偏心回转摆动混输泵组油气混输增压撬及运行方法

摘要

本发明公开了一种偏心回转摆动混输泵组油气混输增压撬，并在增压撬的基础上给出了不同策略的运行方法；其中增压撬包括集成在撬架上的油气混输增压系统，该系统包括：至少一组混输泵组，自井口引出的输入管线连接至所述的混输泵组，经过混输泵组对输入管线输送来的物质进行处理后，通过输出管线进行运输；在所述的输入管线上，依次设置有进口高压保护电动阀、过滤装置、进口电动阀、进口阀门以及进口防震压力表，在所述的输出管线上依次设置有出口单向阀、出口阀门、出口高压保护电动阀以及出口防震压力表。本发明解决了原油和伴生气的高气油比多相混输问题，实现原油、天然气、水、各种黏稠物质及固体颗粒单一管线的长距离增压混输。

说明书

技术领域

本发明主要涉及油气混输技术领域，涉及一种用于井口的多相油气混输增压装置以及利用该装置进行油气混输的运行方法。

背景技术

我国油田石油伴生气资源非常丰富，传统的密闭集输采用油气分输，即用离心泵输油，油走油管线；压缩机输送气体，走气管线。随着螺杆泵技术的成熟与发展，一些油田积极推广油气混输技术，该技术不需要一整套气，液分离设备、压缩机设备和专用输送管道，利用原有集输管网实现油气混输，有效集中资源，减少油气损耗。其中，油气混输泵是油气混输技术中的关键设备，集输油泵的输液功能和压缩机的输气功能于一体。目前油气混输装置采用的混输泵有单螺杆和双螺杆油气混输泵，然而单螺杆混输泵对于气油比高于50m³/t效果并不理想，而且不适应气油比波动范围大和压力高的工况；同时双螺杆油气混输泵故障频繁，维修费用高。

传统的油气混输装置容易导致集输管线冬季冻堵、回压高而不能正常开启；携气量不足，磨损大，维护费用高；伴生气大量外排，造成环境污染；工人劳动强度大，运行成本居高不下。因此，研究新型可靠的多相油气混输增压装置是当前急需解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，为石油行业井口油气混输提供一种多相油气混输增压装置以及运行方法。本发明用以解决原油和伴生气的高气油比多相混输问题，实现原油、天然气、水、各种黏稠物质及固体颗粒单一管线的长距离增压混输，具有降低井口回压、改善深井泵的工作状况、可减少增压站的设置、简化现场操作和管理环节和降低建设投资等显著优势。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种偏心回转摆动混输泵组油气混输增压撬，包括集成在撬架上的油气混输增压系统，该系统包括：至少一组混输泵组，自井口引出的输入管线连接至所述的混输泵组，经过混输泵组对输入管线输送来的物质进行处理后，通过输出管线进行运输；在所述的输入管线上，沿靠近混输泵组的方向依次设置有进口高压保护电动阀、过滤装置、进口电动阀、进口阀门以及进口防震压力表，在所述的输出管线上沿远离混输泵组的方向依次设置有出口单向阀、出口阀门、出口高压保护电动阀以及出口防震压力表。

进一步地，所述的油气混输增压系统中还设置有高压回流装置，该装置利用管线一端连接在进口防震压力表和混输泵组之间的输入管线上，另一端连接在出口阀门和出口高压保护电动阀之间的输出管线上；高压回流装置自输出管线中提取部分管线中的液态物质，并将这部分液态物质导流到输入管线上。

进一步地，所述的高压回流装置包括集成在固定底架上的储液阵列管，储液阵列管的两端封闭，储液阵列管的轴向与底架之间的夹角为锐角；在储液阵列管的侧面上部连接有导流管，导流管连接至一根设置在储液阵列管上方的引流管上；储液阵列管的下部连接有限流导管，限流导管的一端垂直伸入到储液阵列管内部，且伸入一端的端面为斜面；所述的引流管一端通过端板封闭，另一端连接至出口阀门和出口高压保护电动阀之间的输出管线上；所述的限流导管连接至进口防震压力表和混输泵组之间的输入管线上。

进一步地，所述的储液阵列管的个数与混输泵组的组数相同；设置一个以上的储液阵列管时，这些阵列管的侧面下部之间通过连通管相互连通，且每个阵列管各自通过一根导流管连接至引流管，每个阵列管上各自设置一根限流导管。

进一步地，所述的过滤装置设置两组，每一组过滤装置均包括依次连接的过滤器进口阀门、过滤器以及过滤器出口阀门，两组过滤器并联设置。

进一步地，所述的输入管线和输出管线之间设置有两组旁通管线，一组旁通管线上安装有旁路电动阀，另一组旁通管线上安装有旁路安全阀；旁通管线一端连接在井口与进口高压保护电动阀之间的输入管线上，另一端连接在出口防震压力表和出口高压保护电动阀之间的输出管线上。

进一步地，所述的油气混输增压系统还包括自动控制系统，自动控制系统包括依次安装在进口电动阀与过滤装置之间输出管线上的进口流量变送器、进口压力变送器和撬体温度变送器，在出口阀门和出口高压保护电动阀之间的输出管线上安装有出口压力变送器；

自动控制系统中设置有电机驱动单元，在电机驱动单元上连接有信号处理单元、超限信号控制单元、电动阀控制单元、电机软启动器以及定时器，其中，信号处理单元连接电动阀控制单元和超限信号控制单元，超限信号控制单元上连接有输入超限警示器和输出超限警示器；电动阀控制单元与所述的旁路电动阀、进口高压保护电动阀、出口高压保护电动阀、进口电动阀连接，信号处理单元与所述的进口流量变送器、进口压力变送器、撬体温度变送器和出口压力变送器连接；所述的软启动器用于启动/关闭混输泵组。

进一步地，所述的油气混输增压系统设置有保温伴热系统，保温伴热系统包括缠绕在输入管线、输出管线上电保温带以及覆盖在电保温带外部的保温层，电保温带通过温度控制系统进行控制。

进一步地，所述的混输泵组在撬架上设置有三组，三组并联设置，且每一组分别对应一个进口电动阀、进口阀门、进口防震压力表、出口单向阀以及出口阀门。

一种偏心回转摆动混输泵组油气混输增压撬的运行方法，包括以下几种情况：

情况1：通过进口流量变送器、进口压力变送器监控输入管线中的流量、压力均低于单组混输泵组的额定流量时，自动控制系统根据进口流量变送器、进口压力变送器和出口压力变送器的测量值，自动开启三组混输泵组中，第一组混输泵组对应的进口电动阀，并启动该组混输泵组；

或按照指定的时间周期，间隔性地开启第一组、第二组混输泵组对应的进口电动阀，并启动这两组混输泵组；

情况2：当输入管线中的流量、压力突然高于单组混输泵组的额定流量时，开启第三组混输泵组对应的进口电动阀并启动该组混输泵组；在输入管线中的流量、压力回落至低于单组混输泵组的额定流量时，自动控制系统关闭第三组混输泵组对应的进口电动阀并关闭该混输泵组；

情况3：当输入管线中的流量、压力在设定的时间内持续高于单组混输泵组的额定流量时，同时开启第一组、第二组混输泵组对应的进口电动阀并启动这两组混输泵组；

情况4：当输入管线中的流量、压力突然高于两组混输泵组的累计额定流量时，则同时保持三组混输泵组对应的进口电动阀打开，并保持这三组混输泵组启动；当输入管线中的流量、压力回落至低于两组混输泵组的额定流量时，关闭第三组混输泵组对应的进口电动阀并关闭该混输泵组；

情况5：当输入管线中的流量、压力高于两组混输泵组的累计额定流量时，则同时保持三组混输泵组对应的进口电动阀打开，并保持这三组混输泵组启动；与此同时，自动控制系统利用输入超限警示器进行报警，以提醒工作人员对井组产量进行人工调节；

情况6：当通过出口压力变送器监测到输出管线中压力值高于偏心回转摆动混输泵组油气混输增压撬的设计压力值时，自动控制系统利用输出超限警示器进行报警，关闭进口高压保护电动阀、出口高压保护电动阀，关闭三组混输泵组以及其对应的进口电动阀，开启旁路电动阀，直到人工检查并排除问题为止。

本发明与现有技术相比具有以下技术特点：

1.本发明采用偏心回转多相混输技术，可完全实现油水气的单一管线的长距离增压混输，且对油气比无任何限制条件；

2.本发明采用并联式多组偏心回转摆动混输泵组结构，根据井口产量情况自动控制单组或多组偏心回转摆动混输泵连续运行，或间隔连续运行，从而保证管线的高效率连续混输；

3.本发明采用伴热带保温模式，伴热带连续缠绕在撬内管线和撬装设备上，控制系统可根据撬体温度自动控制，防止冬季集输管线冻结，保证管线温度维持工作温度；

4.本发明在冬季生产中可缓解井组高回压的现状，降低井口回压0.3～0.6MP，提升井组原油温度3～5℃，从而在降低现场管理难度的同时还能提升产量；

5.本发明可有效地将就近区域内的所有油井产出的油气，在不需借助任何其它设备的基础上，直接增压混输；该装置结构紧凑，便于移动，占地面积小(10m²)，不需重新规划用地面积，在油井井场可就近安装。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为高压回流装置的结构示意图；

图3为第一限流导管伸入储液阵列管内部的结构示意图；

图4为控制系统的结构示意图；

图中标号代表：

编号部件说明编号部件说明1出口防震压力表2旁路安全阀3旁路电动阀4出口高压保护电动阀5进口高压保护电动阀6出口压力变送器7第一过滤器进口阀门8第二过滤器进口阀门9第一过滤器10第二过滤器11第一出口阀门12第一过滤器出口阀门13第二过滤器出口阀门14第一出口单向阀15进口流量变送器16第一混输泵组17进口压力变送器18高压回流装置19撬体温度变送器20第一进口防震压力表21第一进口阀门22第一进口电动阀23第二进口防震压力表24第二进口阀门25第二进口电动阀26第三进口防震压力表27第三进口阀门28第三进口电动阀29第三混输泵组30第二混输泵组31第三出口单向阀32第二出口单向阀33第三出口阀门34第二出口阀门35保温伴热系统36自动控制系统181储液阵列管182第一限流导管183第二限流导管184连通管185第三限流导管186固定底架187端板188导流管189引流管

具体实施方式

遵从上述技术方案，如图1至图4所示，本发明公开了一种偏心回转摆动混输泵组油气混输增压撬，包括集成在撬架上的油气混输增压系统，该系统包括：至少一组混输泵组，自井口引出的输入管线连接至所述的混输泵组，经过混输泵组对输入管线输送来的物质进行混输处理后，通过输出管线进行运输；在所述的输入管线上，沿靠近混输泵组的方向依次设置有进口高压保护电动阀5、过滤装置、进口电动阀、进口阀门以及进口防震压力表，在所述的输出管线上沿远离混输泵组的方向依次设置有出口单向阀、出口阀门、出口高压保护电动阀4以及出口防震压力表1。

本发明的整个系统采用撬装的方式，全部集成在一个撬架上，有利于整体的安装、运输、布局和设计，具有高集成性的特点。本发明提出的这种整体增压撬，是以申请人前期研究成果，名称为：“一种偏心回转摆动多项油气混输泵”、授权公告号为CN202646001U的实用新型专利基础上进行的。即，本发明中提到的混输泵组，是由防爆电机、卧式斜齿轮减速箱以及所述的偏心回转摆动多项油气混输泵这几大部分构成的。防爆电机与减速箱连接，减速箱通过联轴器连接油气混输泵的转轴，驱动油气混输泵旋转，对油、气进行加压混输。

本发明针对的输送物质，是刚从油田井口中采出的原油、天然气、水、各种粘稠物质以及固体颗粒，利用混输泵对这些物质进行加压混输后，通过单一管线进行长距离混输，以便于后续的分离处理过程。本发明的基本结构包括混输泵组(以下简称泵组)，泵组的数量应视油井产量而定。从井口引出输入管线，连接到泵组的输入端，将需要混输的物质进行加压处理，然后从泵组的输出端经过输出管线进行长距离输送。仅通过泵组，是无法实现长距离混输的，对此本发明中在输入管线上依次设置有：

进口高压保护电动阀5，该电动阀用于在输出管线超压时对输入管线进行封闭，防止更多的流质进入到泵组中而造成更大的损伤；

过滤装置，主要是用来过滤原油中的一些大颗粒杂质，防止管线出现堵塞；本实施例中，过滤装置设置两组，每一组过滤装置均包括依次连接的过滤器进口阀门(第一过滤器进口阀门7、第二过滤器进口阀门8)、过滤器(第一过滤器9、第二过滤器10)以及过滤器出口阀门(第一过滤器出口阀门12、第二过滤器出口阀门13)，两组过滤器并联设置；设置两组过滤装置的目的是，过滤装置需要定期清理，在一组需要清理时，可先通过另一组进行过滤；其中的进口阀门、出口阀门在检修时关闭，然后拆下过滤器进行清洁、更换。

进口电动阀，是控制管线中的流质是否进入到泵组中的一个控制阀门，采用电动阀可以进行自动控制，当进口电动阀打开后，允许管线中的流质通过泵组进行加压处理；由于在一个撬上泵组一般设置多组，每一组泵组都有一个进口电动阀，这样能配合不同的预先设置策略，来开启或关闭某一个泵组，以适应当前的产量或应对高压、高流量的工况。另外，通过进口电动阀来控制，可实现控制的自动化，使整个泵组能自动、节能、高效地运行。

进口阀门是一个手动阀，用以在进口电动阀出现故障时进行手动的管线封闭；

进口防震压力表，用以监控管线压力，防止压力过高造成泵组的损坏。

本发明中在输出管线上沿远离混输泵组的方向依次设置有出口单向阀、出口阀门、出口高压保护电动阀4以及出口防震压力表1，其中出口单向阀的作用和进口单向阀类似，是用来封闭其对应的泵组的两端，以实现不同泵组之间的切换、开启、关闭等；出口阀门和进口阀门的作用是一样的，用于检修过程；出口防震压力表1则与进口防震压力表对应，在监控压力的同时，可以用于定位管线或泵组故障，以便于检修过程。

由于本发明中用到了油气混输泵，这个泵是一种偏心转子容积泵，泵中用到偏心转子结构，在油气比较低时，会迅速升温升压，造成泵内温压过高；而偏心转子在长期的工作过程中，会不可避免地出现磨损，尤其是当前进入泵中的物质是以气为主的时候。为了解决这个问题，本发明中油气混输增压系统中还设置有高压回流装置18，该装置利用管线一端连接在进口防震压力表和混输泵组之间的输入管线上，另一端连接在出口阀门和出口高压保护电动阀4之间的输出管线上；高压回流装置18自输出管线中提取部分管线中的液态物质，并将这部分液态物质导流到输入管线上。

输入管线中的物质有原油、天然气、水、各种粘稠物质以及固体颗粒，这里的液态物质只是其中的原油和水。高压回流装置18利用管线将泵组已经经过混输加压的原油和水的一小部分又导入到泵组的输出端，这样能保证无论在当前井口采出的物质无论是高油气比还是低油气比，都能使油气混输泵中始终有液态物质存在，这样不仅能起到对油气混输泵的润滑降温作用，也能提高油气比。

如图2、图3所示，本发明具体给出了一种高压回流装置18的结构示意图，高压回流装置18包括集成在固定底架186上的储液阵列管181，储液阵列管181的两端封闭，储液阵列管181的轴向与底架之间的夹角为锐角；在储液阵列管181的侧面上部连接有导流管188，导流管188连接至一根设置在储液阵列管181上方的引流管189上；所述的引流管189一端通过端板187封闭，另一端连接至出口阀门和出口高压保护电动阀4之间的输出管线上。

高压回流装置18整体集成在一个底架上，能方便地安装于撬上。其中主要用到存储原油的是储液阵列管181，该阵列管是两端封闭的空心管，且倾斜于底架设置，与底架之间的夹角为锐角，且最好为小于45度的夹角。这样设置利于导流过程。在经过泵组加压后的输出管线上，利用一根引流管189将液态物质引入到储液阵列管181中，使储液阵列管181内的液态物质始终保持一定的量。

储液阵列管181的下部连接有限流导管，限流导管的一端垂直伸入到储液阵列管181内部，且伸入一端的端面为斜面，斜面可增大进液面，便于将内部的液体导出；限流导管连接至进口防震压力表和混输泵组之间的输入管线上，这样在输入管线和输出管线之间就存在了一个独立于泵组的通道，输出管线中的高压为液态物质提供驱动力，促使其进入到高压回流装置18中，继而再回到泵组的进口端，由此源源不断地将原油导入到油气混输泵中。高压回流装置18对混输泵在高气少油状况运行时进行冷却降温，从而保证了混输泵的可靠运行。

一般来讲，在工业使用中，至少会设置三组泵组，其中两组轮换使用，另外一组备用。为了更清楚地展示本发明的效果，以下的说明以三组泵组为例，混输泵组在撬架上设置有三组(第一混输泵组16、第二混输泵组30和第三混输泵组29)，三组并联设置，如图1所示，且每一组分别对应一个进口电动阀(第一进口电动阀22、第二进口电动阀25和第三进口电动阀28)、进口阀门(第一进口阀门21、第二进口阀门24和第三进口阀门27)、进口防震压力表(第一进口防震压力表20、第二进口防震压力表23和第三进口防震压力表26)、出口单向阀(第一出口单向阀14、第二出口单向阀32和第三出口单向阀31)以及出口阀门(第一出口阀门、第二出口阀门34和第三出口阀门33)。即，输入管线在泵组的进口端分为三条，每一条上各自安装有进口电动阀、进口阀门和进口防震压力表；而在泵组输出端也分为三条管线，各自安装出口单向阀(避免倒流)和出口阀门。

上述的储液阵列管181的个数与混输泵组的组数相同；设置一个以上的储液阵列管181时，这些储液阵列管181的侧面下部之间通过连通管184相互连通，使多个储液阵列管181中保持恒定的液面，使每个泵组进口端都能导入液态物质；且每个阵列管各自通过一根导流管188连接至引流管189，每个阵列管上各自设置一根限流导管(第一限流导管182、第二限流导管183和第三限流导管185)，分别连接到一个泵组的输入端。

如图1所示，输入管线和输出管线之间设置有两组旁通管线，一组旁通管线上安装有旁路电动阀3，另一组旁通管线上安装有旁路安全阀2；旁通管线一端连接在井口与进口高压保护电动阀5之间的输入管线上，另一端连接在出口防震压力表1和出口高压保护电动阀4之间的输出管线上。旁路电动阀3和旁路安全阀2是为了在泵组出现故障，或者输出管线、输入管线压力超标时，进行管内物质旁路导流用的，其中一个通过电动控制，另外一个手动控制。

为了使本发明有序、高效地工作，本方案中，油气混输增压系统还包括自动控制系统36，自动控制系统36包括依次安装在进口电动阀与过滤装置之间输出管线上的进口流量变送器15(传感器)、进口压力变送器17和撬体温度变送器19，在出口阀门和出口高压保护电动阀4之间的输出管线上安装有出口压力变送器6；这些传感器均通过高强度的屏蔽线连接到自动控制系统36的机柜中；

自动控制系统36中设置有电机驱动单元，在电机驱动单元上连接有信号处理单元、超限信号控制单元、电动阀控制单元、电机软启动器以及定时器，其中，信号处理单元连接电动阀控制单元和超限信号控制单元，超限信号控制单元上连接有输入超限警示器和输出超限警示器；电动阀控制单元与所述的旁路电动阀3、进口高压保护电动阀5、出口高压保护电动阀4、进口电动阀连接，信号处理单元与所述的进口流量变送器15、进口压力变送器17、撬体温度变送器19(用以监控管线内部温度)和出口压力变送器6连接；所述的软启动器用于启动/关闭混输泵组，即软启动器用以启动前述的防爆电机，以开启泵组。

自动控制系统36的工作原理如下：

信号处理单元通过进口流量变送器15、进口压力变送器17、进口压力变送器17的测量值，与撬额定设计值、单组泵组额定流量、额定压力等数据进行分析，计算结果送至电机驱动单元、电动阀控制单元、超限信号处理单元，开启相对应的电动阀，并控制启动对应的电机软启动器，启动混输泵；定时器可设定时间，使多组混输泵周期性间隔运行。超限信号控制单元，可对输入超限，或者输出过压进行声光警示，提醒操作员进行人工操作，同时保护撬正常工作。

本发明的油气混输增压系统设置有保温伴热系统35，保温伴热系统35包括缠绕在输入管线、输出管线上、各类阀门上、过滤器上、变送器上、泵组上、高压回流装置18上的电保温带以及覆盖在电保温带外部的保温层，电保温带通过温度控制系统进行控制，使增压撬在冬季能够维持正常的工作温度，从而保证了增压撬的正常工作。

本发明的偏心回转摆动混输泵组油气混输增压撬处理油气总量可根据现场实际排量通过计算后获得，一般情况下遵循：理论排量/实际排量＝1.2/1。因此，根据井口产量参数以及波动范围，选用合理额定值的混输泵组以及混输泵组数。在撬架设计位置分别固定安装相应数量的混输泵组、高压回流装置18、自动控制系统36机柜，使用管线将多组混输泵并联连接。

本发明装置的运行方法如下：

一种偏心回转摆动混输泵组油气混输增压撬的运行方法，包括以下几种情况：

情况1：通过进口流量变送器15、进口压力变送器17监控输入管线中的流量、压力均低于单组混输泵组的额定流量时，自动控制系统36根据进口流量变送器15、进口压力变送器17和出口压力变送器6的测量值，自动开启三组混输泵组中，第一组混输泵组对应的进口电动阀，并启动该组混输泵组，即流量较小时，仅需要开启一组混输泵组进行工作即可；

或按照指定的时间周期，间隔性地开启第一组、第二组混输泵组对应的进口电动阀，并启动这两组混输泵组；这是一种较为常用的方式，即两个混输泵组按照规定的时间，间隔开启运行；第三组混输泵组作为第一组、第二组检修时的备机，平时停止工作。

情况2：当输入管线中的流量、压力突然高于单组混输泵组的额定流量时，自动控制系统36根据进口流量变送器15、进口压力变送器17和出口压力变送器6的测量值，开启第三组混输泵组对应的进口电动阀并启动该组混输泵组；在输入管线中的流量、压力回落至低于单组混输泵组的额定流量时，自动控制系统36关闭第三组混输泵组对应的进口电动阀并关闭该混输泵组；

情况3：当输入管线中的流量、压力在设定的时间内持续高于单组混输泵组的额定流量时，自动控制系统36根据进口流量变送器15、进口压力变送器17和出口压力变送器6的测量值，同时开启第一组、第二组混输泵组对应的进口电动阀并启动这两组混输泵组，使这两组泵组同时运行；

情况4：当输入管线中的流量、压力突然高于两组混输泵组的累计额定流量时，则同时保持三组混输泵组对应的进口电动阀打开，并保持这三组混输泵组启动；当输入管线中的流量、压力回落至低于两组混输泵组的额定流量时，关闭第三组混输泵组对应的进口电动阀并关闭该混输泵组；

情况5：当输入管线中的流量、压力高于两组混输泵组的累计额定流量时，自动控制系统36根据进口流量变送器15、进口压力变送器17和出口压力变送器6的测量值，则同时保持三组混输泵组对应的进口电动阀打开，并保持这三组混输泵组启动；与此同时，自动控制系统36利用输入超限警示器进行声光报警，以提醒工作人员对井组产量进行人工调节，直至井组产量回落到该增压撬的设计流量额定值的范围内后，再开启泵组；

情况6：当通过出口压力变送器6监测到输出管线中压力值高于偏心回转摆动混输泵组油气混输增压撬的设计压力值时，自动控制系统36利用输出超限警示器进行声光报警，关闭进口高压保护电动阀5、出口高压保护电动阀4，关闭三组混输泵组以及其对应的进口电动阀，开启旁路电动阀3，直到人工检查并排除问题为止。