序 , 以便调整文丘里喷射器的压 差 , 保证混合液不溢 、不堵和增加扬程 。
该装置额定配液量有 10 、35 、50 、60 m 3 / h 等
4 种形式 ; 额定配液浓度
5 000 mg/ L , 也可根据调 剖
需要设定下粉量 , 配液浓度直接达到井口要求 。 该装置既简化了流程 , 又保证了混合液的输出扬
参 考 文 献
1 马世煜 1 聚合物驱油实用工程方法 1 北京 : 石油工业出 版社 , 1995 : 69～71 史永庆 , 刘星福 , 于新哉等 1Z J 30 聚合物分散溶解装置 1 石油机械 , 1997 , 25 (12) : 27～28
( 本文编辑 赵连禄)
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(上接第 6 页)
力学预测寿命 。笔者以渤海 8 号平台主要桩腿上的 管节点失效作为系统失效的判据 , 预测其疲劳失效 路径及寿命如表 3 。
综上所述得出如下结论 :
(1) 提出了基于渤海 8 号平台在服役期间及报废
后的检测数据分析而得到的平台桩腿的疲劳损伤与腐 蚀损伤计算方法 , 应用于海洋工程更合乎实际 。
(2) 提出的基于腐蚀损伤的平台桩腿服役寿命
预测方法 , 对在役平台的安全可靠性评估具有实际 参考价值 。
参 考 文 献
表 3 渤海 8 号平台系统疲劳寿命预测结果 节点号 阶段寿命/ a 节点类型
3160 6134 26173 5176 3160 11182 35145 2140 24130 32190 0163 5195 21190 3122 24110 163110
851 849 281 253 846 261 273
840 233 241 413 277 437 557 535
总寿命
隔水套管 隔水套管 D 片 X 型节点
C 片 X 型节点
隔水套管 C 片 X 型节点
D 片 X 型节点
隔水套管 B 片 X 型节点 B 片 X 型节点 A 片 X 型节点 D 片 X 型节点 A 片 X 型节点
- 25 m 水平面
桩腿主要节点
1 方华灿 1 海洋石油钢结构的疲劳寿命 1 山东东营 ; 石油 大学出版社 , 1990 : 64～69 , 152～157
方华灿 , 陈国明 1 冰区海上结构 物 的 可 靠 性 分 析 1 北 京 : 石油工业出版社 , 1999 : 192～195 ,
278～284 徐兴平 , 黄东升 , 李继志 1 渤海 8 号平台腐蚀评估 1 中 国海洋平台 , 2001 , 16 (3) : 39～42
Fang H C , Du an M L , Xu F Y , et al 1R eliab ility analysis of ice - indu ced fatigu e and d amag e in off shore eng ineering st ru c 2 t u res 1C hina Ocean Eng ineering , 2000 , 14 (1) : 15～24
( 本文编辑 刘 峰)
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new desander is devel oped. Installed o n t h e inlet stand pipe of t h e metering separato r , t h e desander adop t s ro2 tary sedimentati o n and gravit y - vel ocit y subsidence realizing t h e set t lement of t h e sand grains. Applicat i o n at 12 metering stati o n s show s t h at t h e desander has distinct effect of sand set t lement and no sand - sticking occurred.
Subject C o n cep t Ter m s desander filter fl ow meter sand sticking sand set t lement
Y ang Xiaoping (Instit u te of C arbo n Fiber and C o m po s ite , Beijing U n iversit y of Chemical Tec
帕斯卡裂桶实验hnol ogy , Bei2 jing) , Li Peng , Wang Chengzho n g , et al .Fabricat i o n of carbo n fiber reinfo r ced vinyl ester resin co m po s ites used as c o n tinuo u s sucker ro d. CPM , 2003 , 31 (4) : 35～38
C arbo n fiber reinfo rced vinyl ester resin co m po sites were f abricated by p ult rusi o n p rocess , and tehn a ppli ed to oil indust ry as co ntinuo us sucker ro ds. The static mechanical p roperties and dynamic f atigue p roperties of t h e co m po sites were st udied. Dynamic mechanical analysis was made to investigate t he heat resistance of t he c o m2 po sites. Scanning elect rical micro scope was applied to o bserve t he m o rp hol ogy of tensile f ract ure . The resul t s showed t hat t he tensile st rengt h of t he co m po sites was up to 2 ,000 M Pa and still remained 90 % af ter 107 tim es of dynamic f a tigue test , indicating superi o r f atigue resistance .This kind of co m po s ites have ideal interf a ce adhe2 si o n wit h IL SS of 64 Mpa and goo d heat resistance wit h a glass t r ansiti o n tem perat u re of 138 . 6 ℃. C o m pared wit h t h e steel sucker ro d s , t h is kind of co m po s ites sucker ro d s have saved energy by 30 %～50 % and im p roved p u m p efficiency by 30 % w h en used in oil p r o d ucti o n.
vinyl ester resin co n tinuo u s sucker ro d
p u l2 Subject C o n cep t Ter m s carbo n fiber co m po s ite
t r usi o n
Zhang Xinghua ( G udo n g Oil Pro d ucti o n Plant , Shengli Oil f ield C o m pany , Do n gying Cit y , Shando n g Province) , L u an Linming , Huang Xu , et al . Devel op m ent and applicati o n of releasable fishing spear wit h slid2 ing bl ocks. CPM , 2003 , 31 (4) : 39～40
A releasable fishing spear wit h sliding bl ocks is devel oped in view of t he f act t hat fishes sticking occurred and releasing operati o n became very hard to succeed. The st ruct ure and t he operating p rinciple of t he fishi ng spear are described. Field use o n 26 wells in G udo n g Oil field show s t h at t h e spear can p r ovide very goo d service .
Subject C o n cep t Ter m s releasable fishing spear dow n hole tool G udo n g Oil f ield applicati o n
Y u Xinzai ( New C ent u ry Machinery Manuf a ct u ring C o m pany , Dagang Oil field Gro u p , Tianjin) , Li Shul2 ing , Qiao Xuew u , et al .Review of polymer dispersing and dissolving devices. CPM , 2003 , 31 (4) : 41～44
A co m p rehensive co mment o n t he characteristics of t he im po rted and ho memade polymer dispersing and dis2 solving devices are made . The do mestic manuf act urers can supply series of
diversi fied polymer injecti o n unit s at p resent , and t hese unit s have been successf ully used in many oil f ields in China wit h satisf acto ry perfo r mance . In particular , t h e water - blending dispersing and dissolving unit was devel oped and p u t into use wit h high opera2 ti o n reliabilit y and l ow co s t .
Subject C o n cep t Ter m s polymer inject i o n injecti o n equip ment characteristic applicati o n
— 4 —
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