一种集中控制式智能分层注水管柱及调控系统的制作方法

本发明涉及油田开采技术领域，尤其是涉及一种集中控制式智能分层注水管柱及调控系统。

背景技术

注水开发是保持油层压力，实现油田高产稳产和改善油田开发效果最经济、最成熟、最具潜力的方法。在我国油田储集层中，92％为陆相碎屑岩沉积，非均质性强。为加强中、低渗透层注水，提高水驱开发效果，分层注水技术是油田开发系统的主攻方向之一。分注井数的增多，测调工作量与现有测调技术效率低之间的矛盾也呈严重趋势，同时无法实现动态监测和精细注水，这对于油田注水开发效率造成了巨大损失。因此，实时监测和调配技术是油田分层注水开发中必须面对和解决的重大问题。

智能分注技术是近年来逐渐兴起的用于实现注水井实时监测和调配的技术，已经受到了广泛的关注，国内油田已开展研究，形成了有缆式和无缆式两种智能分层注水管柱。有缆式智能分注管柱通过电缆实现双向通信，但增加了成本和施工难度；无缆式智能分注管柱采用无线通讯(电磁波、压力波或声波)，如：(1)申请号为201510900444.5一种分注井智能测调与监测工艺装置及其测调与监测方法，其管柱特点是采用近距离电磁波通讯，缺点是无线通信距离短、现场离不开人、车、仪器，现场操作依旧复杂，智能化水平不高，同时井下智能配水装置相互独立，每台都需配备无线通讯模块；(2)申请号为201710455016.5一种智能配水装置及其远程自动测调配水系统，其特点是地面与井下的双向通讯，采用何种无线通讯方式未知，缺点是智能配水装置相互独立、数据不共享，每台都需配备无线通讯模块，同时现有的井下智能配水装置定期监测和调配的频率是固定的，尤其是无法对注水初期进行加密监测。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种集中控制式智能分层注水管柱及调控系统，解决现有智能分注井下数据双向快速传送的难题，实现井下各层配水数据共享，提高多层调配效率，简化智能分注管柱结构，提高井下监测、调配可控性，提高分注井调配智能化水平。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种集中控制式智能分层注水管柱，包括集成控制模块、智能调控系统、井口声波通讯装置、设置在井下管柱内的沿分注油管自上向下通过电缆和电缆接头串联的过电缆集成式智能配水封隔器、过电缆封隔器和井下声波通讯装置，所述井口声波通讯装置和井下声波通讯装置内均设有收发合置式换能器，收发合置式换能器包括声波信号监听接收模块和发射模块，所述井口声波通讯装置与井下声波通讯装置构建起一套井下与地面无线通讯系统；所述过电缆集成式智能配水封隔器的配水主体上设有两个流道，分别对应相邻两个注水层位，且每个注水流道上均设置一个流量调节机构和一个流量计量机构，本发明的过电缆智能配水封隔器集成了2台智能配水器和1台封隔器的功能，实现1台工具分注2层。

在本发明的一个较佳实施例中，智能分层注水管柱还包括设置在过电缆封隔器和井下声波通讯装置间的过电缆单体智能配水器，所述过电缆单体智能配水器包括单体流量监测及调节单元、内外压监测单元，所述集成控制模块集中控制单体流量监测及调节单元、内外压监测单元，所述过电缆单体智能配水器出水口连接另一注水层位。

在本发明的一个较佳实施例中，所述过电缆集成式智能配水封隔器还包括第一流量监测及调控单元、第二流量监测及调控单元、封隔单元、内外压监测单元、第一出头电缆、第二出头电缆和电源模块，所述第一流量监测及调控单元和第二流量监测及调控单元均通过电缆与集成控制模块连接，集成控制模块集中控制第一流量监测及调控单元、第二流量监测及调控单元、内外压监测单元，所述第一出头电缆一端和第二出头电缆一端分别与集成控制模块相连，第一出头电缆另一端和第二出头电缆的另一端均伸出过电缆集成式智能配水封隔器，第一流量监测及调控单元和第二流量监测及调控单元间设有封隔单元，各注水流道前和流量监测及调控单元后均设有压力传感器，形成内外压监测单元，当过电缆集成式智能配水封隔器位于管柱工具的最顶端时，只需第二出头电缆。

在本发明的一个较佳实施例中，集成控制模块根据需求可设置在过电缆集成式智能配水封隔器内或过电缆单体智能配水器内。

在本发明的一个较佳实施例中，智能调控系统，接收井下声波通讯装置收到的指令，将地面指令传给集成控制模块，接收集成控制模块测试数据，并将测试数据传给井下声波通讯装置。

在本发明的一个较佳实施例中，智能调控系统根据各层配注指令分析各层注水层位是否符合，优化调节顺序后发出新的调节指令。

在本发明的一个较佳实施例中，井下声波通讯装置安装在管柱的底端，负责指令接收以及测试数据上传，所述井下声波通讯装置还包括壳体、设置在壳体一端的电子舱和设置在壳体内部的单流洗井阀，电子舱内设置收发控制系统。

在本发明的一个较佳实施例中，智能调控系统安置在集成控制模块上或电子舱内。

在本发明的一个较佳实施例中，智能调控系统、收发控制系统和集成控制模块系统硬件均采用可读写模式。

本发明还公开了一种集中控制式智能分层注水调控系统，包括休眠、定期监测、调配、数据上传和制度修改5种工作状态，所述调配包括配注量调整和定期调配，所述5种工作状态之间可循环：

休眠：正常注水时，过电缆智能配水封隔器和过电缆封隔器坐封，各注水层位分隔，注入水通过过电缆智能配水封隔器的两个出水口进入相邻两个注水层位，过电缆单体智能配水器出水口进入另一注水层位，智能调控系统处于休眠状态；

定期监测：智能调控系统按照系统设定的监测频率，定期对集成控制模块发出数据采集指令，集成控制模块控制过电缆智能配水封隔器和过电缆单体智能配水器内流量监测单元、压力监测单元进行数据采集，采集的数据反馈至智能调控系统存储；

配注量调整：

(1)井口声波通讯装置发出n层配注量调整指令，配注量层数n与注水层数相同；

(2)井下声波通讯装置接收配注调整指令，并交于智能调控系统；

(3)智能调控系统对过集成控制模块发出数据采集指令，集成控制模块控制过电缆智能配水封隔器、过电缆单体智能配水器进行数据采集，反馈智能调控系统并根据采集的各层实际流量、压力参数和配注量自动优化调节步骤；智能调控系统按优化步骤对集成控制模块发出调节指令，集成控制模块控制过电缆智能配水封隔器、过电缆单体智能配水器执行调节，第一轮调节步骤执行完毕后，各层自动将调节后流量反馈至智能调控优化系统，重新进行下一轮优化和调节，直至合格；

(4)智能调控系统将调配合格的数据传至井下声波通讯装置，按照设定的编码程序对数据进行编码后发射；

(5)井口声波通讯装置接收数据，按解码规则获取数据并在电脑端显示；

定期调配：智能调控系统按照系统设定的调配频率，定期执行配注量调整状态步骤(3)，并存储各层调前流量和调后流量，并执行数据上传状态；

数据上传：

(1)智能调控系统将存储的数据传递至井下声波通讯装置声波发射模块；

(2)发射模块按照设定的编码程序对数据进行编码后，交于换能器发射；

(3)井口声波通讯装置的声波信号监听模块监听到数据回传指令，按解码规则获取调配成果，存储并在电脑端显示；

(4)智能调控系统将存储的数据删除。

制度修改：

(1)井口声波通讯装置发出制度修改指令；

(2)井下声波通讯装置的接收制度修改指令，按解码规则获取工作制度参数并交于智能调控系统；

(3)智能调控系统执行监测频率、调配频率和数据上传频率修改。

本发明的有益效果是：本发明所采用的声波通讯装置采用收发合置换能器具备双向通讯功能，声波通讯速度快，不仅能将指令传递至井下，同时能将数据实时反馈至井口，满足注水井动态监测和实时调配的要求；与传统试凑法调节流量相比，本发明采用电缆实现井下各层监测数据的共享，智能调控优化系统能根据井下各层实际注入量和配注量优化调节次序，减少盲目调节，缩短井下调节时间，延长井下电池使用寿命和分注管柱的有效期；与现有的智能分注管柱相比，井下各层智能配水装置不需要单独安装通讯模块和控制模块，只需一个井下声波通讯装置和集成控制模块即可，实现模块共享，简化管柱结构，节约成本。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是过电缆集成式智能配水封隔器示意图；

图3是井下声波通讯装置示意图；

图4是过电缆单体智能配水器结构示意图；

图中：1.井口声波通讯装置，2.过电缆集成式智能配水封隔器，2-1.第一流量监测及调控单元，2-2.第二流量监测及调控单元，2-3.封隔单元，2-4.内外压监测单元，2-5.第一出头电缆，2-6.第二出头电缆，2-7.集成控制模块，2-8.电源模块，3.过电缆封隔器，4.过电缆单体智能配水器，4-1.单体流量监测及调控单元，4-4.单体内外压监测单元,4-5.第一单体出头电缆，4-6.第二单体出头电缆，4-7.单体电源，5.分注油管，6.井下声波通讯装置，6-1.单流洗井阀，6-2.收发合置式换能器，6-3.电子舱，6-4.壳体，6-5.智能调控系统，6-6.井下出头电缆，7.井下电缆，8.电缆快速接头，9.上注水层位，10.中注水层位，11.下注水层位。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例：以两级三层集中控制式智能分层注水管柱及调控系统为例：

如图1至图4所示一种集中控制式智能分层注水管柱，包括集成控制模块2-7、智能调控系统6-5、井口声波通讯装置1、设置在井下管柱内的沿分注油管5自上向下通过电缆和电缆接头串联的过电缆集成式智能配水封隔器2、过电缆封隔器3和井下声波通讯装置6，智能调控系统6-5安装在电子舱6-3内，在过电缆封隔器3和井下声波通讯装置6间还设有的过电缆单体智能配水器4，过电缆单体智能配水器4通过电缆和电缆接头实现与过电缆封隔器3和井下声波通讯装置6连接，过电缆单体智能配水器4出水口连接下注水层位11，过电缆集成式智能配水封隔器2的配水主体上设有上、下两个流道，下注水流道出水口设置在封隔单元2-3下端，上、下注水流道分别对应相邻上注水层位9和中注水层位10，实现管柱结构优化，且每个注水流道上均设置一个流量调节机构和一个流量计量机构，在待分注的注水井内按井深要求配好管柱，依次下入井下声波通讯装置6、过电缆单体智能配水器4、过电缆封隔器3、过电缆智能配水封隔器2，为实现井下各层监测数据共享，本发明的所有井下工具均具有过电缆结构，利用电缆7和电缆快速接头8将井下过电缆式智能配水封隔器2、过电缆封隔器3、过电缆单体智能配水器4串联，并最终与井下声波通讯装置6电缆连接，数据经电缆7统一传输至井下声波通讯装置6的智能调控系统6-5，实现了数据共享和集中处理，验证电缆通讯正常后，过电缆智能配水封隔器2上接分注管柱5至井口，最后在井口安装井口声波通讯装置1，形成一套两级三层集中控制式智能分层注水管柱及调控系统，为实现地面对井下分层流量的调控与监测，井口声波通讯装置1和井下声波通讯装置6内均设有收发合置式换能器6-2，收发合置式换能器6-2包括声波信号监听接收模块和发射模块，井口声波通讯装置1与井下声波通讯装置6构建起一套井下与地面无线通讯系统，以实现数据双向无线通讯，井下波通讯装置2采用耐高温高压低功耗电子元器件和高能电池，所用供电电池采用并联后串联的方式，提供发射电压达到110v，本发明的过电缆智能配水封隔器2集成了2台智能配水器和1台封隔器的功能，实现1台工具分注2层。

如图2所示过电缆集成式智能配水封隔器2还包括第一流量监测及调控单元2-1、第二流量监测及调控单元2-2、封隔单元2-3、内外压监测单元2-4、第一出头电缆2-5、第二出头电缆2-6和电源模块2-8，第一流量监测及调控单元2-1和第二流量监测及调控单元2-2均通过电缆与集成控制模块2-7连接，集成控制模块2-7集中控制第一流量监测及调控单元2-1、第二流量监测及调控单元2-2、内外压监测单元2-4，第一出头电缆2-5一端和第二出头电缆2-6一端分别与集成控制模块2-7相连，第一出头电缆2-5另一端和第二出头电缆2-6的另一端均伸出过电缆集成式智能配水封隔器2，第一流量监测及调控单元2-1和第二流量监测及调控单元2-2间设有封隔单元2-3，各注水流道前和第一流量监测及调控单元2-1和第二流量监测及调控单元2-2后均设有压力传感器，形成内外压监测单元，当过电缆集成式智能配水封隔器位于管柱工具的最顶端时，只需下端的出头电缆2-6，上注水层位9注入量由第一流量监测及调控单元2-1监测和控制，中注水层位10注入量由第二流量监测及调控单元2-2监测和控制。

如图4所示过电缆单体智能配水器4包括单体流量监测及调控单元4-1、单体内外压监测单元4-4、第一单体出头电缆4-5、第二单体出头电缆4-6和单体电源4-7，所述第一单体出头电缆4-5一端和第二单体出头电缆4-6一端与4-1连接，另一端均伸出过电缆单体智能配水器，单体流量监测及调控单元4-1对下注水层位11进行监测和调节，当过电缆单体智能配水器位于管柱工具的最顶端时，只需下端的出头电缆4-6。

如图3所示井下声波通讯装置6安装在管柱的底端，负责指令接收以及测试数据上传，井下声波通讯装置6还包括壳体6-4、设置在壳体一端的电子舱6-3、设置在壳体6-4内部的单流洗井阀6-1和井下出头电缆6-6，电子舱6-3内设置收发控制系统，本例中智能调控系统6-5设置在电子舱6-3内，通过电缆实现各层数据共享，以各层实际压力、流量数据和配注数据为输入参数，自动计算出最优的调节步骤(达到配注要求)，并由智能调控系统按优化步骤向集成控制模块2-7发出调节指令。

集成控制模块2-7根据需要可设置在过电缆集成式智能配水封隔器2内或过电缆单体智能配水器4内，本实施例中集成控制模块2-7设置在过电缆集成式智能配水封隔器2内。

智能调控系统6-5，接收井下声波通讯装置收到的指令，将地面指令传给集成控制模块，接收集成控制模块测试数据，并将测试数据传给井下声波通讯装置；且智能调控系统6-5根据各层配注指令分析各注水层位是否符合,优化调节顺序后发出新的调节指令。

智能调控系统6-5、收发控制系统和集成控制模块2-7系统硬件均采用可读写模式，实现了井下工作参数的控制。

实施例：以两级三层集中控制式智能分层注水调控系统为例，整个系统具有休眠、监测、调配、数据上传、制度修改5种工作状态，其中调配包括配注量调整和定期调配两种情况，休眠、监测、调配、数据上传、制度修改五种状态可循环自动使用，

休眠：正常注水时，过电缆智能配水封隔器2和过电缆封隔器3坐封，上、中、下注水层位9、10、11分隔，注入水通过过电缆智能配水封隔器2的两个出水口进入上、中注水层位9、10，过电缆单体智能配水器4出水口进入下注水层位11，智能调控系统6-5处于休眠状态；

定期监测：智能调控系统6-5按照系统设定的监测频率，定期对集成控制模块2-7发出数据采集指令，集成控制模块2-7控制第一、第二和单体流量监测单元进行数据采集，采集的数据反馈至智能调控系统存储；

配注量调整：

(1)井口声波通讯装置1发出3层配注量调整指令；

(2)井下声波通讯装置6接收配注调整指令，并交于智能调控系统6-5；

(3)智能调控系统6-5对集成控制模块2-7发出数据采集指令，集成控制模块2-7控制过电缆智能配水封隔器2、过电缆单体智能配水器4的流量监测及调配单元2-1、2-2、4-1、压力监测单元2-4、4-4进行上、中、下三层流量和压力数据采集，并反馈至智能调控系统，再根据采集的各层流量、压力参数，结合配注指令，计算出调节步骤；智能调控系统6-5按优化步骤对集成控制模块2-7发出调节指令，集成控制模块2-7控制过电缆智能配水封隔器2、过电缆单体智能配水器4的流量监测及调配单元2-1、2-2、4-1进行流量调节，第一轮调节步骤执行完毕后，集成控制模块2-7将调节后流量反馈至智能调控系统6-5，重新进行下一轮优化和调节，直至合格；

(4)智能调控系统将6-5调配合格的数据传至井下声波通讯装置6，按照设定的编码程序对数据进行编码后发射；

(5)井口声波通讯装置1接收数据，按解码规则获取数据并在电脑端显示；

定期调配：智能调控系统6-5按照系统设定的调配频率，定期执行配注量调整状态步骤(3)，并存储各层调前流量和调后流量，并执行数据上传状态；

数据上传：

(1)智能调控系统6-5将存储的数据传递至井下声波通讯装置6的发射模块发射；

(2)井口声波通讯装置1的声波信号监听模块监听到数据回传指令，按解码规则获取调配成果，存储并在电脑端显示；

(4)智能调控系统6-5将存储的数据删除。

制度修改：

(1)井口声波通讯装置1发出制度修改指令；

(2)井下声波通讯装置6接收制度修改指令，按解码规则获取工作制度参数并交于智能调控系统6-5；

(4)智能调控系统6-5执行监测频率、调配频率和数据上传频率修改。

集中控制式智能分层注水管柱采用定期监测、调配模式，到达监测或调配周期时，自动执行定期监测或定期调配状态；当分层配注量变化时，执行配注量调整状态。

本发明所采用的声波通讯装置采用收发合置换能器具备双向通讯功能，解决了现有智能分注管柱井下数据无线双向传输的难题；同时本发明解决了现有智能分注管柱井下智能配水装置之间数据不共享、调配效率低的问题。

需要强调的是：利用不同数量的过电缆集成式智能配水封隔器2、过电缆封隔器3、过电缆单体智能配水器4、井下声波通讯装置6，可形成一级两段、两级三段、三级四段等集中控制式智能分层注水管柱及调控系统。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。