分段注水井井口和井底信号无线收发装置的制作方法

本实用新型涉及油田注水井的注水设备，尤其是分段注水井井口和井底信号无线收发装置，能够用于分段注水的直井、大斜度井和水平井中。

背景技术：

在油田开发过程中，分层注水是解决储层的层间矛盾，实施有效注水的重要手段。采集井下数据以及对井下设备的控制是一项十分重要的工作，通常需要几千米的电缆与井下传感器或设备连接，实现信号的传输。目前常用的分注工艺在定期的测调工作过程中均需要钢丝或电缆携带流量计或打捞工具进行多次起下作业，测调工作量大，采用有线传输生产成本高，易出现线路故障。在大斜度井以及水平井分段注水工程中，传统的测调工艺无法实现定期测调工作。

常用的无线传输技术主要有电磁波传输技术、脉冲传输技术、光纤遥测技术、声波传输等几种方式。电磁波传输技术主要以地层为介质传输，传输距离短、耗电量大，不适合井下长期的数据远传工作。脉冲传输对设备性能要求高，成本较高，耗电量大。光纤传输设备对工作环境要求较高，在井下复杂环境中易出现光缆损坏等现象，不适合远距离井下数据传输。声波传输大多使用超声波等做近距离数据传输，不适合远距离传输。

为解决分层注水测调工作中存在的诸多问题，需要使用井下分段注水用的无线测控配水装置，因此需要有一套无线传输的设备与之配合，实现分段注水的远程操控。生产现场需要一种能够与无线测控配水装置配合使用、实现分段注水的无线收发装置。

技术实现要素：

本实用新型提供分段注水井井口和井底信号无线收发装置，使用次声波作为井筒内远距离信息传输载体与无线测控配水装置配合使用，解决目前分层注水测调工作中存在的问题，实现不起下管柱调配各层段配注量的目的，降低生产成本。

本实用新型的技术方案如下：

分段注水井井口信号无线收发装置主要由GPRS通讯模块、井口装置控制电路板、次声波发生器和次声波接收器组成，井口装置壳体设有本地通讯接口，GPRS通讯模块和本地通讯接口通过电缆与井口装置控制电路板并联，电池组、次声波发生器和次声波接收器与井口装置控制电路板通过电缆连接；将GPRS通讯模块、井口装置控制电路板、电池组、次声波发生器和次声波接收器安装在井口装置壳体内。

信号中继放大装置主要由次声波发生器、次声波接收器和电池组组成，放大装置电路板与电池组通过电缆连接，次声波发生器和次声波接收器置于放大装置电路板和电池组的两端并在次声波发生器和次声波接收器的两端安装密封件；将密封件、次声波发生器、次声波接收器、放大装置电路板和电池组安装在放大装置壳体与中心管之间的环空内，放大装置壳体两端分别与放大装置上接口和放大装置下接口连接。

分段注水井井底信号无线收发装置主要由次声波发生器、次声波接收器和电池组组成，井底装置电路板与电池组通过电缆连接，将次声波发生器和次声波接收器置于井底装置电路板的上方并通过电缆与井底装置电路板连接；在次声波发生器和次声波接收器的上方安装密封件，将次声波发生器、次声波接收器、井底装置电路板和电池组安装在井底装置壳体的环形腔中，在井底装置壳体的环形腔上端连接井底装置上接口。

本实用新型的显著效果在于：

无线测控配水装置通过本实用新型的井底信号无线收发装置向地面传输状态信息，地面工作人员根据状态信息做出调配指令，并通过井口信号无线收发装置和井底信号无线收发装置传输至无线测控配水装置，实现不起下管柱调配各层段配注量的目的。

井口信号无线收发装置安装在分层注水井井口的测试阀门上，起到接收井下信号，对信号进行滤波、放大等处理，将数据远程至大型计算机的后台处理器中或通过本地数据接口采集到现场移动处理设备中，并将调配指令编译成次声波信号向井下发送，引导各注水层的无线测控配水装置调控配注水量。

井底信号无线收发装置与无线测控配水装置配合安装，每个注水层段安装一个，起到接收无线测控配水装置信号的作用并将其信号转换为次声波信号，向井口输出次声波信号；接收来自井口的次声波指令信号，将指令信号转换为电信号发送给无线测控配水装置，引导各注水层段的无线测控配水装置调控配注水量。

信号中继放大装置安装在井口与第一个或称上部注水层之间的油管中，代替相应的注水管柱接箍，每隔400m－600m设置一个，可根据现场井下情况变动间隔距离，起到次声波信号中继放大的作用。该装置的应用大大提高了信号的传输距离，并降低了单个次声波发生器和次声波接收器的功率，延长了电池组的使用寿命。

为延长井下电池组的使用寿命，对井底信号无线收发装置和无线测控配水装置采用定期唤醒与人工井口信号唤醒两种方式，大部分时间内井下的设备均处于休眠状态，注入水则通过无线测控配水装置向各个油层注水。井底信号无线收发装置与无线测控配水装置配套使用，每个注水层需要安装一套，安装套数由注水层的个数决定，注水层之间使用封隔器将油套环形空间分隔开，实现多段注水功能和对分段注水井的远程调控。

本实用新型与无线测控配水装置配合使用，经过现场实验证明可以定时取得井底分段压力、分段注水量等参数，通过井口发送调配指令，可实现不起下管柱调配各层段配注量的目的，不仅能够用于直井，同时也实现了大斜度井与水平井的无线调配功能。本实用新型与无线测控配水装置配合使用工作稳定，解决了传统调配技术工作量大、费用高，传统的测调工艺无法实现大斜度井以及水平井分段注水、定期测调的缺陷。本实用新型采用定期唤醒与人工井口信号唤醒两种方式，实现了低功耗，长时间工作的目标，达到了预期的目的。本实用新型投入成本低、工作可靠，大幅降低了生产成本，具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本实用新型的工作状态示意图；

图2是井口信号无线收发装置的结构示意图；

图3是信号中继放大装置的结构示意图；

图4是井底信号无线收发装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图详述本实用新型，并非限制本实用新型的保护范围。以下所述仅为本实用新型的较佳实施例，非用以限定本实用新型的保护范围，其他运用本实用新型的等效变化，均应属于本实用新型的保护范围。

参见图2，分段注水井井口信号无线收发装置主要由GPRS通讯模块13、井口装置控制电路板15、次声波发生器16和次声波接收器17组成，井口装置壳体12设有本地通讯接口14，GPRS通讯模块13和本地通讯接口14通过电缆与井口装置控制电路板15并联，电池组18、次声波发生器16和次声波接收器17与井口装置控制电路板15通过电缆连接；将GPRS通讯模块13、井口装置控制电路板15、电池组18、次声波发生器16和次声波接收器17安装在井口装置壳体12内。本地通讯接口14设置在井口装置壳体12的顶部，井口装置壳体12下部设有密封腔与井口3的测试阀门通过卡瓦连接，整个井口装置壳体12是一个密闭空间。

参见图3，信号中继放大装置主要由次声波发生器16、次声波接收器17和电池组18组成，放大装置电路板21与电池组18通过电缆连接，次声波发生器16和次声波接收器17置于放大装置电路板21和电池组18的两端并在次声波发生器16和次声波接收器17的两端安装密封件20；将密封件20、次声波发生器16、次声波接收器17、放大装置电路板21和电池组18安装在放大装置壳体23与中心管22之间的环空内，放大装置壳体23两端分别与放大装置上接口19和放大装置下接口24连接。放大装置电路板21和电池组18两端的次声波发生器16和次声波接收器17相向放置；放大装置上接口19和放大装置下接口24的外圆均设有外螺纹与放大装置壳体23螺纹连接、其内腔一端均是锥形腔，内腔中的内螺纹与油管6连接，锥形腔的小口内径与中心管22的内径相符。放大装置上接口19与放大装置下接口24锥形腔的小口端相向连接在放大装置壳体23的两端。

参见图4，分段注水井井底信号无线收发装置主要由次声波发生器16、次声波接收器17和电池组18组成，井底装置电路板26与电池组18通过电缆连接，将次声波发生器16和次声波接收器17置于井底装置电路板26的上方并通过电缆与井底装置电路板26连接；在次声波发生器16和次声波接收器17的上方安装密封件20，将次声波发生器16、次声波接收器17、井底装置电路板26和电池组18安装在井底装置壳体27的环形腔中，在井底装置壳体27的环形腔上端连接井底装置上接口25。井底装置壳体27环形腔的底部封堵、上部外壁设有内螺纹与井底装置上接口25连接；井底装置壳体27的下部内腔设有锥形过渡腔，其锥形过渡腔的上端端口的口径与井底装置壳体27中心孔的内径相符、下端端口的口径小于下端内腔的口径，下端内腔设有内螺纹与无线测控配水装置8螺纹连接。井底装置壳体27中心孔的内径与油管6的内径相符；井底装置上接口25的上部内圆设有内螺纹与油管6连接。

参见图1，分段注水井井口信号无线收发装置、信号中继放大装置以及分段注水井井底信号无线收发装置的无线传输方法，是：

A、将分段注水井井口信号无线收发装置2安装在井口3的测试阀门上，将信号中继放大装置5连接在上部注水层与井口3之间的油管6中；

B、将分段注水井井底信号无线收发装置7与无线测控配水装置8配套连接在油管6中、与每个注水层相对应；

C、注水层之间通过封隔器9卡封油管6与套管4之间的环形空间；

D、在最底部注水层下方的油管6中连接单流阀10和筛管丝堵11；

E、分段注水井井口信号无线收发装置2通过GPRS通讯模块13将井下数据远程传输到大型计算机的后台处理器中或者将本地通讯接口14与现场移动处理设备1连接、传送到现场移动处理设备1中。

在油管6中连接的信号中继放大装置5每隔400m－600m连接一个；信号中继放大装置5、分段注水井井底信号无线收发装置7以及无线测控配水装置8能够代替油管接箍连接在油管6中；信号中继放大装置5的中心管22、分段注水井井底信号无线收发装置7的中心孔以及无线测控配水装置8的内管和油管6一起做为注水通道。

分段注水井井口信号无线收发装置2、信号中继放大装置5、分段注水井井底信号无线收发装置7以及无线测控配水装置8由大型计算机的后台处理器或现场移动处理设备1定期启动，也能够通过井口3安装的分段注水井井口信号无线收发装置2人工启动。

本实用新型的无线传输工作原理如下：

通过大型计算机后台处理器中的控制软件与GPRS通讯模块13建立连接，或者在现场使用现场移动处理设备1或手提计算机与本地通讯接口14连接，向分段注水井井口信号无线收发装置2发送数据收集指令。分段注水井井口信号无线收发装置2将该指令编译为次声波信号，通过多个信号中继放大装置5将次声波信号传递给分段注水井井底信号无线收发装置7。分段注水井井底信号无线收发装置7将次声波信号转换为电信号传递给无线测控配水装置8。

无线测控配水装置8接收到信号后向分段注水井井底信号无线收发装置7发送状态信息，分段注水井井底信号无线收发装置7将该信息转换为次声波信号，通过多个信号中继放大装置5将次声波信号传递给分段注水井井口信号无线收发装置2。分段注水井井口信号无线收发装置2将信号传递给后台处理器或现场移动处理设备1。

后台处理器或现场移动处理设备1根据反馈的状态信息，下达调配指令。调配指令依次经过分段注水井井口信号无线收发装置2、多个信号中继放大装置5与分段注水井井底信号无线收发装置7传递给无线测控配水装置8，该无线测控配水装置8根据调配指令自行、多次调节，直到接近调配指令指定的所处注水层的配注量。

无线测控配水装置8完成调配后向分段注水井井底信号无线收发装置7发送一个调配后的状态信息。该信息依次经过分段注水井井底信号无线收发装置7、多个信号中继放大装置5和分段注水井井口信号无线收发装置2传递给后台处理器或现场移动处理设备1。工作人员根据该状态信息判断调配是否到位。

上面叙述的实施例仅仅为典型实施例，但本实用新型不仅限于这些实施例，本领域的技术人员可以在不偏离本实用新型的精神和启示下做出修改。本文所公开的方案可能存在很多变更、组合和修改，且都在本实用新型的范围内，因此，保护范围不仅限于上文的说明。