可实现井下流量、压力和温度监测的无缆式分层注水方法
【专利摘要】本发明公开了一种可实现井下流量、压力和温度监测的无缆式分层注水方法：声波发射器发送配注量调节声波信号，声波注水工作筒接收后，判断层位并分析数据，调节水嘴至配注值；声波发射器发送流量、压力和温度监测声波信号，经过编码，编码信息包括层位信息、数值类型、数值权重和数值大小；声波注水工作筒接收声波信号后解码，确定数值类型和数值权重，声波发射器依次发送0至9，与井下声波注水工作筒记录的数值进行比较，两个数值相等，判断数值类型及数值权重上的数字，重复步骤直至确定出解码所得数值类型的百位、十位和个位数字，完成井下待监测注水层的流量值、压力值和温度值的传输。本发明可以实现地面和井下的双向通信。
【专利说明】
可实现井下流量、压力和温度监测的无缆式分层注水方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种油田注水井用的分层注水工艺，更具体的说，是涉及一种利用声波通讯，可监测井下流量、压力和温度参数的无缆式分层注水方法。
【背景技术】
[0002]注水是油田开发中提高采收率、保持油田高产稳产的有效手段。目前，井下分层注水的方法主要有:机械投捞式分层注水方法和电缆遥控式分层注水方法。机械投捞式分层注水方法受井斜影响大，在大斜度井和水平井中无法应用。而电缆遥控式分层注水方法需要在井下下入电缆，操作复杂、费用较高。此外，受井筒直径限制，电缆遥控式分层注水无法在小直径井眼中应用。李仁忠等提出了一种声波遥控分层配水的方法(见专利号CN101498211A，中国，公布日2009年8月)，利用声波技术遥控井下动作，实现分注井的精确配水。该方法无需在井下下入电缆，操作简单，但该方法只能实现地面和井下的单向通信，无法监测井下流量、压力和温度等参数，只能是地面向井下单向传输或控制。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决现有分层注水技术中存在的受井斜和井筒直径影响大、无法实现地面和井下的双向通信问题，提供一种可实现井下流量、压力和温度监测的无缆式分层注水方法，不受井斜和井筒直径影响，可以实现地面和井下的双向通信，操作简便、经济高效。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0005]本发明的一种可实现井下流量、压力和温度监测的无缆式分层注水方法，包括以下步骤:
[0006](I)地面控制器控制声波发射器，发送配注量调节声波信号，声波注水工作筒接收声波信号后，判断层位并分析数据，调节水嘴开度大小至配注值，完成对注水层位的选择和流量控制；
[0007](2)地面控制器控制声波发射器发送井下流量、压力和温度监测声波信号，声波信号经过编码，编码信息包括层位信息、数值类型(流量、压力、温度)、数值权重(百位、十位、个位)和数值大小(0-9之间的数值)；
[0008](3)待监测注水层的声波注水工作筒接收步骤(2)中所述的声波信号后解码，确定声波信号的数值类型(流量、压力、温度)和数值权重(百位、十位、个位)，声波发射器按时间序列依次发送O至9的声波数字信号，发送的数字与井下声波注水工作筒记录的相应数值类型和数值权重的数值进行比较，如果两个数值相等，声波注水工作筒水嘴前的电磁快开/关阀关闭，通过地面控制器观察到井口压力上升，从而判断对应数值类型及数值权重上的数字，重复上述步骤直至确定出解码所得数值类型的百位、十位和个位数字，最终完成井下待监测注水层的流量值、压力值和温度值的传输。
[0009]所述步骤(I)中的声波信号包含声波注水工作筒层位标识信息和流量值信息。
[0010]所述步骤(3)中待监测注水层的声波注水工作筒水嘴开启，其他注水层的声波注水工作筒水嘴关闭。
[0011]所述步骤(I)至步骤(3)中的声波发射器内设置有声波制造元件，所述声波制造元件产生的声波频率、幅值、波形由地面控制器设定，所述声波制造元件浸没于注水管柱液体内，所述声波信号通过注水管柱内液体传至井下对应注水层的声波注水工作筒，声波注水工作筒接收信号并动作。
[0012]所述注水管柱包括由下至上依次连接的堵头、声波注水工作筒、油管及油管短节、设置于套管顶部的井口装置，所述声波发射器安装在井口装置上，由地面控制器供电，所述套管内通过套设于油管及油管短节外部的分层工具进行分层，其中，每个注水层对应一个声波注水工作筒。
[0013]所述步骤(I)至步骤(3)中的声波注水工作筒内安装水嘴、电磁快开/关阀、流量传感器、温度传感器和压力传感器。
[0014]与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是:
[0015](I)本发明不需要钢丝作业，不需要在井下下入电缆或液压管线，不受井斜和井筒直径影响，可广泛应用于各种井身结构的注水井；
[0016](2)本发明通过在每一注水层下入一个声波注水工作筒，通过地面控制器控制井口声波发射器发送配注量声波信号准确控制任意层的注水量，方便高效地对分层注水量进行调配，通过地面控制器与声波注水工作筒间的双向通信，准确监测井下流量、压力和温度，是一种经济、高效的分层注水方法。
【附图说明】
[0017]图1是本发明中注水管柱的结构示意图；
[0018]图2是本发明中声波注水工作筒的结构示意图；
[0019]图3是本发明地面和井下双向通信的流程图。
[0020]附图标记:I地面控制器;2声波发射器;3井口装置;4油管及油管短节;5分层工具；6声波注水工作筒;7堵头;8套管;9水嘴;10电磁快开/关阀。
【具体实施方式】
[0021]为能进一步了解本发明专利的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0022]如图1和图2所示，本发明中注水管柱包括由下至上依次连接的堵头7、声波注水工作筒6、油管及油管短节4、井口装置3等，所述声波注水工作筒6上下两端分别设置为螺纹连接扣，用于与油管及油管短节4连接，沿圆周设置有水嘴9，用于向所对应的注水层注水，水嘴9内对应设置有电磁快开/关阀10，另外，所述声波注水工作筒6内还安装有流量传感器、温度传感器和压力传感器(两路，可测得水嘴9前后的压力值)。
[0023]井下套管8内下入多个分层工具5(可采用封隔器等)，将套管8分为多个注水层，具体数量可根据实际情况进行设计，将上述注水管柱连接好后下入到套管8内，井口装置3安装于套管8上端，将注水管柱分为地面部分和井下部分，井下部分中，每个注水层对应设置一个声波注水工作筒6，各个声波注水工作筒6之间均可通过油管及油管短节4连接，以达到所需长度。
[0024]所述声波发射器2安装在井口装置3上，由地面控制器I供电，所述声波发射器2内还设置有声波制造元件，所述声波制造元件产生的声波频率、幅值、波形由地面控制器I设定，所述声波制造元件浸没于注水管柱液体内，所述声波信号通过注水管柱内液体传播，所述地面控制器I可控制声波发射器2发送任意注水层的配注量调节声波信号和井下流量、压力和温度监测声波信号，所述声波信号通过注水管柱内液体传至井下对应注水层的声波注水工作筒6，声波注水工作筒接6收信号并动作。
[0025]如图3所示，本发明的可实现井下流量、压力和温度监测的无缆式分层注水方法，基于上述注水管柱可实现地面和井下的双向通信，通过声波传输命令实现井下流量的控制，并实现井下流量、压力和温度监测。
[0026]井下注水层配注量的调节:利用分层工具5实现注水层的分隔，通过地面控制器I控制井口的声波发射器2，发送任意层位的配注量调节声波信号，所述声波信号包含声波注水工作筒6层位标识信息和流量值信息，通过注水管柱内液体传至井下对应层位的声波注水工作筒6，声波注水工作筒6接收声波信号并动作，判断层位并分析数据，调节水嘴9开度大小至配注值，完成对注水层位的选择和流量控制。
[0027]井下流量、压力和温度的监测:地面控制器I控制声波发射器2发送井下流量、压力和温度监测声波信号，声波信号经过编码，编码信息包括层位信息、数值类型(流量、压力、温度)、数值权重(百位、十位、个位)和数值大小(0-9之间的某个数值)。当需要读取某一注水层声波注水工作筒6的数据时，保持该注水层水嘴9的开启状态，关闭其他所有注水层声波注水工作筒6的水嘴9。待监测注水层的声波注水工作筒6接收声波信号后解码，确定声波信号的数值类型(流量、压力和温度)和数值权重(百位、十位、个位)，声波发射器2按时间序列依次发送O至9的声波数字信号，发送的数字与井下声波注水工作筒6记录的相应数值类型和数值权重的数值进行比较，如果两个数值相等，声波注水工作筒6水嘴9前的电磁快开/关阀10将短暂关闭一段时间，此时通过地面控制器I可以观察到井口压力上升，从而在地面确定解码得到的井下数值类型和数值权重对应的数值大小，声波注水工作筒6水嘴9前的电磁快开/关阀10打开，重复上述步骤直至确定出解码所得数值类型的百位、十位和个位数字，直至最终确定井下待监测注水层的流量值、压力值和温度值，逆向实现用声波信号从井下往地面传输数据的功能。
[0028]传输的流量值、压力值或温度值都拆分为百位、十位和个位三组数字，数字都采用十进制方式，包含数字O、1、2、3...7、8和9，以井下流量监测为例，地面声波发射器2将从百位开始，按时间序列依次发射包含0-9数值大小和流量识别码的声波信号，声波信号通过注水管柱内液体传至井下声波注水工作筒6，声波注水工作筒6接收声波信号后解码，确定声波信号的数值类型为流量，数值权重为百位，将声波信号包含的数值与井下声波注水工作筒6记录的流量值的百位数字比较，在某一时间序列，如果两个数值相等，声波注水工作筒6水嘴9前的电磁快开/关阀10将短暂关闭一段时间，此时通过地面控制器I可以观察到井口压力上升，从而可以在地面确定井下流量值的百位数字，声波注水工作筒6水嘴9前的电磁快开/关阀10重新打开，采用同样方法依次确定井下流量值的十位、个位数值，并最终确定井下流量值。采用同样方法确定井下压力值和温度值，即实现流量值、压力值或温度值的传输，实现地面读取井下声波注水工作筒6参数的功能。
[0029]比如现在要把井下声波注水工作筒6记录的流量传递到地面，如流量值为486方/天。因为井下的声波注水工作筒6没有向地面发送声波的能力，就只能通过地面声波发射器2向井下发射，待井下声波注水工作筒6接受到声波后再执行电磁快开/关阀10的动作。具体方法如下:(I)地面声波发射器2先发送一段读取流量参数的声波信号，该信号包括流量信号、读取对应工作层数信号；(2)在发送声波信号，信号标志是发送流量的百位数字信号，在It时间内发送数字I，与井下声波注水工作筒6记录的流量百位数4不相等，然后2t时间内发送数字2，仍不相等。。。。直至4t时间发送数字4，和井下声波注水工作筒6记录的流量百位数相等，这时井下声波注水工作筒6水嘴9前的电磁快开/关阀10关闭，井口压力快速升高，表面井下声波注水工作筒6记录的流量百位数字是4，之后出水口自动打开，完成了百位数字井下往井上的间接传输；(3)声波发射器2继续往井下发送声波信号，信号标志是发送流量的十位数字信号，然后同步骤(2)，直到St时间时发送数字8，井下声波注水工作筒6相应关闭出水口，同样判断十位数字；(4)采用相同方法读取个位数字6。
[0030]尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
【主权项】
1.一种可实现井下流量、压力和温度监测的无缆式分层注水方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)地面控制器控制声波发射器，发送配注量调节声波信号，声波注水工作筒接收声波信号后，判断层位并分析数据，调节水嘴开度大小至配注值，完成对注水层位的选择和流量控制； (2)地面控制器控制声波发射器发送井下流量、压力和温度监测声波信号，声波信号经过编码，编码信息包括层位信息、数值类型(流量、压力、温度)、数值权重(百位、十位、个位)和数值大小(0-9之间的数值)； (3)待监测注水层的声波注水工作筒接收步骤(2)中所述的声波信号后解码，确定声波信号的数值类型(流量、压力、温度)和数值权重(百位、十位、个位)，声波发射器按时间序列依次发送O至9的声波数字信号，发送的数字与井下声波注水工作筒记录的相应数值类型和数值权重的数值进行比较，如果两个数值相等，声波注水工作筒水嘴前的电磁快开/关阀关闭，通过地面控制器观察到井口压力上升，从而判断对应数值类型及数值权重上的数字，重复上述步骤直至确定出解码所得数值类型的百位、十位和个位数字，最终完成井下待监测注水层的流量值、压力值和温度值的传输。2.根据权利要求1所述的可实现井下流量、压力和温度监测的无缆式分层注水方法，其特征在于，所述步骤(I)中的声波信号包含声波注水工作筒层位标识信息和流量值信息。3.根据权利要求1所述的可实现井下流量、压力和温度监测的无缆式分层注水方法，其特征在于，所述步骤(3)中待监测注水层的声波注水工作筒水嘴开启，其他注水层的声波注水工作筒水嘴关闭。4.根据权利要求1所述的可实现井下流量、压力和温度监测的无缆式分层注水方法，其特征在于，所述步骤(I)至步骤(3)中的声波发射器内设置有声波制造元件，所述声波制造元件产生的声波频率、幅值、波形由地面控制器设定，所述声波制造元件浸没于注水管柱液体内，所述声波信号通过注水管柱内液体传至井下对应注水层的声波注水工作筒，声波注水工作筒接收信号并动作。5.根据权利要求4所述的可实现井下流量、压力和温度监测的无缆式分层注水方法，其特征在于，所述注水管柱包括由下至上依次连接的堵头、声波注水工作筒、油管及油管短节、设置于套管顶部的井口装置，所述声波发射器安装在井口装置上，由地面控制器供电，所述套管内通过套设于油管及油管短节外部的分层工具进行分层，其中，每个注水层对应一个声波注水工作筒。6.根据权利要求1所述的可实现井下流量、压力和温度监测的无缆式分层注水方法，其特征在于，所述步骤(I)至步骤(3)中的声波注水工作筒内安装水嘴、电磁快开/关阀、流量传感器、温度传感器和压力传感器。
【文档编号】E21B47/00GK106050201SQ201610648915
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月9日 公开号201610648915.2, CN 106050201 A, CN 106050201A, CN 201610648915, CN-A-106050201, CN106050201 A, CN106050201A, CN201610648915, CN201610648915.2
【发明人】王良杰, 杨万有, 刘敏, 毛庆凯, 张磊, 罗昌华
【申请人】中国海洋石油总公司, 中海油能源发展股份有限公司