本发明涉及一种油气钻完井和油气开采领域，特别是关于一种液压控制的智能完井系统及控制方法。
背景技术
完井是钻井完成之后，建立油气层与井眼合理的连通方式作业。传统的完井作业完成后，油气层与井眼间的流动大小在井底不再可调，除非在井下通过封隔器、桥塞或水泥塞等方式封隔油气层，不能在井下根据井下油藏特性对生产进行调整，难以对生产进行优化，对多层井若层间矛盾突出则只能分层开采，生产效率不高。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明的目的是提供一种液压控制的智能完井系统及控制方法，其可开关井下油气层、可对井下油气层流入进行多级流量控制，实现根据井下油藏特性进行生产调整，实现多层合采，提高生产效率。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种液压控制的智能完井系统，其特征在于，该系统包括地面信号发生及动力系统和井下控制系统；每个油气层对应设置一套所述井下控制系统，每一所述井下控制系统都包括井下液路控制器、井下解码器、锁紧液缸控制器、多位控制器和伺服液缸；所述地面信号发生及动力系统用于提供液压驱动力信号，并传输至所述井下控制系统；液压信号先进入所述井下液路控制器，经所述井下液路控制器识别后判定是否将液压信号继续传递至所述井下解码器，所述井下解码器用于识别由地面信号发生及动力系统传输至本油气层的液压信号，打开当前油气层，使液压驱动力依次进入所述锁紧液缸控制器和多位控制器，由所述井下液路控制器实现对当前油气层的开关或流量调节，所述锁紧液缸控制器用于控制液压油路的开闭，所述多位控制器通过液压信号实现位置控制；所述伺服液缸与井下滑套连接，所述伺服液缸跟随所述多位控制器的位置，同时放大所述井下滑套推力，实现对井下滑套开启度的控制，从而控制井下流量。
进一步，所述地面信号发生及动力系统包括液压油箱、液压油过滤器、电机、液压油泵、液压信号发生器、井口装置和液压控制管缆；所述液压油箱出口经液压管线与所述液压油过滤器一端连接，所述液压油过滤器另一端经液压管线与所述液压油泵入口端连接，所述液压油泵由所述电机驱动其工作；所述液压油泵出口端经所述液压信号发生器与所述液压控制管缆连接；所述液压控制管缆穿过设置在井口处的井口装置到达井眼内部。
进一步，所述液压控制管缆由第一控制管线、第二控制管线、第三控制管线和非金属护套构成；三根控制管线并列设置，并由所述非金属护套将所述三根控制管线封装在一起。
进一步，所述第一控制管线、第二控制管线和第三控制管线都采用不锈钢管线。
进一步，所述井下液路控制器内包括第一个至第三个定差减压阀、一个二位四通阀、第一个至第四个单向阀和第一个、第二个液控二位二通阀；所述第一控制管线上依次设置有所述第一单向阀和第二单向阀，所述第二控制管线上依次设置有所述第三单向阀和第四单向阀；所述二位四通阀第一工作端并联在所述第一单向阀两端，所述二位四通阀第二工作端并联在所述第三单向阀两端；所述二位四通阀控制端与所述第一个定差减压阀一端连接，所述第一个定差减压阀另一端与所述第三控制管线连接；所述第一个液控二位二通阀工作端并联在所述第二单向阀两端，所述第一个液控二位二通阀控制端经所述第二个定差减压阀与所述第一控制管线连接；所述第二个液控二位二通阀工作端并联在所述第四单向阀两端，所述第二个液控二位二通阀控制端经所述第三个定差减压阀与所述第二控制管线连接。
进一步，所述井下解码器包括第三液控二位二通阀和活塞腔；所述第三液控二位二通阀一端与所述第一控制管线连接，另一端与所述活塞腔的控制端连接，所述活塞腔的另一端与所述第二控制管线连接，且所述活塞腔的出油口与所述锁紧液缸控制器连接。
进一步，所述锁紧液缸控制器包括第一弹簧复位液缸和机动二位四通阀；所述第一弹簧复位液缸控制端与所述活塞腔出油口连接，所述第一弹簧复位液缸活塞与所述机动二位四通阀控制端对应设置，所述第一弹簧复位液缸工作时液缸活塞伸至所述机动二位四通阀控制端，开启机动所述机动二位四通阀；所述机动二位四通阀两工作端分别串联在所述第一控制管线、第二控制管线上。
进一步，所述多位控制器包括第一多位液缸、第二多位液缸和压力选择液缸；所述第一多位液缸控制端与所述第二控制管线连接，所述第一多位液缸活塞与所述第二多位液缸控制端对应设置；所述第二多位液缸控制端与所述第一控制管线连接，所述第二多位液缸活塞与所述伺服液缸连接；所述压力选择液缸输入端分别与所述第一控制管线和第二控制管线连接，所述压力选择液缸输出端分别与所述第一多位液缸活塞端、第二多位液缸活塞端和伺服液缸连接。
进一步，所述伺服液缸包括机动伺服阀和主液缸；所述机动伺服阀分别与所述第二多位液缸活塞和压力选择液缸输出端连接，所述主液缸一端与所述机动伺服阀连接，所述主液缸另一端与所述第三控制管线连接。
一种如上述智能完井系统的液压控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)液压油经液压油箱进入液压油过滤器，电机带动液压油泵打压，使液压管线内压力升高，通过液压信号发生器输出周期性的矩形波压力信号，得到向下传输的液压控制信号；2)液压控制信号通过液压管线传向井口，经过可通过液压控制管缆的井口装置，传到液压控制管缆到达井眼内部；液压控制管缆内的三根控制管线中的压力信号组合成一压力序列；3)压力通过液压控制管缆传到井下液路控制器，如果第三控制管线有信号，则信号通过第一个定差减压阀时还有压力，减压后的液压油通向二位四通阀，关闭第一控制管线和第二控制管线；如果第三控制管线没有信号，则信号不能通过第一个定差减压阀，二位四通阀保持常位，第一控制管线和第二控制管线处于导通状态；当第一控制管线的信号为有效信号时，第二个定差减压阀导通，打开第一个液控二位二通阀，液压油进入下一环节；如果第一控制管线的信号不是有效信号时，第二个定差减压阀关闭，第一个液控二位二通阀在常态下关闭，液压油不能进入下一环节；4)液压油通过井下液路控制器后，如果是第二控制管线先进油，则液压油控制第三液控二位二通阀断开，第一控制管线液压油不能进入下一环节；同时第二控制管线的液压油推动活塞腔内活塞向左移动，活塞腔出油口被堵住，第二控制管线的液压油也不能进入下一环节；当第一控制管线先进油时，则液压油控制第三液控二位二通阀导通，第一控制管线液压油进入活塞腔，推动活塞向右移动，打开第一控制管线与活塞腔的出油通道；这时第二控制管线进油时，液压油经过活塞腔进入下一环节；5)当液压油通过解码器进入第一弹簧复位液缸时，液缸活塞伸出，经过一段行程后，开启机动二位四通阀，液压油进入下一环节；6)当信号液压油进入多位多位控制器时，第一多位液缸、第二多位液缸通过差动实现伸出，压力选择液缸选择第一控制管线和第二控制管线中较大的压力进入第一多位液缸和第二多位液缸的右部，防止液缸在信号0时伸出；由第一控制管线控制第二多位液缸，第二控制管线控制第一多位液缸；第一多位液缸、第二多位液缸和压力选择液缸控制方法为：当第一控制管线和第二控制管线压力信号为00时，多位控制器位移为0；压力信号为01时，多位控制器位移为1；压力信号为10时，多位控制器位移为2；压力信号为时，多位控制器位移为3；7)第二多位液缸的活塞与下一级的伺服阀相连，伺服阀与主液缸相连，组成一个位置伺服机构；由压力选择液缸选择较大的压力进入伺服阀和主液缸，从而实现位置跟随和力的放大作用，从而控制油气层流体进入油管的流量，完成油气生产井下控制。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用对井下油气层进行分别控制；可开关井下油气层、可对井下油气层流入进行多级流量控制，实现根据井下油藏特性进行生产调整，实现多层合采，提高生产效率。2、本发明采用的井下解码器负责把地面传到本地层的液压信号识别出来，并打开当前油气层，使液压动力进入井下液路控制器，实现对当前油气层的开关或流量调节。3、本发明为保证层与层之间封隔，且控制管线可以通过，在各油气层之间安装可以通过液压控制管缆的封隔器。4、本发明不采用井下电子设备即可实现井下目的层的流量控制。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的地面信号发生及动力系统结构示意图；
图3为本发明的液压控制管缆截面示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述；其中，图2所表示结构为垂直井，只是为了表述方便，其油井可以是斜井、水平井或多底井。
如图1所示，本发明提供一种液压控制的智能完井系统，其包括地面信号发生及动力系统1和井下控制系统。井下有多个油气层，每个油气层对应设置一套井下控制系统，相邻油气层之间采用可通过管缆的封隔器8分隔开。每一套井下控制系统都包括井下解码器2、井下液路控制器3、锁紧液缸控制器4、多位控制器5和伺服液缸6。地面信号发生及动力系统1用于提供液压驱动力信号，并传输至井下控制系统。液压信号先进入井下液路控制器3，经井下液路控制器3识别后判定是否将液压信号继续传递至井下解码器2，井下解码器2用于识别由地面信号发生及动力系统1传输至本油气层的液压信号，分析响应后打开当前油气层，使液压驱动力依次进入锁紧液缸控制器4和多位控制器5，由井下液路控制器3实现对当前油气层的开关或流量调节，锁紧液缸控制器4用于控制液压油路的开闭，多位控制器5通过液压信号实现伺服液缸6中流入主液缸39液压通道的位置选择与控制；伺服液缸6与井下滑套连接，伺服液缸6跟随多位控制器5的位置，同时放大井下滑套推力，实现对井下滑套开启度的控制，从而控制井下流量。
上述实施例中，如图2所示，地面信号发生及动力系统1提供井下执行原件的动力，同时提供井下位置控制的信号，其包括液压油箱9、液压油过滤器10、电机11、液压油泵12、液压信号发生器13、单向阀14、井口装置15和液压控制管缆16。液压油箱9出口经液压管线与液压油过滤器10一端连接，液压油过滤器10另一端经液压管线与液压油泵12入口端连接，液压油泵12由电机11驱动其工作。液压油泵12出口端经液压信号发生器13与液压控制管缆16连接，位于液压信号发生器13和液压控制管缆16之间的液压管线上设置有单向阀14。液压控制管缆16穿过设置在井口处的井口装置15到达井眼内部；井眼周向设置有套管17，位于套管17内设置有油管18，油管18上设置有可通过液压控制管缆的封隔器8和井下控制系统。井眼由多个岩层19、多个地层20和多个油气层构成。
上述实施例中，为保证井下控制的可行性，在本实施例中采用3根控制管线控制井下6层的策略：第一控制管线l1、第二控制管线l2和第三控制管线l3。因而液压油泵12出口可以连接三根控制管线，或采用3个液压油泵12分别打压，或液压信号发生器13产生3路液压控制信号。
其中，如图3所示，液压控制管缆16由第一控制管线l1、第二控制管线l2、第三控制管线l3和非金属护套21构成；第一控制管线l1、第二控制管线l2和第三控制管线l3都采用不锈钢管线。三根不锈钢管线并列设置，并由非金属护套21将三根不锈钢管线封装在一起，构成一根扁平的控制管缆16，便于固定在井下油管上。其中，不锈钢管线可以采用1/4”不锈钢管线，壁厚可以为0.035”、0.049”或0.065”。
地面信号发生及动力系统1提供的井下位置控制信号由无效信号和有效信号组成：设置一个门槛压力，地面信号发生及动力系统1提供的液压动力信号压力低于该门槛压力，则认定该系统压力为无效信号或者为杂散信号，对系统不起作用。有效信号是指系统压力不低于门槛压力时，则该系统压力为有效信号。有效信号根据压力大小分别表示为0、1，门槛压力为0，高压为1，即高于门槛压力的液压动力信号压力为1；这样在地面信号发生及动力系统1的3个液压控制管缆16上只提供3个压力，无压力表示无信号，门槛压力0和高压1。
上述各实施例中，井下液路控制器3内包括第一单向阀22、第二单向阀23、第三单向阀24、第四单向阀25、二位四通阀26、第一个定差减压阀27、第一个液控二位二通阀28、第二个定差减压阀29、第三个液控二位二通阀30和第三个定差减压阀31。第一控制管线l1上依次设置有第一单向阀22和第二单向阀23，第二控制管线l2上依次设置有第三单向阀24和第四单向阀25。二位四通阀26第一工作端并联在第一控制管线l1上的第一单向阀22两端，二位四通阀26第二工作端并联在第二控制管线l2上的第三单向阀24两端；二位四通阀26控制端与第一个定差减压阀27一端连接，第一个定差减压阀27另一端与第三控制管线l3连接。第一个液控二位二通阀28工作端并联在第一控制管线l1上的第二单向阀23两端，第一个液控二位二通阀28控制端经第二个定差减压阀29与第一控制管线l1连接。第二个液控二位二通阀30工作端并联在第二控制管线l2上的第四单向阀25两端，第二个液控二位二通阀30控制端经第三个定差减压阀31与第二控制管线l2连接。
上述各实施例中，井下解码器2包括第三液控二位二通阀32和活塞腔33。第三液控二位二通阀32一端与第一控制管线l1连接，另一端与活塞腔33的控制端连接，活塞腔33的另一端与第二控制管线l2连接；且活塞腔33的出油口与锁紧液缸控制器4连接。
上述各实施例中，锁紧液缸控制器4包括第一弹簧复位液缸34和机动二位四通阀35。第一弹簧复位液缸34控制端与活塞腔33出油口连接，第一弹簧复位液缸34活塞与机动二位四通阀35控制端对应设置，第一弹簧复位液缸34工作时液缸活塞伸出，经过一段行程后，伸至机动二位四通阀35控制端，开启机动二位四通阀35。机动二位四通阀35两工作端分别串联在第一控制管线l1、第二控制管线l2上。
上述各实施例中，多位控制器5包括第一多位液缸36、第二多位液缸37和压力选择液缸38；第一多位液缸36、第二多位液缸37都采用弹簧复位液缸。第一多位液缸36控制端与第二控制管线l2连接，第一多位液缸36活塞与第二多位液缸37控制端对应设置；第二多位液缸37控制端与第一控制管线l1连接，第二多位液缸37活塞与伺服液缸6连接。压力选择液缸38输入端分别与第一控制管线l1和第二控制管线l2连接，压力选择液缸38输出端分别与第一多位液缸36活塞端、第二多位液缸37活塞端和伺服液缸6连接。其中，第二多位液缸37的行程是第一多位液缸36行程的2倍。
上述各实施例中，伺服液缸6包括机动伺服阀39和主液缸40。机动伺服阀39分别与第二多位液缸37活塞和压力选择液缸38输出端连接，主液缸40一端与机动伺服阀39连接，主液缸40另一端与第三控制管线l3连接。
基于上述系统，本发明还提供一种智能完井系统的液压控制方法，其包括以下步骤：
1)液压油经液压油箱9进入液压油过滤器10，电机11带动液压油泵12打压，使液压管线内压力升高，例如升高至3mpa(但不限于3mpa)。通过液压信号发生器13输出周期性的矩形波(并不限于矩形波，其他可实现相同控制效果的波形也可)压力信号，从而得到向下传输的液压控制信号。
2)液压控制信号通过液压管线和单向阀14传向井口，经过可通过液压控制管缆的井口装置15，传到液压控制管缆16到达井眼内部；液压控制管缆16内的三根不锈钢管线21中的压力信号组合成一压力序列。
3)压力通过液压控制管缆16传到井下液路控制器，如果第三控制管线l3有信号，且信号通过第一个定差减压阀27时还有压力，减压后的液压油通向二位四通阀26，关闭第一控制管线l1和第二控制管线l2；如果第三控制管线l3没有信号，则信号不能通过第一个定差减压阀27，二位四通阀26保持常位，第一控制管线l1和第二控制管线l2处于导通状态。当第一控制管线l1的信号为有效信号时，第二个定差减压阀29导通，打开第一个液控二位二通阀28，液压油进入下一环节；如果第一控制管线l1的信号不是有效信号时，第二个定差减压阀29关闭，第一个液控二位二通阀28在常态下关闭，液压油不能进入下一环节。
4)液压油通过井下液路控制器3后，如果是第二控制管线l2先进油，则液压油控制第三液控二位二通阀32断开，第一控制管线l1液压油不能进入下一环节；同时第二控制管线l2的液压油推动活塞腔33内活塞向左移动，活塞腔33出油口被堵住，第二控制管线l2的液压油也不能进入下一环节。当第一控制管线l1先进油时，则液压油控制第三液控二位二通阀32导通，第一控制管线l1液压油进入活塞腔33，推动活塞向右移动，打开第一控制管线l1与活塞腔33的出油通道；这时第二控制管线l2进油时，液压油经过活塞腔33进入下一环节。因此，只有在第二控制管线l2上按先l1后l2施加压力的序列时，液压油才能导通完成解码过程；按先l2后l1施加压力序列时，液压油不导通。
但如果在管线l1、l2上按先l2后l1的压力序号施加压力序列时，将对第二层进行解码。同样，在管线l1、l3上按先l1后l3序列、先l3后l1序列，在管线l2、l3上按先l2后l3、先l3后l2序列均可对不同的层位实现解码。这样采用3条管线，可以对井下6层进行层位选择，实现对指定层的操作。
5)当液压油通过解码器进入第一弹簧复位液缸34时，液缸活塞伸出，经过一段行程后，开启机动二位四通阀35，液压油进入下一环节。
6)当信号液压油进入多位多位控制器5时，第一多位液缸36、第二多位液缸37通过差动实现伸出，压力选择液缸38选择第一控制管线l1和第二控制管线l2中较大的压力进入第一多位液缸36和第二多位液缸37的右部，防止液缸在信号0时伸出。第二多位液缸37的行程是第一多位液缸36行程的2倍。由第一控制管线l1控制第二多位液缸37，第二控制管线l2控制第一多位液缸36。
第一多位液缸36、第二多位液缸37和压力选择液缸38控制方法为：当第一控制管线l1和第二控制管线l2压力信号为00时，多位控制器5位移为0；压力信号为01时，多位控制器5位移为1；压力信号为10时，多位控制器5位移为2；压力信号为11时，多位控制器5位移为3；从而实现多个准确的位置。
7)由于实现位置控制的第一多位液缸36、第二多位液缸37结构较为复杂，井下空间有限，不能做的较大，不能提供有效的推力。把第二多位液缸37的活塞与下一级的伺服阀39相连，伺服阀与主液缸40相连，组成一个位置伺服机构。由压力选择液缸38选择较大的压力进入机动伺服阀39和主液缸40，从而实现位置跟随和力的放大作用，同时放大井下滑套推力，实现对井下滑套开启度的控制，从而控制井下流量，完成油气生产井下控制。
上述各步骤中，如果不使用回油管，则3条管线可以控制8个井下位置。增加一条液压管线可以使井下可控位置增加一倍。
上述各步骤中，改变3条管线的压力信号序列，则可实现对其他层位的流量控制。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。