无缆式采油井分层配产装置及方法与流程

本发明属于石油天然气探测领域，具体涉及一种采油井分层配产装置及方法。

背景技术：

目前石油天然气领域常用的配产方法主要有以下几种：

1、多参数产液剖面测试技术：从油套环空下入产液剖面测试仪器进行测试，获取产液信息，然后作业实施分层配产。其缺点是：进行配产时仍需管柱作业。

2、井下电子开关技术：该方案是利用封隔器将各个油层分隔开，在每一层段的管柱上带有一个电子开关。电子开关根据设置的时间序列或通过地面压力脉冲控制开关状态，结合地面检测流量和含水率变化，找到高含水层，通过地面压力脉冲方式实现分层配产。其缺点是：产液测试需要地面配合测量，且地面压力脉冲方式受井况、地层压力变化和温度的影响较大，施工成功率受到限制。

3、电缆式分层配产技术：该方案是利用过电缆封隔器将各个油层分隔开，在每一层段的管柱上带有配产工作筒，整套系统通过电缆连接到地面平台，进行产液测试与分层配产。该技术优点是可实时监测产液信息，可随时通过地面发送命令进行分层配产；缺点是井下电缆施工复杂，成本高，电缆损坏率高。

技术实现要素：

本发明提供了一种无缆式采油井分层配产装置及方法，不仅可以实时监测与存储井下各油层的各种参数，还可以通过非接触方式直读与回放各分层配产装置测得的数据，并根据测得数据调控油嘴开度实现分层配产。

本发明的技术解决方案是：

该无缆式采油井分层配产装置，包括地面控制器和井下配产管柱，所述井下配产管柱上设置有通信短节、丢手接头和多组分层配产单元，各组配产单元之间以及丢手接头与第一组分层配产单元之间设置有封隔器；所述通信短节通过电缆与地面控制器相连实现双向通信，并经丢手接头内部通道下放到分层配产单元处通过无线方式与各组分层配产单元进行命令、数据的双向通信；

所述通信短节包括控制芯片、磁定位电路、无线通信模块和电源调理电路，所述磁定位电路用于确定各分层配产单元的准确位置，并通过磁信号唤醒分层配产单元，使分层配产单元从休眠状态进人正常工作状态；

每组分层配产单元均包括供电电池组件、控制芯片、无线通信模块、唤醒电路以及与控制芯片连接的各种执行单元，并预先设定油嘴开关时间序列和采样间隔，或者通过通信短节在测控工作时传输地面控制信号设置油嘴开关时间序列和采样间隔。

基于以上方案，本发明还进一步作了如下具体优化和针对性的设计：

每组分层配产单元的所述各种执行单元，包括油嘴、用于调节油嘴开度的电机、流量传感器、管内压力传感器、管外压力传感器、温度传感器和含水传感器，均由所述供电电池组件供电。

每组分层配产单元还包括存储芯片，用于将采集的数据进行实时存储。

地面控制器的电源通过所述电源调理电路为通信短节供电。

封隔器采用液压坐封方式进行坐封，封隔各产液层，中间有过液通道；丢手接头采用液压丢手方式。

采用上述无缆式采油井分层配产装置的配产方法，包括以下步骤：

(1)作业施工

油管将丢手接头、封隔器、各分层配产单元依次连接，下放到待测试段，在油管内注压完成封隔器坐封与管柱丢手，完成丢手管柱作业后下生产管柱、采油泵；

(2)产液测试

各分层配产单元按照设定时序打开油嘴，并按照预设采样间隔进行数据采集与实时存储，其它时间进入休眠模式；

(3)分层配产

地面控制器通过电缆连接通信短节，通信短节从油套环空经丢手接头内部通道下放到分层配产单元处，唤醒分层配产单元，通过无线模块进行数据通信；通信短节把测得的数据传输到地面控制器，当确定高含水层与低产层时，地面控制器下发开度调节命令，通信短节与分层配产单元以无线通信方式实现命令传输，各分层配产单元接收到命令后进行油嘴开关动作，实现分层配产。

本发明具有以下优点：

1)各个产液层安装分层配产单元，配合封隔器可实现各个层产液的测量，避免了层间干扰。

2)采用非接触式通信方式，减少了因电缆故障造成的各种井下配产单元工作异常，并且通过该方式实现了地面指令与井下仪数据的双向传输。

3)实现了智能分层配产采油，找到主产层和高含水层时，可以根据地面命令对分层油嘴进行开度调节，提高采油效率。

4)只需一次管柱施工，就可以完成产液测试与分层配产，节约大量人力物力。

附图说明

图1为无缆式采油井分层配产装置的系统框图。

图2为无缆式采油井分层配产装置的连接示意图。

附图标号说明：

1-地面控制器；2-泵；3-电缆；4-通信短节；5-丢手接头；6-封隔器；7-分层配产单元；8-球阀；9-油层。

具体实施方式

如图1和图2所示，该无缆式采油分层配产装置包括地面控制器1、电缆3、通信短节4、与油管柱连通的分层配产单元7、封隔器6、丢手接头5。封隔器采用液压坐封方式进行坐封，封隔各产液层，中间有过液通道。丢手接头采用液压丢手方式。

地面控制器主要包括电源和地面控制单元。电源给地面控制单元和通信短节供电。地面控制单元包括控制芯片、硬件编码/解码电路，控制芯片连接输入模块和显示模块。控制芯片与硬件编码/解码电路相连，其中硬件编码电路把地面信号编码后通过电缆发送给通信短节，硬件解码电路把通信短节通过电缆上传的信号解码后输入到控制芯片。

通信短节包括电源调理电路、控制芯片、硬件编码/解码电路、磁定位电路、无线通信模块。电源调理电路为通信短节各电路提供供电。控制芯片与硬件编/解码电路、磁定位电路、无线通信模块相连。通信短节通过电缆与地面控制器相连，通过各自的硬件编/解码电路与地面控制器实现双向通信。通信短节通过其无线通信模块与分层配产单元进行命令、数据传输。磁定位电路用于确定分层配产单元的准确位置，同时通过磁信号唤醒分层配产单元，使分层配产单元从休眠状态进人正常工作状态。

多个分层配产单元与油管连接安装在各个产液层，层间用封隔器隔开。分层配产单元事先设置好油嘴开关时间序列与采样间隔(或者通过通信短节在测控工作时传输地面控制信号进行设置)。当施工完成后，分层配产单元按预设时间序列打开油嘴，根据采样间隔进行采样测试与数据存储，不工作时仪器进行休眠状态，降低功耗。当需要数据直读、回放、命令控制时，通信短节通过电缆连接地面控制器由油套环空下入井中，通信短节下放到分层配产单元处，以无线通信方式，进行双向通信完成指令发送、数据传输，实现产业测试与分层配产的目的，缩短了调配时间，降低了劳动强度和成本，实现了井下工具智能自动化。

分层配产单元具体包括控制芯片、电机、油嘴、含水传感器、流量传感器、温度传感器、管内压力传感器、管外压力传感器、供电电池组件、无线通信模块、唤醒电路和存储芯片。其中，含水传感器、流量传感器、温度传感器、管内压力传感器、管外压力传感器的输出端连接控制芯片，控制芯片控制电机来调节油嘴开度。存储芯片把采集的数据进行实时存储。供电电池组件主要分为电机电池组和控制板电池组，分别给电机和控制芯片供电，另外控制板电池组还通过电压转换给各传感器、唤醒电路等供电。

该无缆式分层配产装置的工作过程如下：

(1)作业施工

油管连接丢手接头、封隔器、分层配产单元，下放到待测试段。在油管内注压完成封隔器坐封与管柱丢手。完成丢手管柱作业后下生产管柱、采油泵。

(2)产液测试

完整施工作业后，分层配产单元按照设定时序打开油嘴。分层配产单元按照预设采样间隔进行数据采集与实时存储，其它时间进入休眠模式。

(3)分层配产

地面控制器通过电缆连接通信短节，从油套环空下放到井下配产单元处，唤醒井下配产单元，通过无线模块进行数据通信。通信短节把测得数据传输到地面控制器，当确定高含水层与低产层时，地面控制器下发开度调节命令，通信短节与分层配产单元以无线通信方式，实现命令传输，各分层配产单元接收到命令后进行油嘴开关动作，实现分层配产。