CN113107445B - 一种化学药剂水下存储与注入系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种化学药剂水下存储与注入系统及控制方法，该系统包括罐体、运输管、化学药剂注入接头、电磁阀、压力测定仪和控制器，将存储有化学药剂的罐体设置于水下，通过运输管和化学药剂注入接头可将化学药剂输送至钻井装置，并用电磁阀控制水下化学药剂的注入流速，通过压力测定仪检测化学药剂注入接头与钻井装置的对接处的液压，进而实现了化学药剂水下存储与注入。本发明公开的化学药剂水下存储与注入系统及控制方法，减少脐带缆内化学药剂管线的数量，节省了海洋工程平台面积，提高深远海油气田和边际油气田开发经济性。
Description
技术领域
本发明涉及海上油气田开发技术领域，具体涉及一种化学药剂水下存储与注入系统及控制方法。
背景技术
海上油气田开发中，为了防止水下生产系统水合物生成、腐蚀、结垢等，需要注入甲醇、乙二醇、水合物低剂量抑制剂、缓蚀剂、阻垢剂等化学药剂。目前常规方案为在海洋工程平台上设置化学药剂系统，通过脐带缆或海管输送到水下生产系统注入点。常规方案面临着以下问题：脐带缆的制造和安装成本随着水下生产系统回接距离的增加而迅速攀升，当回接距离过长时，随之增加的脐带缆成本会增高油气田开发成本。对于深远海油气田来说，脐带缆的巨大成本可能成为限制油气田开发的主要因素。
归根结底，这是由于现有的化学药剂系统设置海洋工程平台上而不能实现化学药剂水下就地存储与注入造成的，致使脐带缆内化学药剂管线数量大、占据了海洋工程平台，不仅压缩了海洋工程平台的存放空间，还降低了深远海油气田和边际油气田开发的经济性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种化学药剂水下存储与注入系统及控制方法，用以现有化学药剂不能水下存储与注入，脐带缆内化学药剂管线数量耗费大，占据海洋工程平台面积多等问题。
本发明提供一种化学药剂水下存储与注入系统，包括罐体、运输管、化学药剂注入接头、电磁阀、压力测定仪和控制器，所述罐体设置于水下；所述化学药剂注入接头用于与钻井装置的水下部分对接，所述压力测定仪用于设置于所述化学药剂注入接头与钻井装置的对接处，用于监控钻井装置内的液压；所述罐体与所述化学药剂注入接头通过所述运输管连通；所述电磁阀设置于所述运输管上；所述控制器设置于水上，所述电磁阀与所述压力测定仪均通过信号线与所述控制器连接。
优选地，所述罐体的上部设置有活塞，所述活塞上设置有药剂入口，所述罐体的底部设置有药剂出口，所述罐体的底面配置有底座。
优选地，还包括水下基础，所述底座设置于所述水下基础上。
优选地，所述运输管的两端分别通过第一水下接头与药剂出口对接和通过第二水下接头与化学药剂注入接头对接。
本发明公开了一种化学药剂水下存储与注入的控制方法，采用上述的化学药剂水下存储与注入系统，包括以下步骤：
步骤S1：通过实验获取电磁阀的阀门局部阻力系数ζ和阀门开度K的关系ζ＝f(K)；
步骤S2：控制器获取压力测定仪的液压值，并计算电磁阀的阀门局部阻力系数ζ；
步骤S3：控制器根据计算得到电磁阀的阀门开度K向电磁阀发送控制开启程度的指令；
步骤S4：电磁阀开启后，罐体存储的化学药剂通过运输管注入至化学药剂注入接头。
进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S21：计算电磁阀的阀门局部阻力系数，其计算表达式如下：
式中：ρ为海水密度；g为重力加速度；h为化学药剂注入接头处的水深；ΔP为活塞的海水侧与罐内侧的压力差；v为化学药剂注入流速；hf为化学药剂在管中流动过程的沿程阻力损失；hj为阀门局部阻力损失；P为压力测定仪检测的液压值；
其中，化学药剂在管中流动过程的程阻力损失hf的计算表达式为：
式中，λ为运输管的管道摩擦系数；L为注入运输管的长度；d为运输管的内径；
电磁阀的阀门局部阻力损失hj的计算表达式为：
式中，ζ为电磁阀的阀门局部阻力系数；
步骤S22：根据电磁阀的阀门局部阻力系数和阀门开度K的关系ζ＝f(K)计算电磁阀的阀门开度K。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明公开了一种化学药剂水下存储与注入系统及控制方法，该系统将存储有化学药剂的罐体设置于水下，通过运输管和化学药剂注入接头可将化学药剂输送至钻井装置，并用电磁阀控制水下化学药剂的注入流速，通过压力测定仪检测化学药剂注入接头与钻井装置的对接处的液压，进而实现了化学药剂水下存储与注入。本发明公开的化学药剂水下存储与注入系统及控制方法，减少脐带缆内化学药剂管线的数量，节省了海洋工程平台面积，提高深远海油气田和边际油气田开发经济性。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的化学药剂水下存储与注入系统的结构示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
实施例1提供一种化学药剂水下存储与注入系统，下面对其结构进行详细描述。
参考图1，该化学药剂水下存储与注入系统包括罐体1、运输管2、化学药剂注入接头3、电磁阀4、压力测定仪5、控制器6和水下基础8，与钻井装置7配合使用。
其中，罐体1设置于水下，化学药剂注入接头3与钻井装置7的水下部分对接，压力测定仪5设置于化学药剂注入接头3与钻井装置7的对接处，用于监控钻井装置7内的液压；罐体1与化学药剂注入接头3通过运输管2连通；电磁阀4设置于运输管2上。
控制器6设置于水上，电磁阀4与压力测定仪5均通过信号线与控制器6连接。
罐体1存储有化学药剂，罐体1的上部设置有活塞11，活塞11上设置有药剂入口10，罐体1的底部设置有药剂出口，罐体1的底面配置有底座12。底座12固定于水下基础8上。
具体地，运输管2的两端分别通过第一水下接头21与药剂出口对接和通过第二水下接头22与化学药剂注入接头3对接。运输管2用于连接罐体1和化学药剂注入接头3。
具体地，该压力测定仪5可采用给水管内水压测定仪。
具体地，该钻井装置7可以为钻井及其钻井过程中与钻井相关的海底管道、生产管线以及采油树等。
电磁阀4用于控制水下化学药剂的注入流速，为了防止海水冲蚀电磁阀4，电磁阀4固定在水下基础8上。水下基础8通过可拆卸方式固定罐体1，可实现罐体1的拆卸与替换。
在面向工程实际中，压力测定仪5可以集成于海洋油田开采时的水下控制模块中，也可以单独设置；控制器6可以全部或部分集成于中央控制系统中，也可以单独设置；当压力测定仪5集成于水下控制模块时，水下控制模块与中央控制系统通过信号线相连接。
实施例2
实施例2提供一种化学药剂水下存储与注入的控制方法，采用实施例1提供的化学药剂水下存储与注入系统，该控制方法包括以下步骤：
步骤S1：通过实验获取电磁阀4的阀门局部阻力系数ζ和阀门开度K的关系ζ＝f(K)；
步骤S2：控制器6获取压力测定仪5的液压值，并计算电磁阀4的阀门局部阻力系数ζ，具体包括以下步骤：
步骤S21：根据能量平衡推动出的表达式计算电磁阀4的阀门局部阻力系数ζ，其计算表达式如下：
式中：ρ为海水密度；g为重力加速度；h为化学药剂注入接头3处的水深；ΔP为活塞11的海水侧与罐内侧的压力差；v为化学药剂注入流速；hf为化学药剂在管中流动过程的沿程阻力损失；hj为阀门局部阻力损失；P为压力测定仪5检测的液压值；
其中，化学药剂在管中流动过程的程阻力损失hf的计算表达式为：
式中，λ为运输管2的管道摩擦系数；L为注入运输管2的长度；d为运输管2的内径；
电磁阀4的阀门局部阻力损失hj的计算表达式为：
式中，ζ为电磁阀4的阀门局部阻力系数；
步骤S22：根据电磁阀4的阀门局部阻力系数和阀门开度K的关系ζ＝f(K)计算电磁阀4的阀门开度K。
步骤S3：控制器6根据计算得到电磁阀4的阀门开度K向电磁阀4发送控制开启程度的指令；
步骤S4：电磁阀4开启后，罐体1存储的化学药剂通过运输管2注入至化学药剂注入接头3。
在步骤S4中，化学药剂注入动力来源于水下压力和化学药剂注入接头3压力之间的压力差，无需化学药剂注入泵。即表明，该化学药剂水下存储与注入系统依靠海水环境与化学药剂注入接头3之间的压差实现化学药剂的注入，并通过电磁阀4实现化学药剂注入流速的控制。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (5)
1.一种化学药剂水下存储与注入的控制方法，采用化学药剂水下存储与注入系统，所述化学药剂水下存储与注入系统包括：罐体(1)、运输管(2)、化学药剂注入接头(3)、电磁阀(4)、压力测定仪(5)和控制器(6)，所述罐体(1)设置于水下；所述化学药剂注入接头(3)用于与钻井装置(7)的水下部分对接，所述压力测定仪(5)用于设置于所述化学药剂注入接头(3)与钻井装置(7)的对接处，用于监控钻井装置(7)内的液压；所述罐体(1)与所述化学药剂注入接头(3)通过所述运输管(2)连通；所述电磁阀(4)设置于所述运输管(2)上；所述控制器(6)设置于水上，所述电磁阀(4)与所述压力测定仪(5)均通过信号线与所述控制器(6)连接，
其特征在于，该控制方法包括以下步骤：
步骤S1：通过实验获取电磁阀(4)的阀门局部阻力系数ζ和阀门开度K的关系ζ＝f(K)；
步骤S2：控制器(6)获取压力测定仪(5)的液压值，并计算电磁阀(4)的阀门局部阻力系数ζ；
步骤S3：控制器(6)根据计算得到电磁阀(4)的阀门开度K向电磁阀(4)发送控制开启程度的指令；
步骤S4：电磁阀(4)开启后，罐体(1)存储的化学药剂通过运输管(2)注入至化学药剂注入接头(3)。
2.如权利要求1所述的化学药剂水下存储与注入的控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S21：计算电磁阀(4)的阀门局部阻力系数，其计算表达式如下：
式中：ρ为海水密度；g为重力加速度；h为化学药剂注入接头(3)处的水深；ΔP为活塞(11)的海水侧与罐内侧的压力差；v为化学药剂注入流速；hf为化学药剂在管中流动过程的沿程阻力损失；hj为阀门局部阻力损失；P为压力测定仪(5)检测的液压值；
其中，化学药剂在管中流动过程的程阻力损失hf的计算表达式为：
式中，λ为运输管(2)的管道摩擦系数；L为注入运输管(2)的长度；d为运输管(2)的内径；
电磁阀(4)的阀门局部阻力损失hj的计算表达式为：
式中，ζ为电磁阀(4)的阀门局部阻力系数；
步骤S22：根据电磁阀(4)的阀门局部阻力系数和阀门开度K的关系ζ＝f(K)计算电磁阀(4)的阀门开度K。
3.如权利要求1所述的化学药剂水下存储与注入的控制方法，其特征在于，
所述罐体(1)的上部设置有活塞(11)，所述活塞(11)上设置有药剂入口(10)，所述罐体(1)的底部设置有药剂出口，所述罐体(1)的底面配置有底座(12)。
4.如权利要求3所述的化学药剂水下存储与注入的控制方法，其特征在于，还包括水下基础(8)，所述底座(12)设置于所述水下基础(8)上。
5.如权利要求3所述的化学药剂水下存储与注入的控制方法，其特征在于，
所述运输管(2)的两端分别通过第一水下接头(21)与药剂出口对接和通过第二水下接头(22)与化学药剂注入接头(3)对接。
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