一种利用流量波调控分层注水的装置的制作方法

本实用新型属于油田开发技术领域，具体涉及一种利用流量波调控分层配水的装置。

背景技术：

油田投入开发后，随着开采时间的增长，油层压力不断下降，地下原油大量脱气，粘度增加，油井产量大大减小，甚至会停喷停产，造成地下残留大量死油无法开采。为了弥补原油开采出后所造成的地下亏空，保持和提高油层压力，实现油田高产稳产，并获得较高的采收率，必须对油层进行注水，利用注水井把水注入油层，补充和保持油层压力，达到驱油的目的。

注水井中需要下入注水管柱，该管柱由注水管、封隔器和配水器组成，各油层之间由封隔器隔开，配水器装在封隔器之间的注水管上，配水器上装有注水开关和水嘴。

当前分层注水的配水器主要采用无缆式智能配水器，其地面装置与井下装置采用的通信方式主要有：下放通信短节通信或压力波通信，下放通信短节通信方式因其后期的维护成本较大，已逐渐被压力波通信代替。

压力波通信是在地面用压力波调控井下各层段配水器过水面积，从而实现分层配水。

压力波通信存在的缺点是：

1)该通信方式为了使压力波易于井下装置监测，地面装置产生低压时需要采用泄压阀方式，打开泄压阀降压过程会有液体排出对环境造成污染，高压泄压也不安全。如果地面装置不装泄压阀，全靠井下装置泄压，则压力波响应速度慢，通信效率和成功率低。

2)对于渗透性低、吸水性不好的井况，井下装置打开或关闭注水开关，地面注水管线压力变化不明显，地面装置无法监测到压力的变化、无法解析井下返回的压力波，会导致井下向地面方向通信失败。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提出一种利用流量波调控分层注水的装置，该装置的地面装置发出流量波信号，井下设备解析流量波信号，控制井下的注水开关的开度，实现分层配水的目的，该装置无需安装泄压阀，既节省成本，又利于环境保护。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种利用流量波调控分层注水的装置，其特殊之处在于，包括地面装置和井下装置；地面装置向井下装置传输流量波信号，井下装置通过监测流量波信号、解析流量波信号来控制注水量；

所述地面装置包括第一编码器、第一电路系统和地面注水开关；第一电路系统包括接收器、译码器和控制电路，所述第一编码器对发往井下装置的命令进行编码，第一电路系统根据编码控制地面注水开关形成流量波信号；

所述井下装置包括井下注水开关、井下电路系统、供电系统和电机；井下电路系统包括接收器、译码器和控制电路。所述井下电路系统监测并解析地面装置发来的流量波信号，然后通过电机控制井下注水开关的开度，供电系统为井下装置提供电源。

进一步地，上述井下装置还包括第二编码器、第二电路系统、流量监测单元、管内压力监测单元和地层压力监测单元；第二编码器将流量监测单元、管内压力监测单元和地层压力监测单元监测的数据进行编码，第二电路系统根据编码控制井下注水开关向地面装置发送流量波信号；所述第一电路系统还可收集并解析井下装置发来的流量波信号。

进一步地，上述流量波信号是由流量和时间两个变量所构成的各种波形组合。

进一步地，上述第一编码器的编码包括层位号和数据命令。

进一步地，上述第一编码器的编码规则是在规定时间间隔内控制流量的跳变次数，根据跳变次数的不同传递不同指令。

进一步地，上述第二编码器利用流量的跳变次数和跳变后的持续时间作为编码规则。

进一步地，上述第二编码器编码采取起始位、数据段、结束位相组合。

进一步地，上述数据段包括多位，数据段的每一位数据由高状态流量在固定时间内出现的位置决定。

本实用新型的优点：

1、本实用新型采用流量波方式通信，能很好解决地层吸水性不好时压力变化不明显，压力不易检测的难题，实用性强。

2、本实用新型采用流量波方式通信，通信过程中地面装置无需泄压装置，整个过程没有液体排出，安全环保。

3、本实用新型采用流量波方式通信，流量波与压力波相比流量波变化更为明显，同等精度的传感器更易于检测流量波的变化，通信效率高。

4、本实用新型施工简单，降低了施工风险，提高了施工效率，减少了作业人员，降低了成本。

5、本实用新型操作简单、通信可靠。

附图说明

图1是本实用新型地面装置与井下装置连接系统示意图；

图2是本实用新型井下装置安装示意图；

图3是本实用新型流量波信号的波形图；

图4是本实用新型第一编码器编码示例图；

图5是本实用新型第二编码器编码示例图。

其中：1-地面装置；101-第一编码器；102-第一电路系统；103-地面注水开关；2-井下装置；201-井下注水开关；202-井下电路系统；203-供电系统；204-第二编码器；205-第二电路系统；206-流量监测单元；207-管内压力监测单元；208-地层压力监测单元；209-电机；3-注水管柱；4-封隔器；5-井壁；6-注水井口。

具体实施方式

下面结合附图给出的实施例对本实用新型进行详述：

仅仅出于方便的原因，在以下的说明中，使用了特定的方向术语，比如“上”、“下”、“左”、“右”等等，是以对应的附图为参照的，并不能认为是对本实用新型的限制，当图面的定义方向发生改变时，这些词语表示的方向应当解释为相应的不同方向。

参见图1和图2，一种利用流量波调控分层注水的装置，包括地面装置1和井下装置2。

地面装置1包括第一编码器101、第一电路系统102和地面注水开关103，第一电路系统102包括接收器、译码器和控制电路；第一编码器101对发往井下装置2的命令进行编码，第一电路系统102根据编码控制地面注水开关103形成流量波信号；第一电路系统102还可收集并解析井下装置2发来流量波信号。

井下装置2包括井下注水开关201、井下电路系统202、供电系统203、第二编码器204、第二电路系统205、流量监测单元206、管内压力监测单元207、地层压力监测单元208和电机209。供电系统203为井下装置2提供电源。井下电路系统202包括接收器、译码器和控制电路。

本实用新型的基本原理如下：

利用不可压缩液体在流入流出管柱的过程中流量守恒的特点，采用流量波方式传输更利于信号的检测。

根据流体力学不可压缩流体的开口系方程可知，对于工作状态只有一个入口和一个出口的井来说，流入油管的液体和流出油管的液体的质量流量是一样的，如式1示：

q＝q₁＝q₂ 式1

q——注水流量；

q₁——地面井口处流量；

q₂——井下注水流量；

根据式1可看出流量具有无损失特性，易于检测。

根据伯努利方程可以得出井口压力变化下对井下压力变化的关系式：

p′₁＝p′₂+h′_f1(q)+h′_f2(q,l)+h′_f3 式2

其中：p′₁——井口压力变化；

p′₂——井下压力变化；

h′_f1——局部阻力损失；

h′_f2——沿程阻力损失；

h′_f3——其他损失；

l——油管长度；

根据式2可看出压力有沿程损失，如果井口处压力变化小，到井下变化不明显，不易于检测。

本实用新型利用流量波调控分层注水装置的工作原理为：地面装置1的第一编码器101对发往井下装置2的命令进行编码，第一电路系统102根据编码控制地面注水开关103形成流量波信号；井下装置2通过井下电路系统202监测并解析地面装置1发来的流量波信号，然后控制电机209来调节井下注水开关201的开度，实现控制注水量。

第二编码器204将流量监测单元206、管内压力监测单元207和地层压力监测单元208监测的数据进行编码，第二电路系统205根据编码控制井下注水开关201向地面装置1发送流量波信号，第一电路系统102收集并解析井下装置2发来流量波信号，最后给工作人员展示出流量值、管内压力值和地层压力值。

参见图3，流量波信号是由流量随时间变化所构成的波形序列。流量波是通过增大、减小注水开关开度产生。增大注水开关开度流量升高对应流量波为高，减小注水开关开度流量减小对应流量波为低。

流量波通信是在当前流量的基础上增大或减小注水开关开度产生流量波实现的，这样提高了通信效率。通信时无需全关或者全开注水开关，有效的延长了注水开关的使用寿命、降低了仪器的整体功耗。

第一编码器的编码包括层位号和数据命令。参见图4，第1次序列有4次跳变，表示操作第1层配水器；第2次序列有6次跳变，表示读取该层配水器的管外压力值。第一编码器的编码规则是在规定时间间隔内控制流量的跳变次数，根据跳变次数的不同传递不同指令。

第二编码器利用流量波的跳变次数和流量波跳变后的持续时间作为编码规则。第二编码器编码采取起始位、数据段、结束位相组合，其中，数据段包括多位，数据段的每一位数据由流量波为高状态在固定时间内出现的位置决定。每一位数据都有10个编码时间间隔N(分别为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9)，若某一间隔变为高，则这一间隔的次序代表这一位的数值。参见图5，第1位流量数据的第5个间隔为高表示4，第2位流量数据的第7个间隔为高表示6。因此，井下装置向地面传输的流量值为46方/天。

通信的数据利用波形的高低及其时序特性进行编码，编码的数据通过流量波的形式实现传输，从而完成地面装置与井下装置的通信。

数据的双向传输可实现地面装置与井下装置的通信。地面装置可发送操作井下装置的命令，井下装置可根据收到的命令回传地面装置所需要的数据压力、流量、温度等。

本实用新型一种利用流量波调控分层注水的装置进行控制分层注水的方法：

1)将地面装置1安装在井口，将井下装置2的井下注水开关201、电机209、供电系统203、井下电路系统202、第二编码器204、流量监测单元206、管内压力监测单元207和地层压力监测单元208设置在注水管柱3上，并使其位于相应的注水层，各个注水层之间安装封隔器4进行隔断；

2)使用地面装置1的第一编码器101对发往井下装置2的命令进行编码，编码完成后第一电路系统102按照编码控制地面注水开关103，产生对应的流量波，各注水层井下装置2的第二电路系统205实时检测、解析流量波，如果解析出的层位号与某层井下装置2的层位号相同，该层井下装置2的第二电路系统205就执行该命令，控制井下注水开关201的大小，进而控制相应层段注水量；

3)使用井下装置2的第二编码器204将需要传输的数据进行编码，通过控制井下注水开关201实现流量的高低变化形成相应流量波，而地面装置1的第一电路系统102实时检测并解析流量波，最终获得所需的数据。

3)中第二编码器204将流量监测单元206、管内压力监测单元207和地层压力监测单元208监测的流量、管内压力和地层压力数据进行编码，地面装置1的第一电路系统102实时检测并解析流量波，最终获得井底流量、管内压力和地层压力数据。