专利名称：一种电缆式注水井调配装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于石油天然气领域注水井测调装置及方法，具体是一种可以长时间在井下工作的电缆式注水井调配装置及方法。
背景技术：
目前石油天然气领域注水层注水井常用的配水方法主要有以下几种(1)传统的投捞式配水方法主要是通过钢丝等工具对井下水嘴进行投捞，因此它的缺点包括以下几个方面①测调实时性差，不能及时的根据井下状况对水嘴进行调节； ②配水精度低，不能实现井下精细的注水层注水；③投捞工作量大，投捞的工具也比较复杂，而且在大斜度井或水平井施工时，投捞成功率也较低。(2)存储式测调配水方法这种配水方法在地面提前预设好每一个注水层的注水值，当测得的流量值与预设值相差超过一定范围时，井下控制芯片控制电机转动来调整水嘴开度完成流量调节。它的缺点是①实时性差，不能及时的发现井下注水量的波动；② 无法实时对井下各个层位的压力、温度、流量数据、流量调配过程和流量变化进行直读和监测；③当需要人为改变注水层注水量时，必须取出配水器重新设置或下入其它仪器完成设置，工作量比较大，也比较费时。④这种配水方法的电源通常由井下电池提供，成本比较高， 而且调配时间也有限，需要定时取出配水器更换电池，工作量大。(3)边测边调配水方法该方法将电缆下入井下调配测试仪，当坐层成功后，通过调节水嘴的开度大小，实现较好的井下分层注水效果，也实现了实时监测的功能，但其本身也有缺点①由于每次测调只进行几个小时后即取出仪器，井下配水器水嘴处于固定状态， 若地层压力或注水压力出现波动时，配水器无法实现自动调整，造成注水不准确；②只能实现短时间的流量实时监测，无法实现长期监测；③当需要调节分层流量时，必须先完成坐层才能进行调节，工序复杂，工作量比较大；④对水嘴投捞或调节时，也会面临大斜度井和水平井不易对接等问题；⑤当需要封隔器验封时，需要再次投捞专用验封仪才能实现验封。这几种配水器有的虽然成本低、投捞工具也较简单，但是在分层配水效率、分层配水精度、长期配水监测、以及直读双向通信等方面存在着较大的缺陷，特别是目前绝大多数井下配水器不具备独立的流量计，无法长时间实时对流量进行测调，确定累计注水流量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足和缺点，提供了一种可以长时间在注水层注水井井下工作的电缆式注水井调配装置及方法。本发明的技术解决方案如下一种电缆式注水井调配装置，包括地面控制器、电缆、与注水管连接的井下测调配水单元；所述地面控制器包括电源、地面控制芯片、与地面控制芯片连接的输入模块和显示模块，所述电源向地面控制芯片供电；
所述井下测调配水单元包括至少一个井下测调配水器；所述井下测调配水器包括井下控制芯片、电机、水嘴、流量传感器、压力传感器和温度传感器，所述流量传感器、压力传感器、温度传感器的输出端接井下控制芯片，所述井下控制芯片的输出端接电机，所述电机用于控制水嘴的开度；所述井下控制芯片和地面控制芯片通过电缆连接；所述电源通过电缆给井下控制芯片和电机供电；所述井下测调配水器的上方和下方均设置有用于密封相应注水层的过电缆密封装置，所述过电缆密封装置设置有用于通过注水管的孔。上述井下测调配水单元包括多个井下测调配水器；上述多个井下控制芯片并联后通过电缆与地面控制芯片连接。上述井下控制芯片包括刻度换算单元、电机控制单元、井下编解码单元，上述刻度换算单元的一端分别与流量传感器、压力传感器、温度传感器连接，上述刻度换算单元的另一端通过井下编解码单元与地面控制器连接，上述电机控制单元一端与电机连接，另一端与地面控制器连接。上述地面控制芯片包括地面编解码单元。上述井下测调配水器还包括设置在电缆和井下控制芯片之间的放大滤波电路，上述地面控制器还包括电缆和地面控制芯片的放大滤波电路。一种电缆式注水井调配方法，包括以下步骤(1)在地面，将各注水层井下测调配水器的设定流量值输入地面控制芯片，经地面控制芯片的地面编解码单元编码后传送至各井下控制芯片的井下编解码单元；(2)将井下编解码单元解码后的设定流量值发送给各注水层的电机控制单元，执行注水；(3)各注水层的流量传感器采集相应层位的实际流量值，送至相应层位的电机控制单元，电机控制单元计算实际流量值与步骤( 解码后的设定流量值的差值；若实际流量值与设定流量值的差值超出允许误差范围，控制电机相应地正转或反转调节水嘴开度，调节流量大小；若实际流量值与设定流量值的差值在允许误差范围内时，不调节流量；同时，各注水层的流量传感器、压力传感器、温度传感器将采集到的各层位的流量、压力、温度数据，经井下控制芯片的刻度换算单元换算成实际流量值、实际压力值、实际温度值后，实际流量值、实际压力值、实际温度值再经井下控制芯片的井下编解码单元编码，输送到地面控制芯片的地面编解码单元解码后，通过显示模块显示；(4)重复步骤(3)；直至需要人工调整时，再次由步骤⑴开始执行。该电缆式注水井调配装置及方法的优点如下(1)它以电缆为载体，使用一根电缆连接井下单个或多个注水层位的测调配水器， 同时测取多个层位的流量、压力和温度数据。(2)它能够在地面通过电缆实时对井下各个层位的压力、温度、流量数据、流量调配过程和流量变化进行直读和监测，并将各层的数据显示出来。 (3)当需要人为改变注水层注水量时，则可以根据显示的数据，在地面通过电缆向井下测调配水器发送控制命令，对井下各层注水量大小进行人工调整。
(4)可以在地面通过电缆为井下测调配水器供电，而不是由以往配水器的井下电池提供，这样不仅节约了成本，缩小了配水器的整体体积，而且还大大延长了配水器在井下工作的时间，使注水量调配更加充分。(5)电缆式注水井调配方法缩短了调配时间，降低了劳动强度，实现了井下工具的自动化和地面电缆直读式监测和控制。(6)只需一次管注施工，就可以完成精细分注控制，无需后期人工干预和测量，节约大量人力物力。(7)不需要投捞水嘴，缩短调配时间，降低劳动强度，在大斜度井和水平井也能够广泛使用。
图1为电缆式注水井调配装置结构示意图；图2为井下测调配水器和地面控制器的连接框图。
具体实施例方式一种电缆式注水井调配装置，包括地面控制器、电缆、与注水管连接的井下测调配水单元；地面控制器包括电源、地面控制芯片、与地面控制芯片连接的输入模块和显示模块，所述电源向地面控制芯片供电；井下测调配水单元包括至少一个井下测调配水器；井下测调配水器包括井下控制芯片、电机、水嘴、流量传感器、压力传感器和温度传感器，所述流量传感器、压力传感器、温度传感器的输出端接井下控制芯片，所述井下控制芯片的输出端接电机，所述电机用于控制水嘴的开度；所述井下控制芯片和地面控制芯片通过电缆连接；电源通过电缆给井下控制芯片和电机供电；井下测调配水器的上方和下方均设置有用于密封相应注水层的过电缆密封装置， 所述过电缆密封装置设置有用于通过注水管的孔。显示模块可采用现有各种手段，例如显示器，或打印显示；显示模块可以根据需要显示流量传感器、压力传感器、温度传感器测得的实际流量值、实际压力值、实际温度值，以及设定流量值、重新确定的注水量值、间隔注水时间等。当有多个注水层时，井下测调配水单元包括多个井下测调配水器；多个井下测调配水器的井下控制芯片并联后通过电缆与地面控制芯片连接。井下控制芯片包括刻度换算单元、电机控制单元、井下编解码单元，所述刻度换算单元的一端分别与流量传感器、压力传感器、温度传感器连接，所述刻度换算单元的另一端通过井下编解码单元与地面控制器连接，所述电机控制单元一端与电机连接，另一端与地面控制器连接。地面控制芯片包括地面编解码单元。井下测调配水器还包括设置在电缆和井下控制芯片之间的放大滤波电路，地面控制器还包括电缆和地面控制芯片的放大滤波电路。
一种电缆式注水井调配方法，包括以下步骤(1)在地面，将各注水层井下测调配水器的设定流量值输入地面控制芯片，经地面控制芯片的地面编解码单元编码后传送至各井下控制芯片的井下编解码单元；(2)将井下编解码单元解码后的设定流量值发送给各注水层的电机控制单元，执行注水；(3)各注水层的流量传感器采集相应层位的实际流量值，变送至相应层位的电机控制单元，电机控制单元计算实际流量值与步骤( 解码后的设定流量值的差值；若实际流量值与设定流量值的差值超出允许误差范围，控制电机相应地正转或反转调节水嘴开度，调节流量大小；若实际流量值与设定流量值的差值在允许误差范围内时，不调节流量；同时，各注水层的流量传感器、压力传感器、温度传感器将采集到的各层位的流量、压力、温度数据，经井下控制芯片的刻度换算单元换算成实际流量值、实际压力值、实际温度值后，实际流量值、实际压力值、实际温度值再经井下控制芯片的井下编解码单元编码，输送到地面控制芯片的地面编解码单元解码后，通过显示模块显示；(4)重复步骤(3)；直至需要人工调整时，再次由步骤⑴开始执行。该装置及方法，当不需要人工调整时，可以在无人操作下在井下由流量传感器测得数据实时调节水嘴进行流量测调，实现精确的注水层注水，也能够在地面通过电缆实时对井下各个层位的压力、温度、流量数据、流量调配过程和流量变化进行直读和监测，并将各层的数据显示出来，及时的发现井下问题，避免造成重大损失。当需要人为改变注水层注水量时，则可以根据显示的数据，在地面通过电缆向井下测调配水器发送控制命令，井下控制芯片的电机控制单元接收地面重新确定的注水层注水量值，与实际测得的流量数据比较，若差值超过允许误差限度，则控制电机转动调节水嘴开度，完成流量调节以达到预期注水量，实现注水层调配注水。电缆式注水井调配方法可以在地面通过电缆为井下测调配水器供电，而不是由以往配水器的井下电池提供，这样不仅节约了成本，缩小了配水器的整体体积，而且还大大延长了配水器在井下工作的时间，使注水量调配更加充分。电缆式注水井调配方法缩短了调配时间，降低了劳动强度，实现了井下工具的自动化和地面电缆直读式监测和控制，电缆式注水井调配方法依据其自身的特点，可以满足油田注水井大部分井况的需求，前景良好。
权利要求
1.一种电缆式注水井调配装置，其特征在于包括地面控制器、电缆、与注水管连接的井下测调配水单元；所述地面控制器包括电源、地面控制芯片、与地面控制芯片连接的输入模块和显示模块，所述电源向地面控制芯片供电；所述井下测调配水单元包括至少一个井下测调配水器；所述井下测调配水器包括井下控制芯片、电机、水嘴、流量传感器、压力传感器和温度传感器，所述流量传感器、压力传感器、温度传感器的输出端接井下控制芯片，所述井下控制芯片的输出端接电机，所述电机用于控制水嘴的开度； 所述井下控制芯片和地面控制芯片通过电缆连接； 所述电源通过电缆给井下控制芯片和电机供电；所述井下测调配水器的上方和下方均设置有用于密封相应注水层的过电缆密封装置， 所述过电缆密封装置设置有用于通过注水管的孔。
2.根据权利要求1所述的电缆式注水井调配装置，其特征在于所述井下测调配水单元包括多个井下测调配水器；所述多个井下控制芯片并联后通过电缆与地面控制芯片连接。
3.根据权利要求1或2所述的电缆式注水井调配装置，其特征在于所述井下控制芯片包括刻度换算单元、电机控制单元、井下编解码单元，所述刻度换算单元的一端分别与流量传感器、压力传感器、温度传感器连接，所述刻度换算单元的另一端通过井下编解码单元与地面控制器连接，所述电机控制单元一端与电机连接，另一端与地面控制器连接。
4.根据权利要求3所述的电缆式注水井调配装置，其特征在于所述地面控制芯片包括地面编解码单元。
5.根据权利要求4所述的电缆式注水井调配装置，其特征在于所述井下测调配水器还包括设置在电缆和井下控制芯片之间的放大滤波电路，所述地面控制器还包括电缆和地面控制芯片的放大滤波电路。
6.一种电缆式注水井调配方法，其特征在于包括以下步骤(1)在地面，将各注水层井下测调配水器的设定流量值输入地面控制芯片，经地面控制芯片的地面编解码单元编码后传送至各井下控制芯片的井下编解码单元；(2)将井下编解码单元解码后的设定流量值发送给各注水层的电机控制单元，执行注水；(3)各注水层的流量传感器采集相应层位的实际流量值，送至相应层位的电机控制单元，电机控制单元计算实际流量值与步骤( 解码后的设定流量值的差值；若实际流量值与设定流量值的差值超出允许误差范围，控制电机相应地正转或反转调节水嘴开度，调节流量大小；若实际流量值与设定流量值的差值在允许误差范围内时，不调节流量； 同时，各注水层的流量传感器、压力传感器、温度传感器将采集到的各层位的流量、压力、温度数据，经井下控制芯片的刻度换算单元换算成实际流量值、实际压力值、实际温度值后，实际流量值、实际压力值、实际温度值再经井下控制芯片的井下编解码单元编码，输送到地面控制芯片的地面编解码单元解码后，通过显示模块显示；(4)重复步骤(3)；直至需要人工调整时，再次由步骤(1)开始执行。
全文摘要
本发明提供了一种可以长时间在注水层注水井井下工作的电缆式注水井调配装置及方法。该电缆式注水井调配装置，包括地面控制器、电缆、与注水管连接的井下测调配水单元；该电缆式注水井调配方法，包括在地面将各注水层井下测调配水器的设定流量值输入地面控制芯片，经地面控制芯片的地面编解码单元编码后传送至各井下控制芯片的井下编解码单元；将井下编解码单元解码后的设定流量值发送给各注水层的电机控制单元，执行注水；调节注水；本发明以电缆为载体，使用一根电缆连接井下单个或多个注水层位的测调配水器，同时测取多个层位的流量、压力和温度数据。
文档编号E21B43/20GK102418505SQ20111044651
公开日2012年4月18日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者周明刚, 张伟强, 王振华 申请人:西安思坦仪器股份有限公司