一种数字式分注智能控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于油气井注水【技术领域】，具体提供了一种数字式分注智能控制系统，包括油管和安装在油管上的数字式配水器，还包括地面控制器、试井车、电缆和井下控制器；所述地面控制器与试井车相接并设置在井外地面上，所述电缆的一端盘绕在试井车上，另一端与井下控制器连接，所述井下控制器活动置于油管内。该发明采用数字式配水器形成一种全新的注水调配模式，通过井下控制器和数字式配水器的无线对接方式，摆脱投捞仪器机械导向与侧向定位、堵塞器反复投放与打捞等作业工序，实现分层注水直读监测、智能配注和自动验封等功能，解决常规工艺在大斜度井、深井和采出水回注井精细化配水和测试调配的难题，提升精细分层注水工艺技术水平。
【专利说明】一种数字式分注智能控制系统
【技术领域】
[0001]本发明属于油气井注水【技术领域】，具体涉及一种数字式分注智能控制系统。
【背景技术】
[0002]数字式分注智能控制系统是一种全新的注水调配系统，能够真正实现精细化注水。随着油田开发的深入，需要对各小层流量定期进行测试，以便掌握注水井各层吸水状况以及各层系统压力变化规律，指导合理调配测试周期，提高注水有效性，达到精细注水的目标。
[0003]目前，国内油田主要采用分层注水方式开发，现有成熟的分层注水技术主要包括空心分注技术、同心集成分注技术、桥式偏心分注技术和常规偏心分注技术；而成熟的配套测调技术主要有钢丝作业测调技术和电缆作业测调技术。
[0004]其中，空心分注技术和同心集成分注技术是采用空心配水器或集成式配水器进行分层配水，采用钢丝作业携带流量计测试流量，通过更换安装在中心通道配水芯子上的水嘴进行流量调节；而在更换下层水嘴时要先捞出上层配水芯子，投捞工作量会随分注层数增加而急剧增加，不适用于分层过多的井，此两种分注技术只能进行合层压降测试。
[0005]桥式偏心分注技术和常规偏心分注技术都是在配水器侧向偏心孔内安装带有固定水嘴的堵塞器或可调式堵塞器实现注水，测试调配时需要采用钢丝或电缆作业。钢丝作业时需要反复投捞更换固定水嘴，工作量大，投捞仪器侧向定位对接成功率低，同时，水嘴大小具有非连续性，调配精度差；测调仪调节臂和可调水嘴对接侧向动力传递结构复杂，动力传递效率低，对接成功率低，并且可调水嘴结构复杂、调节精度差、易堵塞。
[0006]尤其近年来，大斜度井、深井和采出水回注井逐年增多，无论是采用钢丝还是电缆测调，均需要采用偏心作业，需要精细的机械式导向、定位、对接来实现投捞测试。同时，受井斜、井深、采出水水质复杂、配水器导向机构和测调仪器加工精度等因素的影响，在复杂井型上分注和测调难度更大，无法真正实现精细化注水。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服现有技术中分层注水存在的不足，本发明提供了一种数字式分注智能控制系统，采用数字式配水器形成一种全新的注水调配模式，通过井下控制器和数字式配水器的无线对接方式，摆脱投捞仪器机械导向与侧向定位、堵塞器反复投放与打捞等作业工序，实现分层注水直读监测、智能配注和自动验封等功能，解决常规工艺在大斜度井、深井和采出水回注井精细化配水和测试调配的难题，提升精细分层注水工艺技术水平。
[0008]本发明的技术方案如下:提供了一种数字式分注智能控制系统，包括油管和安装在油管上的数字式配水器，还包括地面控制器、试井车、电缆和井下控制器；所述电缆置于试井车上，所述电缆的一端与地面控制器的信号输入端连接，另一端与井下控制器的信号输出端连接，所述地面控制器的信号输出端与电脑相连，所述井下控制器活动置于油管内。
[0009]该系统还包括地面装置，所述地面装置包括防喷管和注水井口，注水井口安装在所述油管的最上端，防喷管安装在所述注水井口上。
[0010]该系统还包括井下装置，所述井下装置包括套管、套管保护封隔器、封隔器、预置工作筒、单流阀、筛管和丝堵，所述套管设置在油管的外周，套管保护封隔器、封隔器、预置工作筒、单流阀、筛管和丝堵从上到下依次与油管分节相接，并固定于套管内。
[0011]上述数字式配水器有多个，且与油管分节连接。
[0012]上述数字式配水器包括上接头、设置在上接头上的入水口、供电装置一、中心管、供电装置二、流量计、流量调节计、中央控制CPU、验封仪、压力测试仪、下接头以及设置在下接头上的出水口 ；所述中心管固定于上接头和下接头之间，流量计焊接在中心管中段外部，且流量计和中心管通过流量计过流通道连通，入水口连通中心管与流量计过流通道；所述供电装置一与供电装置二上端均插装在上接头下端，所述流量计上下两端均连接有导压管，导压管连接在流量计过流通道上；所述流量调节计、中央控制CPU、验封仪、压力测试仪环绕在中心管下段周围，其下端均插装在下接头的上端面上，所述流量调节计和压力测试仪分别与中央控制CPU电连接。
[0013]上述下接头的上端面上还设置有无线模块安装座、拆卸工艺孔和紧固螺钉，所述拆卸工艺孔和紧固螺钉相邻，所述无线模块安装座置于验封仪与紧固螺钉之间。
[0014]上述流量调节计与供电装置一电连接；所述流量计、中央控制CPU、验封仪、压力测试仪与供电装置二电连接。
[0015]上述井下控制器包括外筒、与外筒上端连接的护帽，以及与外筒下端连接的塑护管，所述外筒内由上至下依次设置有电缆头插座、磁钢护管、电路骨架、编码电路、通信电路和无线通信模块，所述无线通信模块的信号输出端与编码电路信号输入端电连接，所述编码电路信号输出端与通信电路信号输入端电连接，所述通信电路信号输出端与地面控制器电连接；所述电缆头插座与电缆连接；所述磁钢护管内设置有磁钢、线圈组件和垫片；所述电路骨架上设置有电源模块，所述电源模块与电缆头插座电连接，所述编码电路和通信电路并行连接在电路骨架和无线通信模块之间，所述编码电路、通信电路和无线通信模块均与电源模块电连接；所述无线通信模块下端连接有转接头。
[0016]上述地面控制器包括支架、箱体、控制面板、内部基板；所述控制面板安装在箱体前端，控制面板上设置有解码指示灯、输出按钮、电流按钮、电压按钮、增益按钮、极性转化钮、电缆匹配钮、显示屏、电源按钮、USB接口 ；所述内部基板通过螺钉固定在箱体的底座上，所述箱体后端设置有电缆插座、电源插座和电脑连接座。
[0017]本发明的有益效果:
(I)本发明采用数字式配水器形成一种全新的注水调配模式，通过井下控制器和数字式配水器的无线对接方式，摆脱投捞仪器机械导向与侧向定位、堵塞器反复投放与打捞等作业工序，解决了以往工艺反复投捞作业带来的测试调配成功率和效率低的问题。
[0018](2)本发明测试调配过程采用电缆携带井下控制器进行作业，测调结果在地面控制器和电脑数据采集处理系统同步显示，实现了分层注水直读监测和智能配注功能，提高了测调成功率及效率。
[0019](3)本发明可以长期监测分注井况，数字式配水器每隔一段时间进行一次数据采集，并将数据存储在中央控制CPU中，当井下控制器进入数字式配水器建立无线通讯后，数据将会通过电缆传递给地面控制器，通过电脑分析各项数据，对精细注水具有现实的知道意义。
[0020](4)本发明实现了自动验封功能，由于数字式配水器集成了流量调节系统和压力监测系统，只需要关闭分层注水水嘴短节就可以实现封隔器验封。
[0021]以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明数字式分注智能控制系统装配结构示意图。
[0023]图2是本发明数字式分注智能控制系统的数字式配水器结构示意图。
[0024]图3是图2中A-A处剖面示意图。
[0025]图4是图2中B-B处剖面示意图。
[0026]图5是本发明数字式分注智能控制系统的井下控制器结构示意图。
[0027]图6是本发明数字式分注智能控制系统的地面控制器结构示意图。
[0028]图7是图6中C-C处剖面示意图。
[0029]附图标记说明:1、电脑；2、地面控制器；3、试井车；4、电缆；5、防喷管；6、注水井口 ；7、套管；8、油管；9、套管保护封隔器；10、井下控制器；11、数字式配水器；12、封隔器；13、预置工作筒；14、单流阀；15、筛管；16、丝堵；17、上接头；18、入水口 ；19、供电装置一；20、中心管；21、供电装置二；22、导压管；23、流量计；24、流量计护套；25、流量调节计；26、中央控制CPU ;27、验封仪；28、压力测试仪；29、出水口；30、下接头；31、流量计过流通道；32、电池筒；33、无线模块安装座；34、拆卸工艺孔；35、紧固螺钉；36、水嘴短节；37、支架；38、箱体；39、护帽；40、电缆头插座；41、外筒；42、磁钢护管；43、垫片；44、磁钢；45、线圈组件；46、电路骨架；47、电源模块；48、编码电路49、通信电路；50、无线通信模块；51、转接头；52、塑护管；53、控制面板；54、解码指示灯；55、输出按钮；56、电流按钮；57、电压按钮；58、增益按钮；59、极性转化钮；60、电缆匹配钮；61、显示屏；62、电源按钮；63、USB接口；64、电缆插座；65、电源插座；66、电脑连接座；67、内部基板。
【具体实施方式】
[0030]实施例1:
为了克服现有技术中分层注水存在的不足，本实施例提供了一种如图1所示的数字式分注智能控制系统，包括油管8和安装在油管8上的数字式配水器11，还包括地面控制器
2、试井车3、电缆4和井下控制器10 ;所述电缆4置于试井车3上，所述电缆4的一端与地面控制器2的信号输入端连接，另一端与井下控制器10的信号输出端连接，所述地面控制器2的信号输出端与电脑I相连，所述井下控制器10活动置于油管8内，井下控制器10在电缆4的驱动下，在油管8和数字式配水器11内上下移动。
[0031]数字式配水器11具有独立的流量调节系统25，在中央控制CPU26的监测和控制下，可以根据配注量，每隔一段时间进行流量自动调配。当需要人工调整注水量时，井下控制器10移动到不同层级的数字式配水器11处时，发出调控信号，数字式配水器11的中央控制CPU26接收到信号后，通过调整流量调节系统25中的水嘴短节36的开度，改变流量大小。同时，井下控制器10可以通过无线通信方式读取中央控制器26存储的历史流量、压力和温度数据、以及每次流量调配过程和流量变化等数据通过电缆4回传到地面控制器2，显示在电脑I上，实现直读监测。
[0032]所述数字式配水器11有多个，且与油管8分节连接，数字式配水器11的数目以及彼此之间的间距可以根据实际分注井需要和地层结构特点确定。
[0033]实施例2:
在实施例1的基础上，该数字式分注智能控制系统还包括地面装置和井下装置，该地面装置包括防喷管5和注水井口 6，注水井口 6安装在所述油管8的最上端，防喷管5安装在所述注水井口 6上；井下装置包括套管7、套管保护封隔器9、封隔器12、预置工作筒13、单流阀14、筛管15和丝堵16，所述套管7设置在油管8的外周，套管保护封隔器9、封隔器12、预置工作筒13、单流阀14、筛管15和丝堵16从上到下依次与油管8分节相接，并固定于套管7内。其中，丝堵16用于防止待注水井内的粗颗粒杂质进入到油管8内；筛管15、单流阀14和预置工作筒13依次设置在油管8上，即油管8是由多根油管组成的，筛管15通过一根油管与丝堵16连接，单流阀14通过一根油管与筛管15连接，预置工作筒13通过一根油管与单流阀14连接，预置工作筒13通过一根油管与数字式配水器11相接。
[0034]实施例3:
在实施例1的基础上，如图2、图3、图4所示，所述数字式配水器11包括上接头17、设置在上接头17上的入水口 18、供电装置一 19、中心管20、供电装置二 21、流量计23、流量调节计25、中央控制CPU26、验封仪27、压力测试仪28、下接头30以及设置在下接头30上的出水口 29 ；
所述中心管20固定于上接头17和下接头30之间，流量计23焊接在中心管20中段外部，且流量计23和中心管20通过流量计过流通道31连通，入水口 18连通中心管20与流量计过流通道31 ;所述供电装置一 19与供电装置二 21上端均插装在上接头17下端，供电装置一 19与供电装置二 21内设电池筒32，电池筒32内配有多级电池；所述流量计23由流量计护套24环绕围护，并焊接在中心管20外部，所述流量计23上下两端均连接有导压管22，导压管22连接在流量计过流通道31上；所述流量调节计25、中央控制CPU26、验封仪27、压力测试仪28环绕在中心管20下段周围，其下端均插装在下接头30的上端面上，所述流量调节计25上设有水嘴短节36，出水口 29连通水嘴短节36与套管7和油管8组成的油套环空；所述流量调节计25和压力测试仪28分别与中央控制CPU26电连接。
[0035]所述下接头30的上端面上还设置有无线模块安装座33、拆卸工艺孔34和紧固螺钉35，所述拆卸工艺孔34和紧固螺钉35相邻，所述无线模块安装座33置于验封仪27与紧固螺钉35之间。无线模块安装座33用来装配通讯天线，紧固螺钉35用来紧固各个模块的插孔和插座，拆卸工艺孔34的设置为后期拆装检修提供方便。
[0036]所述流量调节计25与供电装置一 19电连接；所述流量计23、中央控制CPU26、验封仪27、压力测试仪28与供电装置二 21电连接。中央控制CPU26控制流量计23、验封仪27、压力测试仪28工作；水嘴短节36在流量调节计25发出指令后工作；所述验封仪27在压力测试仪28发出指令后工作。
[0037]具体地，数字式配水器11的工作原理如下:流体通过油管8流入数字式配水器11，一部分流体通过中心管20从下接头30流出进入下部油管，一部分流体通过入水口 18从中心管20流出，进入流量计23的流量计过流通道31，流量计23在中央控制CPU26的监测下，测试通过导压管22的流体流量，并将测量数据传输给中央控制CPU26以对比配注量，如果没有达到配注要求，中央控制CPU26发出指令，调节流量调节计25的水嘴短节36，以此控制流量大小，反复测试合格后，水嘴短节36停止调节，流体通过出水口 29流入套管7和油管8组成的油套环空，完成配注要求。需要验封时，压力测试仪28通过压力监测与中央控制CPU26进行数据分析，指令关闭水嘴短节36，使流量降低到零，验封仪27开始工作，验封完毕后，再进行流量调节过程。
[0038]如图5所示，井下控制器10包括外筒41、与外筒41上端连接的护帽39，以及与外筒41下端连接的塑护管52，所述外筒41内由上至下依次设置有电缆头插座40、磁钢护管42、电路骨架46、编码电路48、通信电路49和无线通信模块50，所述无线通信模块50的信号输出端与编码电路48信号输入端电连接，所述编码电路48信号输出端与通信电路49信号输入端电连接，所述通信电路49信号输出端与地面控制器2电连接；所述电缆头插座40与电缆4连接；所述磁钢护管42内设置有磁钢44、线圈组件45和垫片43 ;所述电路骨架46上设置有电源模块47，所述电源模块47与电缆头插座40电连接，所述编码电路48和通信电路49并行连接在电路骨架46和无线通信模块50之间，所述编码电路48、通信电路49和无线通信模块50均与电源模块47电连接；所述无线通信模块50下端连接有转接头51。
[0039]护帽39丝扣连接在外筒41的上端，用来保护内部电缆头插座40，当井下控制器10需要下井时，护帽39需要拆卸下来，将电缆4插接在电缆头插座40上。磁钢护管42套装在外筒41内壁，用以保护磁钢44，磁钢44在线圈组件45的环绕下，套装在电路骨架46上端；电源模块47螺钉紧固在电路骨架46架下部；编码电路48与通信电路49并行接在电路骨架46下端和无线通讯模块50的上端，两端有螺钉紧固。转接头51接装在无线通信模块50的下端，用来转化不同信号通信，塑护管52保护在转接头51外部，用来保护通信天线。
[0040]当井下控制器10下放到油管8内，磁钢44和线圈组件45利用磁通量检测油管8节箍位置进行磁定位；无线通信模块50的天线发射出信号，穿过塑护管52与数字式配水器11中无线模块安装座33所插天线的信号对接，数字式配水器11将井下接收的压力、温度、流量等信号通过无线通讯传输给无线通信模块50，无线通信模块50将信号传输给编码电路48，编码电路48将这些信号转化为地面控制器2能够接收并显示的数字信号，经编码电路48转化后的数字信号通过通信电路49传输给地面控制器2。
[0041]如图6、图7所示，所述地面控制器2包括支架37、箱体38、控制面板53、内部基板67 ;所述控制面板53安装在箱体38前端，控制面板53上设置有解码指示灯54、输出按钮55、电流按钮56、电压按钮57、增益按钮58、极性转化钮59、电缆匹配钮60、显示屏61、电源按钮62、USB接口 63 ;所述内部基板67通过螺钉固定在箱体38的底座上，所述箱体38后端设置有电缆插座64、电源插座65和电脑连接座66，所述控制面板53上的解码指示灯54、输出按钮55、电流按钮56、电压按钮57、增益按钮58、极性转化钮59、电缆匹配钮60、电源按钮62均与内部基板67上的电路电连接，所述电缆插座64与电缆4连接，所述电源插座65与外部电源连接，所述电脑连接座66与电脑I相连。
[0042]以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种数字式分注智能控制系统，包括油管(8)和安装在油管(8)上的数字式配水器(11)，其特征在于:还包括地面控制器(2)、试井车(3)、电缆(4)和井下控制器(10)； 所述电缆(4)置于试井车(3)上，所述电缆(4)的一端与地面控制器(2)的信号输入端连接，另一端与井下控制器(10)的信号输出端连接，所述地面控制器(2)的信号输出端与电脑(I)相连，所述井下控制器(10)活动置于油管(8)内。
2.如权利要求1所述的数字式分注智能控制系统，其特征在于:还包括地面装置，该地面装置包括防喷管(5)和注水井口(6)，注水井口(6)安装在所述油管(8)的最上端，防喷管(5)安装在所述注水井口(6)上。
3.如权利要求1所述的数字式分注智能控制系统，其特征在于:还包括井下装置，该井下装置包括套管(7)、套管保护封隔器(9)、封隔器(12)、预置工作筒(13)、单流阀(14)、筛管(15)和丝堵(16)，所述套管(7)设置在油管(8)的外周，套管保护封隔器(9)、封隔器(12)、预置工作筒(13)、单流阀(14)、筛管(15)和丝堵(16)从上到下依次与油管(8)分节相接，并固定于套管(7)内。
4.如权利要求1所述的数字式分注智能控制系统，其特征在于:所述数字式配水器(11)有多个，且与油管(8)分节连接。
5.如权利要求1所述的数字式分注智能控制系统，其特征在于:所述数字式配水器(11)包括上接头(17)、设置在上接头(17)上的入水口(18)、供电装置一(19)、中心管(20)、供电装置二(21)、流量计(23 )、流量调节计(25 )、中央控制CPU( 26 )、验封仪(27 )、压力测试仪(28)、下接头(30)以及设置在下接头(30)上的出水口(29)； 所述中心管(20)固定于上接头(17)和下接头(30)之间，流量计(23)焊接在中心管(20)中段外部，且流量计(23)和中心管(20)通过流量计过流通道(31)连通，入水口(18)连通中心管(20 )与流量计过流通道(31);所述供电装置一(19 )与供电装置二(21)上端均插装在上接头(17)下端，所述流量计(23)上下两端均连接有导压管(22)，导压管(22)连接在流量计过流通道(31)上；所述流量调节计(25)、中央控制CPU (26)、验封仪(27)、压力测试仪(28)环绕在中心管(20)下段周围，其下端均插装在下接头(30)的上端面上，所述流量调节计(25)和压力测试仪(28)分别与中央控制CPU (26)电连接。
6.如权利要求5所述的数字式分注智能控制系统，其特征在于:所述下接头(30)的上端面上还设置有无线模块安装座(33)、拆卸工艺孔(34)和紧固螺钉(35)，所述拆卸工艺孔(34)和紧固螺钉(35)相邻，所述无线模块安装座(33)置于验封仪(27)与紧固螺钉(35)之间。
7.如权利要求5所述的数字式分注智能控制系统，其特征在于:所述流量调节计(25)与供电装置一(19)电连接；所述流量计(23)、中央控制CPU (26)、验封仪(27)、压力测试仪(28)与供电装置二(21)电连接。
8.如权利要求1所述的数字式分注智能控制系统，其特征在于:所述井下控制器(10)包括外筒(41)、与外筒(41)上端连接的护帽(39)，以及与外筒(41)下端连接的塑护管(52)，所述外筒(41)内由上至下依次设置有电缆头插座(40)、磁钢护管(42)、电路骨架(46)、编码电路(48)、通信电路(49)和无线通信模块(50)，所述无线通信模块(50)的信号输出端与编码电路(48)信号输入端电连接，所述编码电路(48)信号输出端与通信电路(49)信号输入端电连接，所述通信电路(49)信号输出端与地面控制器(2)电连接； 所述电缆头插座(40)与电缆(4)连接；所述磁钢护管(42)内设置有磁钢(44)、线圈组件(45)和垫片(43);所述电路骨架(46)上设置有电源模块(47)，所述电源模块(47)与电缆头插座(40 )电连接，所述编码电路(48 )和通信电路(49 )并行连接在电路骨架(46 )和无线通信模块(50)之间；所述编码电路(48)、通信电路(49)和无线通信模块(50)均与电源模块(47)电连接，所述无线通信模块(50)下端连接有转接头(51)。
9.如权利要求1所述的数字式分注智能控制系统，其特征在于:所述地面控制器(2)包括支架(37)、箱体(38)、控制面板(53)、内部基板(67)； 所述控制面板(53)安装在箱体(38)前端，控制面板(53)上设置有解码指示灯(54)、输出按钮(55)、电流按钮(56)、电压按钮(57)、增益按钮(58)、极性转化钮(59)、电缆匹配钮(60)、显示屏(61)、电源按钮(62)、USB接口(63)； 所述内部基板(67)通过螺钉固定在箱体(38)的底座上，所述箱体(38)后端设置有电缆插座(64 )、电源插座(65 )和电脑连接座(66 )。
【文档编号】E21B47/10GK104500009SQ201410802623
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月22日 优先权日:2014年12月22日
【发明者】王子建, 巨亚锋, 罗必林, 于九政, 毕福伟, 申晓莉 申请人:中国石油天然气股份有限公司