数字式分层注水地面控制系统与方法
【专利摘要】本发明提供一种数字式分层注水地面控制系统与方法，包括：井下通信短节、井下智能配水器、地面控制器和上位机；其中，井下通信短节，与地面控制器和井下智能配水器连接，用于获取井下智能配水器采集的井下不同层位的测量数据；地面控制器，与上位机和井下通信短节连接，用于通过井下通信短节获取测量数据，并对测量数据转换处理，以获取上位机能识别的第一数字信号；上位机，根据第一数字信号生成控制命令，并将控制命令发送给地面控制器；地面控制器，还用于对控制命令转换处理，生成井下智能配水器能够识别的第二数字信号，并将第二数字信号发送给井下通信短节；井下智能配水器，用于根据从井下通信短节获取的第二数字信号，调节配水量。
【专利说明】
数字式分层注水地面控制系统与方法
技术领域
[0001]本发明涉及油田注水技术领域，尤其涉及一种数字式分层注水地面控制系统与方法。
【背景技术】
[0002]注水是保持油层压力、实现油田高产稳产和改善油田开发效果的有效方法。为满足油田不同开发阶段的技术需要，实现高效有效注水，配水工艺已从笼统注水发展到分层注水。与之配套的测试调配技术也得到了一定的发展。现有的与分层注水配套的测试调配技术主要是采用桥式偏心配水器和桥式同心配水器分层注水管柱，它由桥式偏心配水器或桥式同心配水器、封隔器、预制工作筒和单流阀等组成。具体的，桥式偏心分注固定水咀安装在位于桥式偏心配水器工作筒侧孔里的堵塞器上，可以通过钢丝投捞任意堵塞器从而进行水咀调整，同时也可以采用电缆连续测调，水流经过桥式偏心配水器里的堵塞器和工作筒偏孔流入油套管环形空间最后注入油层，可以通过更换其中的固定水嘴或调节水咀开度以调控注水量。桥式同心分注固定水咀安装在位于桥式偏心配水器工作筒中心通道上，采用电缆连续测调，水流经过配水器里固定水咀流入油套管环形空间最后注入油层，可以通过调节水咀开度以调控注水量。
[0003]近年来，投入开发的深井、定向井、多层分注井越来越多，常规的配套的测试调配技术需要反复投捞更换其中的固定水嘴或调节水咀开度以调控注水量，不仅工作量大，而且受地层吸水能力及注水工况等影响，分层注水合格率下降快，已无法满足深井、定向井、多层分注井环境下的分层注水的要求。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种数字式分层注水地面控制系统与方法，以有效的减少工作量，实现地面实时控制和监测，可实现一次下井地面操作控制完成所有注水层段测试调配任务，提高了测试调配效率和成功率。
[0005]本发明提供一种数字式分层注水地面控制系统，包括:井下通信短节、井下智能配水器、地面控制器和上位机；其中，
[0006]所述井下通信短节，分别与所述地面控制器和所述井下智能配水器连接，用于获取所述井下智能配水器采集的井下不同层位的测量数据；
[0007]所述地面控制器，分别与所述上位机和所述井下通信短节连接，用于通过所述井下通信短节获取所述测量数据，并对所述测量数据进行转换处理，以获取与所述测量数据对应的、且所述上位机能识别的第一数字信号；
[0008]所述上位机，用于根据所述第一数字信号，生成相应的控制命令，并将所述控制命令发送给所述地面控制器；
[0009]所述地面控制器，还用于对所述控制命令进行转换处理，生成与所述控制命令对应的，且所述井下智能配水器能够识别的第二数字信号，并将所述第二数字信号发送给所述井下通信短节；
[0010]所述井下智能配水器，用于根据从所述井下通信短节获取的所述第二数字信号，调节配水量。
[0011]本发明提供一种数字式分层注水地面控制方法，所述方法由数字式分层注水地面控制系统执行，所述方法包括:
[0012]触发井下智能配水器采集井下不同层位的测量数据；
[0013]从地面控制器获取对所述测量数据进行转换处理所生成的第一数字信号；
[0014]根据所述第一数字信号，生成相应的控制命令，并将所述控制命令发送给所述地面控制器，以供所述地面控制器对所述控制命令进行转换处理，生成与所述控制指令对应的，且所述井下智能配水器能够识别的第二数字信号，并将所述第二数字信号通过所述井下通信短节发送给井下智能配水器，以使所述井下智能配水器根据所述第二数字信号，调节配水量。
[0015]由上述技术方案可知，本发明的数字式分层注水地面控制系统，包括:井下通信短节、井下智能配水器、地面控制器和上位机；其中，井下通信短节，分别与地面控制器和井下智能配水器连接，用于获取井下智能配水器采集的井下不同层位的测量数据；地面控制器，分别与上位机和井下通信短节连接，用于通过井下通信短节获取测量数据，并对测量数据进行转换处理，以获取与测量数据对应的、且上位机能识别的第一数字信号；上位机，根据第一数字信号，生成相应的控制命令，并将控制命令发送给地面控制器；地面控制器，还用于对控制命令进行转换处理，生成与控制命令对应的，且井下智能配水器能够识别的第二数字信号，并将第二数字信号发送给井下通信短节；井下智能配水器，用于根据从井下通信短节获取的第二数字信号，调节配水量。从而能够实现地面实时控制和监测，操作方便，性能简单，并且有效地减少了工作量，还可实现一次下井地面操作控制完成所有注水层段测试调配任务，大大提高了测试调配效率和成功率。
【附图说明】
[0016]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0017]图1为本发明第一实施例的数字式分层注水地面控制系统示意图；
[0018]图2为本发明第二实施例的数字式分层注水地面控制系统示意图；
[0019]图3为本发明第三实施例的数字式分层注水地面控制系统示意图；
[0020]图4为本发明第四实施例的数字式分层注水地面控制系统流程图；
[0021]图5为本发明第四实施例的处理模块的结构示意图；
[0022]图6为本发明第五实施例的数字式分层注水地面控制方法流程图。
[0023]附图标记说明:
[0024]11:井下通信短节；12:井下智能配水器；
[0025]13:地面控制器；14:上位机；
[0026]131: ST编解码模块； 132:放大滤波模块；
[0027]141:定位模块；142:唤醒模块；
[0028]15:第一电源模块；121:第二电源模块；
[0029]122:处理模块；123:天线模块；
[0030]1221:温度监测单元； 1222:流量监测单元；
[0031]1223:压力监测单元； 16:市电交流电；
[0032]17:车载电平经逆变器转换的交流电。
【具体实施方式】
[0033]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]图1为本发明第一实施例的数字式分层注水地面控制系统示意图，如图1所示，该数字式分层注水地面控制系统包括:井下通信短节11、井下智能配水器12、地面控制器13和上位机14。
[0035]在本实施例中，井下通信短节11分别与地面控制器13和井下智能配水器12连接，用于获取井下智能配水器12采集的井下不同层位的测量数据；地面控制器13，分别与上位机14和井下通信短节11连接，用于通过井下通信短节11获取测量数据，并对测量数据进行转换处理，以获取与测量数据对应的、且上位机14能识别的第一数字信号；上位机14，用于根据第一数字信号，生成相应的控制命令，并将控制命令发送给地面控制器13 ;地面控制器13，还用于对控制命令进行转换处理，生成与控制命令对应的，且井下智能配水器12能够识别的第二数字信号，并将第二数字信号发送给井下通信短节11 ;井下智能配水器12，用于根据从井下通信短节11获取的第二数字信号，调节配水量。
[0036]在本实施例中，可选地，井下通信短节11与井下智能配水器12可以通过电磁波无线通信，地面控制器13与上位机14可以通过USB通信接口连接。
[0037]在本实施例中，可选地，上位机14可以为计算机，其上安装有LabView软件，具体的，上位机14根据第一数字信号，利用LabView软件生成相应的控制命令。上位机利用软件生成控制命令有效减轻劳动强度，提高工作效率，更好地保证油井分层注水工作的顺利进行，而且该软件可以将测调过程中的压力、温度和流量等数据进行直读和监测，并在需要时快速打印，以便存档。
[0038]进一步地，上位机14还可以将监测结果显示在其屏幕上，具体的，可以分为全屏显示和分屏显示，其中，分屏显示显示的是一段时间内数据的曲线，而全屏显示则显示的是所有数据的曲线，而且，在全屏显示上可以进行控制操作，有自动和手动两种方式，具体地，自动控制时，只需要输入某层位需要调配的注水量，该注水量是由上位机14中预设的算法自动计算得到的；手动控制时，需要人为在上位机14的LabView软件上发送增加或减少流量的控制命令，从而进行调节达到需要的注入量。
[0039]在本实施例中，可选地，井下智能配水器12的数量为多个，其中的每个井下智能配水器都有不同的地址。
[0040]在本实施例中的数字式分层注水地面控制系统，井下智能配水器采集井下不同层位的测量数据，并将测量数据传输至地面控制器；地面控制器对获取的测量数据转换处理，生成与测量数据对应的、且上位机能识别的第一数字信号，并将该第一数字信号传输至上位机；上位机根据第一数字信号生成控制命令，并将该控制命令传输至地面控制器；地面控制器对控制命令进行转换处理，生成与控制命令对应的、且井下智能配水器能够识别的第二数字信号，并将其发送至井下通信短节，由井下通信短节将第二数字信号传输至井下智能配水器，最终，井下智能配水器根据获取的第二数字信号，调节配水量。由于上位机能够自动控制井下智能配水器，实现井下各层位流量的自动调配，从而可以实现地面实时控制和监测，操作方便，性能简单，并且有效地减少了工作量，还可实现一次下井地面操作控制完成所有注水层段测试调配任务，大大提高了测试调配效率和成功率。
[0041]图2为本发明第二实施例的数字式分层注水地面控制系统示意图，在本发明第一实施例的技术方案的基础上，如图2所示，地面控制器13还包括:ST编解码模块131和放大滤波模块132。
[0042]其中，ST编解码模块131，分别与井下通信短节11和上位机14相连接，用于对测量数据进行解码处理并将第一数字信号发送给上位机14 ;和/或对控制命令进行解码处理，并第二数字信号发送给井下通信短节11 ;放大滤波模块132，与ST编解码模块131连接，用于对所述测量数据或对所述第二数字信号进行放大滤波。
[0043]具体地，ST编解码模块131采用的是ST码。
[0044]在本实施例中，设置放大滤波模块132是为了削弱由于测量数据和第二数字信号在传输过程中发生的衰减。
[0045]图3为本发明第三实施例的数字式分层注水地面控制系统示意图，在本发明上述实施例的技术方案的基础上，如图3所示，上位机14，包括定位模块141和唤醒模块142。
[0046]其中，定位模块141，与地面控制器13相连接，用于对井下智能配水器12进行定位，以获取井下智能配水器12的位置信息；唤醒模块142，与地面控制器13相连接，用于触发井下智能配水器12启动，以实现井下智能配水器12采集井下不同层位的测量数据。本实施例中的数字式分层注水地面控制系统，通过在上位机中设置定位模块和唤醒模块，实现了上位机与井下通信短节之间的相互通信，完成该系统的启动操作。
[0047]另外，该数字式分层注水地面控制系统的工作原理为:当数字式分层注水地面控制系统未启动时，首先通过定位模块141对井下智能配水器12定位，以获取需要调测的井下智能配水器12的位置信息，且同时通过唤醒模块142触发井下智能配水器12采集井下不同层位的测量数据，使得井下智能配水器12与井下通信短节11建立通信，处于通信状态，此时，数字式分层注水地面控制系统开始正式启动，井下通信短节获取井下智能配水器12采集的井下不同层位的测量数据后，将其传输至地面控制器13，地面控制器13对测量数据进行转换处理，获取与测量数据对应的、且上位机14能识别的第一数字信号；上位机14根据第一数字信号生成相应的控制命令，并将控制命令返回给地面控制器13 ;地面控制器13对控制命令进行转换处理，生成控制命令对应的，且井下智能配水器12能够识别的第二数字信号，并将第二数字信号发送给井下通信短节11，由井下通信短节将第二数字信号发送给井下智能配水器12，井下智能配水器12根据第二数字信号调节配水量，从而实现上位机14对井下智能配水器12的控制。
[0048]进一步地，在本实施例中，该系统还包括:用于将井下通信短节11与地面控制器13相连接的电缆。
[0049]另外，在本实施例中，该系统还包括:第一电源模块15，分别与市电交流电16或者车载电平经逆变器转换的交流电17，以及地面控制器13和井下通信短节11相连接，用于将交流电转换为直流电，且为地面控制器13和井下通信短节11供电，具体的，为地面控制器13中的ST编解码模块131和放大滤波模块132和井下通信短节11供电。
[0050]在本实施例中，地面控制器13中的ST编解码模块131和放大滤波模块132与井下通信短节11需要的工作电压是不同的，因此，需要第一电源模块15对市电交流电或者车载电平经逆变器转换的交流电进行电源转换，具体地，第一电源模块15首先使用交流变压器，再使用整流桥将交流电转成直流电，再使用芯片将直流电转成稳定输出，保护了该系统中的地面控制器和井下通信短节中电路的安全，延长地面控制器和井下通信短节的使用寿命O
[0051]图4为本发明第四实施例的数字式分层注水地面控制系统示意图，在本发明上述实施例的技术方案的基础上，如图4所示，井下智能配水器12包括:第二电源模块121、处理模块122和天线模块123。
[0052]其中，第二电源模块121，与井下智能配水器12相连接，用于为井下智能配水器12供电；处理模块122，用于采集获取井下不同层位的测量数据；天线模块123，分别与处理模块122和井下通信短节11相连接，用于发送测量数据给井下通信短节11 ;天线模块123，还用于接收井下通信短节11发送的第二数字信号，并将第二数字信号发送给处理模块122 ;处理模块122，根据第二数字信号，调节配水量。
[0053]在本实施例中，可选地，图5为本发明第四实施例的处理模块的结构示意图，如图5所示，处理模块122，包括:如下一种或几种单元:温度监测单元1221、流量监测单元1222和压力监测单元1223 ;其中，温度监测单元1221，用于采集获取井下不同层位的温度；流量监测单元1222，用于采集获取井下不同层位的流量；压力监测单元1223，用于采集获取井下不同层位的压力；则测量数据包括如下一种或几种组合:温度、流量和压力。
[0054]在本实施例中，可选地，温度监测单元1221可以为温度传感器；流量监测单元1222可以为电磁流量计，压力监测单元1223可以为压力传感器。
[0055]在本实施例中，当第二电源模块121电量耗尽或者出现故障时刻可以通过下水投捞工具实现井下智能配水器12的投捞工作。
[0056]图6为本发明第五实施例的数字式分层注水地面控制方法流程图，如图6所示，数字式分层注水地面控制方法由数字式分层注水地面控制系统执行，其中，包括:
[0057]步骤601:触发井下智能配水器采集井下不同层位的测量数据。
[0058]步骤602:从地面控制器获取对测量数据进行转换处理所生成的第一数字信号。
[0059]步骤603:根据第一数字信号，生成相应的控制命令，并将控制命令发送给地面控制器，以供地面控制器对控制命令进行转换处理，生成与控制指令对应的，且井下智能配水器能够识别的第二数字信号，并将第二数字信号通过井下通信短节发送给井下智能配水器，以使井下智能配水器根据第二数字信号，调节配水量。
[0060]其中，该数字式分层注水地面控制系统可以为上述图1-图5任一所示的系统，其实现原理和有益效果相类似，此处不再赘述。
[0061]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种数字式分层注水地面控制系统，其特征在于，包括:井下通信短节、井下智能配水器、地面控制器和上位机；其中， 所述井下通信短节，分别与所述地面控制器和所述井下智能配水器连接，用于获取所述井下智能配水器采集的井下不同层位的测量数据； 所述地面控制器，分别与所述上位机和所述井下通信短节连接，用于通过所述井下通信短节获取所述测量数据，并对所述测量数据进行转换处理，以获取与所述测量数据对应的、且所述上位机能识别的第一数字信号； 所述上位机，用于根据所述第一数字信号，生成相应的控制命令，并将所述控制命令发送给所述地面控制器； 所述地面控制器，还用于对所述控制命令进行转换处理，生成与所述控制命令对应的，且所述井下智能配水器能够识别的第二数字信号，并将所述第二数字信号发送给所述井下通信短节； 所述井下智能配水器，用于根据从所述井下通信短节获取的所述第二数字信号，调节配水量。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面控制器包括: ST编解码模块，分别与所述井下通信短节和所述上位机相连接，用于对所述测量数据进行解码处理并将所述第一数字信号发送给所述上位机；和/或对所述控制命令进行解码处理，并将所述第二数字信号发送给所述井下通信短节； 放大滤波模块，与所述ST编解码模块连接，用于对所述测量数据或对所述第二数字信号进行放大滤波。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上位机包括: 定位模块，与所述地面控制器相连接，用于对所述井下智能配水器进行定位，以获取所述井下智能配水器的位置信息； 唤醒模块，与所述地面控制器相连接，用于触发所述井下智能配水器启动，以实现所述井下智能配水器采集井下不同层位的测量数据。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括:用于将所述井下通信短节与所述地面控制器相连接的电缆。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括:第一电源模块，分别与市电交流电或者车载电平经逆变器转换的交流电，以及所述地面控制器和所述井下通信短节相连接，用于将所述交流电转换为直流电，且为所述地面控制器和所述井下通信短节供电。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述井下智能配水器包括: 第二电源模块，与所述井下智能配水器相连接，用于为所述井下智能配水器供电； 处理模块，用于采集获取井下不同层位的测量数据； 天线模块，分别与所述处理模块和所述井下通信短节相连接，用于发送所述测量数据给所述井下通信短节； 所述天线模块，还用于接收所述井下通信短节发送的第二数字信号，并将所述第二数字信号发送给所述处理模块； 所述处理模块，根据所述第二数字信号，调节配水量。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述处理模块包括:如下一种或几种单元:温度监测单元、流量监测单元和压力监测单元； 其中，温度监测单元，用于采集获取井下不同层位的温度； 流量监测单元，用于采集获取井下不同层位的流量； 压力监测单元，用于采集获取井下不同层位的压力； 则所述测量数据包括如下一种或几种组合:温度、流量和压力。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述流量监测单元为电磁流量计。9.一种数字式分层注水地面控制方法，其特征在于，所述方法由上述权利要求1至8任一所述的数字式分层注水地面控制系统执行，所述方法包括: 触发井下智能配水器采集井下不同层位的测量数据； 从地面控制器获取对所述测量数据进行转换处理所生成的第一数字信号； 根据所述第一数字信号，生成相应的控制命令，并将所述控制命令发送给所述地面控制器，以供所述地面控制器对所述控制命令进行转换处理，生成与所述控制指令对应的，且所述井下智能配水器能够识别的第二数字信号，并将所述第二数字信号通过所述井下通信短节发送给所述井下智能配水器，以使所述井下智能配水器根据所述第二数字信号，调节配水量。
【文档编号】E21B43/20GK106032745SQ201510102891
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月9日
【发明人】杨玲智, 陆红军, 巨亚锋, 姚斌, 王子建, 罗必林, 于九政, 毕福伟, 李楼楼
【申请人】中国石油天然气股份有限公司