一种超长波和压力波编码控制的多功能井下智能执行器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种在石油勘探开发工作中，使用超长波信号传输和模拟压力波编码信号对井下的智能执行器进行多项操控作业的装置，其特点在于，与封隔器组合后，能够兼备注水井在线测调、油井一趟管柱测产、找堵水、油水井多层动态验封、油水井压力温度连续监测并能上传至地面接收设备的多功能于一体的井下智能执行器控制系统，本发明的核心是利用超长波穿透能力强，模拟压力波编码传输距离远的特点，解决了数据在井下恶劣环境的传播问题，本发明有井下智能执行器和地面控制接收器两部分构成，地面控制设备对井下工具的控制通信途径根据需要，分为电缆携带无线发射接收天线进入井下和超长波模拟信号发生器、接收器在井口控制两种。
【专利说明】一种超长波和压力波编码控制的多功能井下智能执行器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在石油勘探开发工作中，使用超长波信号传输和模拟压力波编码信号对井下的智能执行器进行多项操控作业的装置，其特点在于能够实现不动管柱进行:多层的注水在线测调、多层的分层采油、多层的产能测试、找堵水、多层的动态验封、多层的油层压力和温度记录，并上传到地面接收设备的一种多功能井下智能执行器控制系统。
【背景技术】
[0002]在石油开采过程中，为了提高原油产量，注水目前是重要的增产手段之一，在此过程中，为了实现科学注水，精细注水，需要对注水井各层根据地质设计进行注水量的调配。目前常用的方法是通过反复的投捞井下水咀，通过更换水咀的大小来达到设计配注要求。实施过程中因结垢，锈蚀，井斜等因素，造成投捞调配费工费时，成功率降低，作业费用较高。采油的过程中需要对各层段的产液能力、出水情况进行掌握，常规的方法是通过作业队反复下多趟管柱，对油井各层分别用桥塞封卡，然后测得各层的产量数据和含水数据来确定开采层位。如果是多层同时开采，需要用封隔器对各开采层进行封隔，常规验封需要在坐封作业完毕后下入压力计，对各层的静态压力进行测试后，分析封隔效果，无法实现动态验封。油田生产过程中，为了了解储层的情况，掌握相关数据，为下一步开采提供科学依据，需要经常对油水井进行生产测试，这些测试作业都需要关井停产后，再下入专用的测井仪器，对井下各层的压力、温度进行数天的测试，费工费时，同时也影响开井率。
【发明内容】
[0003]为了解决油田作业中，注水井反复投捞调配、油井找堵水多趟管柱封卡作业、多层开采中封隔器工作状况盲目、了解井下温度压力数据需要再次进行测井操作的这些问题和不足。本发明提供一种超长波和模拟压力波编码控制的多功能井下智能执行器控制系统，与封隔器组合后，能够兼备注水井在线测调、油井一趟管柱测产、找堵水、油水井多层动态验封、油水井压力温度连续监测并能上传至地面接收设备的多功能于一体的井下智能执行器控制系统，并可以作为生产管柱在井下长期使用。
[0004]技术方案
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:本发明的核心是利用超长波穿透能力强，模拟压力波编码传输距离远的特点，解决了数据在井下恶劣环境的传播问题。本发明有井下智能执行器和地面控制接收器两部分构成。井下智能执行器有外筒、中心管、内检测装置、外检测装置、电池组、含电子芯片的数据采集分析处理电路板及软件、信号接收与发送装置、执行电机和包括死堵(咀径为Omm)等各种常用咀径的水咀套件组成，这些组件分别密封并集合在一个腔体里，水咀套件有内外连通的控制通道，调整不同的咀径则控制了通道的流量大小，不同的咀径有不同的控制编码。发射接收系统由于功耗较大，平时处于休眠状态，系统收到唤醒指令后，启动发射接收系统。地面控制接收器有主机(包含有箱体、电源、电路板、软件)、和用于取数据及在线注水调配的电缆、靠电缆携带的发射接收器、超长波模拟压力信号发生器、接收器五个部分组成。地面控制设备对井下工具的控制通信途径根据需要，分为电缆携带无线发射接收天线进入井下和超长波模拟信号发生器、接收器在井口控制两种。用于油井的测产、找堵水、动态验封这三项作业，使用地面控制接收器控制的超长波模拟信号发生器，通过高压管线，向井下传送由软件控制的相应的压力波形数据编码，井下各层的智能执行器在下入井下前，各自均有已设定属于自己的身份编码和信号指令编码。内检测装置收到信号后，进行分析，如果属于发给自己命令，可命令执行机构执行所需要的打开或者关闭或者水咀调整大小的动作。外检测装置则检测自己层位的压力与温度，输入电路板存储，作为分析的依据。并可根据接收到的指令，执行将数据反馈至地面接收设备的相应程序。注水在线测调和井下数据上传，因这两项作业数据传输量较大，则需要通过电缆携带的超长波发射接收器，下入与井下智能执行器接近的位置，进行无线识别对接与数据交换、传输，执行数据上传至地面接收存储设备和调整水咀大小等指定动作，实现省时、省力、降低作业费用、提高作业效率的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]
图1是井下智能执行器的结构示意图
图2是实现分层采油中的找堵水和测产及动态验封功能的全井说明示意图图3是靠电缆传输取数据的全井示意图图4是注水在线测调的工作全井示意图
图中1.电池组，2.电路板，3.内检测装置，4.外检测装置，5.信号发射接收装置，
6.执行电机，7.水咀套件，8.中心管，9.外筒，10.上接头，11.下接头，12.高压管线，
13.地面控制接收主机，14.与模拟信号发生器配合使用的排液槽，15.信号接收器，16.地面模拟超长波压力信号发生器，17.测井电缆，18.井下发射接收天线，19.第一层封隔器，20.位于第一层的智能执行器，21.第二层封隔器，22.位于第二层的智能执行器，23第三层封隔器.，24.位于第三层的智能执行器，25.外筒壁上的出孔，26.堵头，27.井口防喷管。
【具体实施方式】
[0006]下面结合附图和实施例对发明进一步说明，图1中是井下智能执行器的结构示意图，图1中的电池组(I)和电路板(2)内检测装置(3)信号发射接收装置(5)执行电机
(6)都分别安装在独立的空间内，中间用电缆相连，外检测装置(4)安装在外筒的壁上，有电缆与电路板(2)相连，水咀套件(7)与执行电机(6)采用轴向连接，水咀套件(7)系内中心管(8)与外筒(9)壁上的出孔(25)连通的控制机构，电池组(I)负责提供井下智能执行器的所有电能供应，为保证工作可靠，电池组(I)使用耐温83摄氏度至150摄氏度，容量为24000mah以上的高温电池组，内检测装置(3)功能为收集油管内的温度压力数据并输送给电路板(2)储存分析，外检测装置(4)的功能是收集油层的温度和压力，并输入电路板(2)储存分析，超长波无线发射接收装置(5)平时处于休眠状态，基本不耗电，使用时，按设计要求设定相应的层位和数据，将上接头(10)和下接头(11)用设计长度的油管和其它有关的工具串连下到井下指定位置后，当测井电缆(17)携带的无线发射接收器(18)下到智能执行器(20) (22)(24)附近时，发射超长波唤醒信号，各执行器收到唤醒信号后开始启动发射系统工作，传输数据完毕后，信号发射接收装置(5)再度进入休眠状态，当内检测装置(3)或无线信号发射接收装置(5)收到执行信号的命令时，电路板(2)上的处理器对收到的信号进行分析比对，根据下井前的设定，控制执行电机(6)或无线发射接收装置，执行正确的相应指令，水咀套件(7)的控制是靠执行电机(6)的轴向连接控制的，从关闭状态到直径为15_之间，以轴向连接杆的伸长和缩短来实现水咀的大小变化调节。图2是实现分层采油中的找堵水和测产及动态验封功能的全井说明示意图，在现实生产作业过程中，多层作业下完管柱，坐封封隔器之后，按要求都应该验封，实际一般要求不是太严的时候，只在套管口打压，验封第一层的封隔器(19)坐封情况就结束了，对于第二层封隔器(21)和第三层的封隔器(23)的坐封情况，基本就是糊涂帐，只有在要求极严格的措施的情况下，才下专用的验封压力计，进行投捞，根据验封压力计取得的静态数据做个分析，本发明在生产过程中，是在下井前，根据本次作业的目的，设置相应程序后，将堵头(26 )和位于第三层的智能执行器(24)、第三层封隔器(23)、位于第二层的智能执行器(22)、第二层封隔器(21)、位于第一层的智能执行器(20)、第一层封隔器(19)中间按设计长度用油管串连下到井下设计深度，下井前，各智能执行器均处于关闭状态，各层封隔器在坐封作业完毕后，先套管打压，对第一层封隔器(19)进行验封，然后从油管打压，位于地面的控制主机(13)向连接在高压管线
(12)上的模拟超长波压力信号发生器(16)发出验封执行编码，该编码是一组类似正弦波的高低不平长短不一的模拟信号编码，井下的3组智能执行器收到信号后，位于第二层的智能执行器(22)水咀套件开度调整到5mm，向油层注入压力，位于第一层的智能执行器(20)和位于第三层的智能执行器(24)，它们的外检测装置连续快速记录各自油层的压力变化，此过程程序设为8分钟，然后第二层智能执行器(22)水咀套件开度恢复为关闭，位于第一层的智能执行器(20)和位于第三层的智能执行器(24)根据外检测装置采集的压力信号进行分析，若压力均无变化，则为三层封隔器均坐封良好，位于第一层的智能执行器(20)和位于第三层的智能执行器(24)各自根据设定向地面报码，报码是井下智能执行器向地面反馈简短数据的方法，是电路板(2)控制执行电机(6)推动水咀套件开度，由Omm-1mm-Omm-1mm反复多次造成的压力变化信号，编码信号由时间间隔和变化次数进行区分，类似莫尔斯电码，连接在地面高压管线(12)上的信号接收器(15)将采集到的智能执行器报码输入地面控制主机(13)进行分析，主机显示屏根据分析，报告井下封隔器的坐封状况或其它简短数据。验封合格后，进入生产阶段，测产和找堵水可以同时进行，地面已预先设定三个层的智能执行器各自抽3天，地面记录实时产量和含水数据，则第二层智能执行器(22)和第三层智能执行器(24)关闭，第一层智能执行器(20)在水咀套件在3mm，5mm, 15mm分别抽一天，每24小时自动调整水咀套件(7)开度，第4天关闭，第4天，第二层智能执行器(22)开始重复第一层智能执行器的动作，第7天，第三层智能执行器(24)重复第二层智能执行器的动作，第十天，进行取井下各层数据的工作，图3是靠电缆传输取数据的全井示意图，将地面控制主机(13)与携带好发射接收器(18)的测井电缆(17)连接好后，将发射接收器(20)和测井电缆(17)下到井下智能执行器附近的位置，执行唤醒操作，三个层的智能执行器(20) (22)
(24)的信号发射接收装置(5)通过无线发射接收器(18)和测井电缆(17)与地面的控制接收主机(13)连接后，主机发射数据传输指令，井下的三个智能执行器(20) (22) (24)分别将储存的外检测装置(4)采集到温度压力数据上传到地面控制主机(13)，地面控制主机
(13)收全数据后，发送休眠指令。通过将收集的井下数据和地面产量及含水数据进行比对分析，确定开采层位后，发送任意层的执行器动作编码即可执行需要的开采措施。图4是注水在线测调的示意图，将地面主机(13)和测井电缆(17)与发射接收器连好，从井口的防喷管(27)穿过下到井下智能执行器(20) (22) (24)接近的位置，发送唤醒指令，唤醒后，给第三层智能执行器(24)第二层智能执行器(22)发送水咀套件开度为零的指令，根据地质要求将第一层的智能执行器(20)的水咀套件(7)开度调为3_，同时观察注水流量，注水流量稳定后若低于配注要求水咀套件(7)则到4mm，直到符合配注要求，保持最后的水咀开度即可使其休眠，进入第二层智能执行器(22)的调配，依次进行第一层智能执行器(20)的调配，达到方便，简便的在线注水调配，实现了能够不动管柱进行:多层的注水在线测调、多层的分层采油、多层的产能测试、找堵水、多层的动态验封、多层的油层压力和温度记录，并上传到地面接收设备的发明目的。
[0007] 有益效果
本发明的有益效果是:本发明功能较为全面，能够广泛应用在油田生产作业中，简化了作业程序，减轻工人的劳动强度，加快作业的进度。提高了作业效率，同时本发明操作直观，使用简便安全，节约了大量的作业费用。
【权利要求】
1.一种用于石油勘探开发工作中，其所述的特征在于，使用超长波信号传输和模拟压力波编码信号对井下的智能执行器进行多项操控作业的装置，其特点在于能够实现不动管柱进行:多层的注水在线测调、多层的分层采油、多层的产能测试、找堵水、多层的动态验封、多层的油层压力和温度记录，并上传到地面接收设备的一种多功能井下智能执行器控制系统，本发明的核心是利用超长波穿透能力强，模拟压力波编码传输距离远的特点，解决了数据在井下恶劣环境的传播问题。
2.如权利要求1所述的超长波和压力波编码控制的多功能井下智能执行器，其所述的特征在于，本发明有井下智能执行器和地面控制接收器两部分构成。
3.如权利要求1或2所述的超长波和压力波编码控制的多功能井下智能执行器，有外筒、中心管、内检测装置、外检测装置、电池组、含电子芯片的数据采集分析处理电路板及软件、信号接收与发送装置、执行电机和包括死堵(咀径为Omm)等各种常用咀径的水咀套件组成，这些组件分别密封并集合在一个腔体里，水咀套件有内外连通的控制通道，调整不同的咀径则控制了通道的流量大小，不同的咀径有不同的控制编码，发射接收系统由于功耗较大，平时处于休眠状态，系统收到唤醒指令后，启动发射接收系统，地面控制接收器有主机(包含有箱体、电源、电路板、软件)、和用于取数据及在线注水调配的电缆、靠电缆携带的发射接收器、超长波模拟压力信号发生器、接收器五个部分组成。
4.如权利要求1或2所述的超长波和压力波编码控制的多功能井下智能执行器，其所述的特征在于，井下各层的智能执行器在下入井下前，各自均有已设定属于自己的身份编码和信号指令编码，内检测装置收到信号后，进行分析，如果属于发给自己命令，可命令执行机构执行所需要的打开或者关闭或者水咀调整大小的动作，外检测装置则检测自己层位的压力与温度，输入电路板存储，作为分析的依据，并可根据接收到的指令，执行将数据反馈至地面接收设备的相应程序。
5.如权利要求1或2所述的超长波和压力波编码控制的多功能井下智能执行器，其所述的特征在于，注水在线测调和井下数据上传，因这两项作业数据传输量较大，则需要通过电缆携带的超长波发射接收器，下入与井下智能执行器接近的位置，进行无线识别对接与数据交换、传输，执行数据上传至地面接收存储设备和调整水咀大小等指定动作。
6.如权利要求1或2所述的超长波和压力波编码控制的多功能井下智能执行器，其所述的特征在于，报码是井下智能执行器向地面反馈简短数据的方法，是电路板(2)控制执行电机(6)推动水咀套件开度，由Omm-1mm-Omm-1mm反复多次造成的压力变化信号,编码信号由时间间隔和变化次数进行区分，类似莫尔斯电码，连接在地面高压管线(12)上的信号接收器(15)将采集到的智能执行器报码输入地面控制主机(13)进行分析，主机显示屏根据分析，报告井下封隔器的坐封状况或其它简短数据。
7.如权利要求1或2所述的超长波和压力波编码控制的多功能井下智能执行器，其所述的特征在于，水咀套件(7)的控制是靠执行电机(6)的轴向连接控制的，从关闭状态到直径为15_之间，以轴向连接杆的伸长和缩短来实现水咀的大小变化调节。
【文档编号】E21B43/20GK103510945SQ201210212706
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月26日 优先权日:2012年6月26日
【发明者】肖祖兵, 王亮, 肖蔚然, 李利军, 周伟华 申请人:肖祖兵