专利名称：分层注水自动循环开关器及自动循环分层注水系统的制作方法
技术领域：
分层注水自动循环开关器及自动循环分层注水系统技术领域[0001]本实用新型属于油田开采井下工具技术领域，涉及一种油田井下分层自动循环 注水工艺的自动循环开关器及应用该自动循环开关器组成的自动循环分层注水系统。
背景技术：
[0002]我国东部油田的井下油层较多，情况较复杂，目前已进入注水开发后期，特别 是部分油井进入了特高含水的开发晚期，油井各油层的层间矛盾日益加剧，综合含水不 断升高，挖潜对象复杂，油田开采难度不断加大，使得采取常规的分注工艺进行动态调 整困难。[0003]原有技术是通过配水器水嘴控制各层注入量，定期钢丝投捞测试调配水量，其 在一定程度上解决了注水井层间干扰问题，缓解了层间矛盾，但其工艺繁琐、操作复 杂，而且存在着由于水质、结垢、井况井斜等原因造成的井下注水管柱的堵塞、无法投 捞调配等问题。[0004]2008年9月10号公开的申请号为200810064336.9的中国发明专利申请说明书公开了一种电磁线性调节井下注采流量装置，该装置是在井下管柱中偏置的配水器中依次 设有电磁信号接收器、驱动电机控制器及驱动电机，驱动电机的输出轴螺旋连接阀杆， 阀杆下端连接与阀座配合的阀球；在地面由绞车通过钢丝在管柱中悬垂一个电磁信号发 射器至配水器旁，地面控制系统通过电磁信号发射器发射控制信号，配水器中的电磁信 号接收器根据接收到的信号控制驱动电机开闭配水阀来调整注水的水量。这种电磁线性 调节井下注采流量装置需要地面工作人员通过电磁信号控制配水器的开闭，因而其注水 调配操作较为复杂，容易出现人为操作失误，造成分层注水量出现误差，注水效果差， 而且其控制成本较高，设备的整体维护较为困难。实用新型内容[0005]本实用新型的一个目的是提供一种可以自动控制配水阀开闭的分层注水自动 循环开关器。[0006]为实现上述目的，本实用新型的技术方案是一种分层注水自动循环开关器， 包括轴向开设有中心注水管道的开关主体，开关主体内偏置设有偏心配水阀，所述偏心 配水阀包括阀腔，在中心注水管道的管壁上开设有连通阀腔的进水孔，在开关主体的外 壁上开设有与阀腔连通的出水孔，所述的阀腔内设有阀芯，阀芯通过传动机构传动连接 在一驱动电机的输出轴上，还包括用于给驱动电机供电的蓄电池组及用于控制蓄电池组 按设定时序为驱动电机周期性供电的微处理器，微处理器的输入接口与蓄电池组连接， 微处理器的输出接口与驱动电机连接。[0007]在所述开关主体的上、下两端分别连接有上、下接头，在所述的上接头的内壁 与开关主体的外壁之间设有一封闭空间，所述的蓄电池组、微处理器及驱动电机均固定 安装在该封闭空间中。[0008]所述的驱动电机与阀芯之间采用螺杆、螺母传动机构传动连接。[0009]所述的阀芯为沿开关主体轴向与阀腔内壁密封滑动装配的空心筒状活塞，活塞 的上端面中心轴向开设有螺纹孔，在活塞的外壁上轴向开设有沟槽，在所述的阀腔的内 壁上固定有与该沟槽滑动配合的防转销，所述螺杆同轴固定在驱动电机的输出轴上。[0010]本实用新型的另一个目的是提供一种无需人工干预、能够实现自动控制分层 注水作业的自动循环分层注水系统。[0011]为实现该目的，本实用新型采取的技术方案是一种自动循环分层注水系统， 包括井下注水管柱，注水管柱中间隔设有两个以上的分层注水自动循环开关器，所述分 层注水自动循环开关器包括轴向开设有中心注水管道的开关主体，开关主体内偏置设有 偏心配水阀，所述偏心配水阀包括阀腔，在中心注水管道的管壁上开设有连通阀腔的进 水孔，在开关主体的外壁上开设有与阀腔连通的出水孔，所述的阀腔内设有阀芯，阀芯 通过传动机构传动连接在一驱动电机的输出轴上，还包括用于给驱动电机供电的蓄电池 组及用于控制蓄电池组按设定时序为驱动电机周期性供电的微处理器，微处理器的输入 接口与蓄电池组连接，微处理器的输出接口与驱动电机连接，各分层注水自动循环开关 器根据其安装的微处理器中设定的时序轮流开闭。[0012]所述的注水管柱上连接有地面流量控制系统，所述的地面流量控制系统由连接 在地面管线中的流量控制器和压力表组成，由地面人工转动调节单层注水水量。[0013]所述注水管柱中设置的分层注水自动循环开关器的数量不超过4个。[0014]在所述开关主体的上、下两端分别连接有上、下接头，在所述的上接头的内壁 与开关主体的外壁之间设有一封闭空间，所述的蓄电池组、微处理器及驱动电机均固定 安装在该封闭空间中。[0015]所述的驱动电机与阀芯之间采用螺杆、螺母传动机构传动连接。[0016]所述的阀芯为沿开关主体轴向与阀腔内壁密封滑动装配的空心筒状活塞，活塞 的上端面中心轴向开设有螺纹孔，在活塞的外壁上轴向开设有沟槽，在所述的阀腔的内 壁上固定有与该沟槽滑动配合的防转销，所述螺杆同轴固定在驱动电机的输出轴上。[0017]本实用新型采用上述技术方案，其将微处理器、蓄电池组及驱动电机集成安装 在配水开关上，通过预先在微处理器中设置好的时序自动控制配水阀定时开闭，从而实 现无人值守的自动分层注水，其结构简单，而且自动化程度高、操作简单，避免了现有 技术中人为因素的操作失误，分层注水量控制准确、工艺可靠。
[0018]图1为本实用新型中分层注水自动循环开关器具体实施例的结构示意图；[0019]图2为本实用新型中自动循环分层注水系统具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0020]如图1所示，本实用新型的分层注水自动循环开关器包括中心轴向开设有中心 注水管道的开关主体8，开关主体8的上、下两端分别通过螺纹连接有上接头1和下接头 9，在开关主体8内偏置设有偏心配水阀，该偏心配水阀包括轴向开设的阀腔11，在中心 注水管道的管壁上开设有与阀腔11连通的进水孔10，在开关主体8的外壁上开设有与阀腔11连通的出水孔12，进水孔10、出水孔12及阀腔11共同组成配水通道。在阀腔11 中密封滑动装配有用于开闭配水通道的阀芯7，阀芯7通过螺杆、螺母转动机构传动连接 在驱动电机4的输出轴上。在本实施例中，螺杆5与驱动电机4的输出轴同轴固连，阀 芯7采用空心筒状活塞结构，在该活塞的上端面开设有与螺杆5螺纹配合的螺纹孔，在活 塞的外壁上轴向开设有沟槽，在阀腔11的侧壁上固定有与活塞外壁对应沟槽滑动配合用 于防止其被螺杆5带动旋转的防转销6。在驱动电机4上连接有用于控制其按设定时序 周期性供电的微处理器3，微处理器3的输入端连接有蓄电池组2，微处理器3的输出端 连接在驱动电机4上。在开关主体8的外壁与上接头1的内壁之间密封设置有一封闭空 间，蓄电池组2、微处理器3和驱动电机4从上至下依次固定在该封闭空间中。[0021]本实施例中使用的微处理器3采用的是Microchip公司的PIC18F^20单片机，在 使用前，先在井上试验驱动电机4开始转动直至空心筒状活塞7打开或关闭配水通道所需 要的运转时间，然后在微处理器3的时钟电路中写入控制驱动电机4工作的开启时间、持 续开启周期、关闭时间、持续关闭周期及启闭配水通道时驱动电机的运转时间，使微处 理器在到达特定的时间周期时能够发出起动或停止指令。[0022]在分层注水自动循环开关器处于关闭状态时，当微处理器3中的时钟电路到达 设定的开启时间时，微处理器3将蓄电池组2和驱动电机4接通并发出正向旋转信号，驱 动电机4正向旋转，带动螺杆5正向旋转，在防转销6与对应沟槽配合的阻挡作用下，空 心筒状活塞7通过螺杆、螺母传动机构向上运动，驱动电机4正向旋转设定的运转时间 后，微处理器3发出停止信号，驱动电机4停止旋转，空心筒状活塞7外周面上设置的密 封圈离开阀腔11的密封配合处从而打开配水通道，自动循环开关器进入持续开启周期， 开始注水。当微处理器3的时钟电路到达关闭时间时，微处理器3发出反向旋转信号， 驱动电机4反向旋转，带动螺杆5反向旋转，在防转销6的阻挡作用下，空心筒状活塞7 向下运动，驱动电机4反向旋转设定的运转时间后，微处理器3发出停止信号，驱动电机 4停止旋转，空心筒状活塞7密封圈到达阀腔11的密封配合处关闭配水通道，自动循环开 关器进入持续关闭周期。当微处理器3工作时间再次达到开启时间时，微处理器3再次 发出旋转信号，控制驱动电机4站东打开配水通道，如此循环往复，实现本实用新型定 期开启-关闭-开启的循环状态。[0023]如图2所示，本实用新型的自动循环分层注水系统包括相连的地面流量控制系 统部分和井下注水管柱部分，在管柱的上部设有水力锚16，管柱的底部设有限流阀19、 筛管20及丝堵21，注水管柱的中部对应各油层相间设置有四个自动循环开关器17和三个 封隔器18，各自动循环开关器17上分别设置有微电脑控制机构和操动机构，各自动循环 开关器上17的微电脑控制机构分别设定有启闭时序，各自动循环开关器17通过设定的时 序自动轮换开启和关闭，对各油层22进行循环注水。注水管柱上连接的地面流量控制系 统由连接在地面管线13中的流量控制器12和压力表11组成，由地面人工转动调节单层 注水水量，地面管线13与井下注水管柱连通。[0024]将2 4个分层注水自动循环开关器17随注水管柱下井，对应不同注水层位， 交替设定开启时间、持续开启周期、关闭时间、持续关闭周期，可实现多个层段交替进 行分层自动循环注水，每次注水时只对应单层注入，通过地面管线控制水量、地面水表 计量水量，注水压力反映的是注入层的流压，便于及时掌握注入层状况。本实用新型的分层注水自动循环开关器中设有注水通道，能够下入外径不大于40mm的流量计测试井 下水量，检验开关打开情况，并能够进行同位素吸水剖面检测，满足生产需求。 本实用新型不局限于上述实施例，本领域的技术人员很容易就会想到其他结构 或形状的偏心配水阀，例如阀芯还可以采用可上下移动的球形或锥形结构，该球形或锥 形的阀芯通过阀杆固连在与螺杆配合的螺母上；或者驱动电机与阀芯还可以采用齿轮齿 条传动机构传动连接等等，都在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种分层注水自动循环开关器，包括轴向开设有中心注水管道的开关主体，开关 主体内偏置设有偏心配水阀，所述偏心配水阀包括阀腔，在中心注水管道的管壁上开设 有连通阀腔的进水孔，在开关主体的外壁上开设有与阀腔连通的出水孔，所述的阀腔内 设有阀芯，阀芯通过传动机构传动连接在一驱动电机的输出轴上，其特征在于，还包括 用于给驱动电机供电的蓄电池组及用于控制蓄电池组按设定时序为驱动电机周期性供电 的微处理器，微处理器的输入接口与蓄电池组连接，微处理器的输出接口与驱动电机连 接。
2.根据权利要求1所述的分层注水自动循环开关器，其特征在于，在所述开关主体的 上、下两端分别连接有上、下接头，在所述的上接头的内壁与开关主体的外壁之间设有 一封闭空间，所述的蓄电池组、微处理器及驱动电机均固定安装在该封闭空间中。
3.根据权利要求1所述的分层注水自动循环开关器，其特征在于，所述的驱动电机与 阀芯之间采用螺杆、螺母传动机构传动连接。
4.根据权利要求3所述的分层注水自动循环开关器，其特征在于，所述的阀芯为沿开 关主体轴向与阀腔内壁密封滑动装配的空心筒状活塞，活塞的上端面中心轴向开设有螺 纹孔，在活塞的外壁上轴向开设有沟槽，在所述的阀腔的内壁上固定有与该沟槽滑动配 合的防转销，所述螺杆同轴固定在驱动电机的输出轴上。
5.—种自动循环分层注水系统，包括井下注水管柱，注水管柱中间隔设有两个以上 的分层注水自动循环开关器，所述分层注水自动循环开关器包括轴向开设有中心注水管 道的开关主体，开关主体内偏置设有偏心配水阀，所述偏心配水阀包括阀腔，在中心注 水管道的管壁上开设有连通阀腔的进水孔，在开关主体的外壁上开设有与阀腔连通的出 水孔，所述的阀腔内设有阀芯，阀芯通过传动机构传动连接在一驱动电机的输出轴上， 其特征在于，还包括用于给驱动电机供电的蓄电池组及用于控制蓄电池组按设定时序为 驱动电机周期性供电的微处理器，微处理器的输入接口与蓄电池组连接，微处理器的输 出接口与驱动电机连接，各分层注水自动循环开关器根据其安装的微处理器中设定的时 序轮流开闭。
6.根据权利要求5所述的自动循环分层注水系统，其特征在于，所述的注水管柱上连 接有地面流量控制系统，所述的地面流量控制系统由连接在地面管线中的流量控制器和 压力表组成，由地面人工转动调节单层注水水量。
7.根据权利要求5所述的自动循环分层注水系统，其特征在于，所述注水管柱中设置 的分层注水自动循环开关器的数量不超过4个。
8.根据权利要求5所述的自动循环分层注水系统，其特征在于，在所述开关主体的 上、下两端分别连接有上、下接头，在所述的上接头的内壁与开关主体的外壁之间设有 一封闭空间，所述的蓄电池组、微处理器及驱动电机均固定安装在该封闭空间中。
9.根据权利要求5所述的自动循环分层注水系统，其特征在于，所述的驱动电机与阀 芯之间采用螺杆、螺母传动机构传动连接。
10.根据权利要求5所述的自动循环分层注水系统，其特征在于，所述的阀芯为沿开 关主体轴向与阀腔内壁密封滑动装配的空心筒状活塞，活塞的上端面中心轴向开设有螺 纹孔，在活塞的外壁上轴向开设有沟槽，在所述的阀腔的内壁上固定有与该沟槽滑动配 合的防转销，所述螺杆同轴固定在驱动电机的输出轴上。
专利摘要本实用新型公开了一种分层注水自动循环开关器及应用该自动循环开关器组成的自动循环分层注水系统，其连接在注水管柱中的自动循环开关器中集成安装微处理器、蓄电池组和驱动电机，通过微处理器中预先设定的时序控制驱动电机开闭偏心配水阀，各自动循环开关器根据设定的时序轮流开闭，从而实现自动控制周期性分层注水。本实用新型集成度高、自动化程度高、操作简单，实现了无人值守的自动分层注水，避免了现有技术中人为因素的操作失误，而且结构简单，分层注水量控制准确、工艺可靠。
文档编号E21B43/20GK201810291SQ20102053348
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者彭元东, 杨康敏, 王小勇, 马宏伟 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司河南油田分公司石油工程技术研究院