一种水平井压力流量双载波分段注水装置及系统的制作方法

本发明涉及油田智能分层注水技术领域，尤其涉及一种水平井压力流量双载波分段注水装置及系统。

背景技术：

在油田致密油开发过程中，由于采用准自然能量开采导致地层能量严重亏空，前期开展了水平井笼统注水吞吐试验，只提高了单层的采出程度，而整体的采出程度相对较低。后期通过吸水剖面测试显示，部分水平井笼统注水吸水剖面矛盾突出，存在层段吸水不均现象，不能达到预期的注水效果。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种水平井压力流量双载波分段注水装置，以实现水平井智能分段注水的要求，提高致密油区块水平井吞吐开发效果，实现稳油控水。本发明的另一个目的在于提供一种水平井压力流量双载波分段注水系统。

为了达到以上目的，本发明一方面公开了一种水平井压力流量双载波分段注水装置，包括地面控制装置、设于地面注水管线上的压力调节装置以及设于地下注水控制系统的每个注水段中的智能配水器；

所述地面控制装置用于控制所述压力调节装置调节所述地面注水管线的注水压力，形成第一压力波码；

所述智能配水器用于接收所述第一压力波码并解析得到控制信息，根据所述控制信息控制注水过程。

优选的，所述地面注水管线包括与所述注水站连接的上游管线和与所述上游管线分别连接的降压管线和注水管线；

所述压力调节装置设置于所述降压管线上；

所述地面控制装置用于控制所述压力调节装置调节所述降压管线上的水压以调节注水管线的注水压力形成第一压力波码。

优选的，所述地面控制装置包括接入所述上游管线的流量自控仪和第一压力变送器，其中，所述流量自控仪包括接入所述上游管线的电动控制阀；

所述第一压力变送器用于检测所述上游管线的上游水压；

所述流量自控仪用于接收所述第一压力变送器传输的所述上游管线的上游水压，并根据所述上游压力控制所述电动控制阀的阀门开口大小。

优选的，所述智能配水器中设有过流通道、注水通道、设于所述注水通道中的可调水嘴、用于检测所述注水通道中的分段注水压力的第一压力传感器和控制单元；

所述过流通道的两端分别设有用于接入所述地下注水控制系统中与所述地面注水管线连接的井下管线中的第一接头和第二接头；

所述控制单元用于获取所述第一压力传感器检测得到的所述分段注水压力，根据所述分段注水压力控制所述可调水嘴的开口大小，以调节所述分段注水压力。

优选的，所述控制单元包括分段注水控制器、用于控制所述可调水嘴开口大小的控制电机和为所述控制电机供电的电池模块；

所述分段注水控制器用于获取所述第一压力传感器检测得到的分段注水压力，根据所述分段注水压力形成控制信息，并将所述控制信息传输至所述控制电机以使所述控制电机调节所述可调水嘴的开口大小。

优选的，所述地面控制装置还包括接入所述注水管线的第二压力变送器和地面控制器；

所述智能配水器根据注水过程的注水参数或检测的地层参数控制所述可调水嘴的开口变化形成第二压力波码；

所述第二压力变送器用于检测所述注水管线中所述第二压力波码对应的注水压力并将所述注水压力传输至所述地面控制器；

所述地面控制器用于接收所述第二压力变送器传输的所述第二压力波码对应的注水压力，并解析所述注水压力的变化得到所述注水参数或地层参数。

优选的，所述智能配水器进一步包括用于检测地层压力的第二压力传感器；

所述控制单元用于获取所述第二压力传感器检测的地层压力，并根据所述地层压力控制所述控制电机控制所述可调水嘴的开口大小，形成与所述地层压力对应的所述第二压力波码。

优选的，所述压力调节装置为降压阀。

本发明还公开了一种水平井压力流量双载波分段注水系统，包括注水站、地面注水管线、地下注水控制系统以及如上所述的分段注水装置。

优选的，所述地下注水控制系统包括与所述地面注水管线连接的井下管线以及设于所述井下管线中的多个封隔器，相邻两个封隔器形成一个注水段；

所述智能配水器设于每个注水段的井下管线中。

优选的，所述井下管线包括油管以及套设在所述油管外的套管，所述油管和所述套管间形成环形空间；

所述油管中接入多个智能配水器；

相邻两个智能配水器间的环形空间中设有与所述油管和所述套管密封设置的封隔器。

优选的，所述环形空间中进一步设有至少一个用于为所述油管提供支撑的扶正器。

本发明中通过地面控制装置控制压力调节装置的开关状态，调节地面注水管线的注水压力，形成具有一定规律的压力波形，即可形成第一压力波码，地面注水管线形成的第一压力波码可以远距离传输。地面控制装置根据控制信息形成第一压力波码，通过井下管线传输至智能配水器，智能配水器可以检测注水管线注入水的水压变化从而得到第一压力波码，智能配水器对接收到的第一压力波码进行解析可得到地面控制装置传输的控制信息。本发明通过形成第一压力波码实现地面控制装置与地下注水控制系统间的通信，不仅能够满足水平井吞吐多段分注，也可以通过远程控制智能配水器实现注水过程的控制，实现井下分段注水流量自动测调，对于油田超低渗致密油开发具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明一种水平井压力流量双载波分段注水装置一个具体实施例的示意图；

图2示出本发明一种水平井压力流量双载波分段注水装置一个具体实施例中智能配水器的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了实现更好的注水效果，发挥水平井的开发潜能，根据本发明的一个方面，本实施例公开了一种水平井压力流量双载波分段注水装置。

如图1所示，本实施例中，所述分段注水装置包括地面控制装置、设于地面注水管线12上的压力调节装置以及设于地下注水控制系统的每个注水段中的智能配水器。

其中，所述地面控制装置用于控制所述压力调节装置调节所述地面注水管线12的注水压力，形成第一压力波码。

所述智能配水器用于接收所述第一压力波码并解析得到控制信息，根据所述控制信息控制注水过程。

本发明中通过地面控制装置控制压力调节装置的开关状态，调节地面注水管线12的注水压力，形成具有一定规律的压力波形，即可形成第一压力波码，地面注水管线12形成的第一压力波码可以远距离传输。地面控制装置根据控制信息形成第一压力波码，通过井下管线传输至智能配水器，智能配水器可以检测注水管线12注入水的水压变化从而得到第一压力波码，智能配水器对接收到的第一压力波码进行解析可得到地面控制装置传输的控制信息。本发明通过形成第一压力波码实现地面控制装置与地下注水控制系统间的通信，不仅能够满足水平井吞吐多段分注，也可以通过远程控制智能配水器实现注水过程的控制，实现井下分段注水流量自动测调，对于油田超低渗致密油开发具有重要意义。

在优选的实施方式中，所述地面注水管线12可包括与所述注水站1连接的上游管线和与所述上游管线分别连接的降压管线8和注水管线12。其中，所述压力调节装置设置于所述降压管线8上，所述地面控制装置用于控制所述压力调节装置调节所述降压管线8上的水压以调节注水管线12的注水压力形成第一压力波码。优选的，所述地下注水控制系统可包括与所述地面注水管线12连接的井下管线，具体的，井下管线与注水管线12连接，则井下管线中的注水压力与注水管线12中的注水压力相同。

本实施例中，将上游管线与注水管线12间形成降压管线8的分支，通过注水管线12和降压管线8共同分担上游管线的水压，通过设于降压管线8上的压力调节装置可实现降压管线8上的水压发生变化，则注水管线12上的水压也会变化，从而实现输入井下管线的注水压力的变化，控制注水压力的变化规律，则可形成第一压力波码，且注水管线12形成的第一压力波码可以远距离传输。

在优选的实施方式中，所述压力调节装置可采用降压阀9。所述地面控制装置控制所述降压阀9的开关状态调节所述注水管线12的注水压力形成第一压力波码，所述多个智能配水器接收第一压力波码并根据所述第一压力波码控制注水过程。通过控制降压阀9的开启或关闭，可使注水管线12中的注水压力发生变化，且可以实现注水压力的微调，便于对注水压力的快速、准确调节，以提高压力波码的传输效率。

在优选的实施方式中，所述地面控制装置包括接入所述上游管线的流量自控仪6和第一压力变送器3，其中，所述流量自控仪6包括接入所述上游管线的电动控制阀，所述第一压力变送器3用于检测所述上游管线的上游水压，所述流量自控仪6用于接收所述第一压力变送器3传输的所述上游管线的上游水压，并根据所述上游压力控制所述电动控制阀的阀门开口大小。

在正常注水过程中，整个分段注水装置形成了一个密闭的高压系统，流量自控仪6可以控制经过流量自控仪6的水压，流量自控仪6的开度增加，则装置中的水压增加，流量自控仪6关闭后，装置中的水压基本稳定。流量自控仪6可与降压阀9通信，流量自控仪6通过向降压阀9发送降低信号，控制降压阀9的开关状态，控制降压阀9开启，则降压管线8中的水能过降压阀9流至装置外部，从而装置中的水压降低。通过反复开关流量自控仪6及降压阀9，可以改变输入地下注水控制系统的注水压力，形成压力随时间的波动，则地下管线中的注入压力变化可形成具有一定规律的第一压力波码。通过预设控制信息与第一压力波码的对应关系，地下管线中的智能配水器可以接收并识别第一压力波码，对接收的第一压力波码进行解析可得到地面控制装置传输的控制信息。

在优选的实施方式中，降压阀9可采用法兰式电磁阀等多种可电控的阀门。降压阀9采用法兰式电磁阀时，流量自控仪6可通过无线电磁波的形式向法兰式电磁阀传输降压信息，以使法兰式电磁阀根据接收的降压信息开启或关闭，以调节注水管线12的注水压力，建立地面控制装置与水平井智能配水器之间的远程通讯及控制功能。

在优选的实施方式中，所述降压管线8远离所述上游管线的一端可连接污水池10，以使降压阀9开启后分段注水装置中的水经由降压阀9流至污水池10。

在优选的实施方式中，如图2所示，所述智能配水器中设有过流通道22、注水通道、设于所述注水通道中的可调水嘴20、用于检测所述注水通道中的分段注水压力的第一压力传感器23和控制单元。

所述过流通道22的两端分别设有用于接入所述地下注水控制系统中与所述地面注水管线12连接的井下管线中的第一接头14和第二接头25。注水通道包括入水口24和出水口21，注水通道的入水口24与流通通道连通。

所述控制单元用于获取所述第一压力传感器23检测得到的所述分段注水压力，根据所述分段注水压力控制所述可调水嘴20的开口大小，以调节所述分段注水压力。

在优选的实施方式中，所述控制单元包括分段注水控制器、用于控制所述可调水嘴20开口大小的控制电机18和为所述控制电机18供电的电池模块15。

所述分段注水控制器用于获取所述第一压力传感器23检测得到的分段注水压力，根据所述分段注水压力形成控制信息，并将所述控制信息传输至所述控制电机18以使所述控制电机18调节所述可调水嘴20的开口大小。

其中，控制信息可为包括预设的注水参数等的控制信息，分段注水控制器根据控制信息确定是否开始注水以及注水的流量和压力等，并根据预先存储的注水模型对注水过程进行控制。注水模型可用于确定注水压力和注水流量等注水参数。

在优选的实施方式中，所述地面控制装置还包括接入所述注水管线12的第二压力变送器7和地面控制器4。

其中，所述智能配水器根据注水过程的注水参数或检测的地层参数控制所述可调水嘴20的开口变化形成第二压力波码。

所述第二压力变送器7用于检测所述注水管线12中所述第二压力波码对应的注水压力并将所述注水压力传输至所述地面控制器4。

所述地面控制器4用于接收所述第二压力变送器7传输的所述第二压力波码对应的注水压力，并解析所述注水压力的变化得到所述注水参数或地层参数。

优选的，智能配水器可以检测地层参数。智能配水器可根据检测的地层参数或注水过程的注水参数形成第二压力波码，将地层参数或注水参数传输至地面控制器4，地面控制器4可解析第二压力波码得到智能配水器传输的注水参数或地层参数。即地面控制装置可实时得到地面系统流量、压力参数，井下分层注水流量、分层压力、分层累计流量等生产动态数据。

具体的，所述智能配水器进一步包括用于检测地层压力的第二压力传感器19。所述控制单元用于获取所述第二压力传感器19检测的地层压力，并根据所述地层压力控制所述控制电机18控制所述可调水嘴20的开口大小，形成与所述地层压力对应的所述第二压力波码。

所述数显装置5还可以在地面控制器4的控制下显示地层参数，以及在地面控制器4的作用下显示地面控制装置的压力和流量等数据。即地面控制装置可实时展示并存储地面系统流量、压力参数，井下分层注水流量、分层压力、分层累计流量等生产动态数据，进一步地还可将检测的数据传输给远程中控室。

在优选的实施方式中，所述地面控制装置还可包括数显装置5，该数显装置5可用于在所述地面控制器4的控制下显示所述注水参数。

在实际应用中，本实施例的分段注水装置可进行地层压降测试，地面控制装置可通过第一压力波码的形式向井下各智能配水器发送分段压降测试的控制指令，井下各段智能配水器接受到指令后，智能配水器将水嘴全部关闭，并通过第二压力传感器19采集各段的地层压力，通过控制水嘴的开口大小形成第一压力波码传输至地面控制装置，地面控制装置通过第二压力变送器7得到压力数据，并解析得到井下智能配水器传输的地层压力，根据井下各段地层压力绘制曲线，该曲线即为地层压降测试曲线。

在优选的实施方式中，所述分段注水控制器可进一步形成所述注水模型，以实现在注水过程中自动调节注水参数。具体的，所述分段注水控制器用于在注水开始之前通过注水实验获取注水参数与注水管线12的注水压力和/或流量等数据，根据注水压力和/或流量与注水参数间的对应关系形成注水模型，当在水平井下进行注水时，通过注水模型可自动调节注水参数，提高注水的调节精度，以达到最佳的注水效果。

在优选的实施方式中，所述分段注水控制器可包括检测电路板16和智能控制芯片17。其中，所述检测电路板16与所述第一压力传感器23连接，用于获取所述第一压力传感器23检测的压力数据并处理。在可选的实施方式中，当进一步设有检测地层压力的第二压力传感器19，所述检测电路板16与所述第二压力传感器19连接，用于获取所述第二压力传感器19检测的地层压力数据并处理。

所述智能控制芯片17与所述检测电路板16连接，用于接收处理后的压力数据并根据所述压力数据控制所述控制电机18调节所述可调水嘴20的开口大小。

具体的，第一接头14和第二接头25可通过机械安装(例如，丝扣连接)于过流通道22的两端，以将智能配水器的过流通道22接入油管02中，第一接头14和第二接头25也可以与过流通道22一体成型，本发明对此并不作限定。控制电机18、电池模块15、第一压力传感器23和分段注水控制器等电器元件可形成电器元件组，与第一接头14和第二接头25通过插接方式连接，第一接头14和第二接头25与过流通道22和电器元件组的连接处可通过双胶圈密封以实现整个智能配水器的密封。

基于相同原理，本实施例还公开了一种水平井压力流量双载波分段注水系统，包括注水站1、地面注水管线12、地下注水控制系统以及如本实施例所述的分段注水装置。

在本实施例中，为了便于控制，注水站1与地面控制装置间的上游管线中可进一步接入来水阀门2。注水管线12中可接入注水阀门11。通过来水阀门2与注水阀门11的开启和关闭，可控制上游管线和注水管线12中的注水水流，可随时截止上游管线和注水管线12中的水流，以便于紧急情况下的临时暂停注水等，实现注水过程的多种控制。

在优选的实施方式中，所述井下管线包括油管02以及套设在所述油管02外的套管01，所述油管02和所述套管01间形成环形空间。所述油管02中接入多个智能配水器，相邻两个智能配水器间的环形空间中设有与所述油管02和所述套管01密封设置的封隔器。

油管02中接入多个智能配水器，相邻两个智能配水器间的环形空间中设有封隔器，多个封隔器将环形空间分为多个独立的注水段，每个注水段中在油管02中接入一个智能配水器。通过每个注水段中的智能配水器对每个注水段的注水过程进行控制，各注水段中的注水过程可单独控制，可实现水平井中的分段注水，通过多段的分段注水，使水平井的多段注水互不干扰，能够达到更好的注水效果。

进一步，优选的，井下管线中的环形空间中进一步可设有至少一个用于为所述油管02提供支撑的扶正器，用于保持油管02的位置。在井下管线远离地面的尾端可设置水平井底阀07以密封井下管线。

在本实施例中，如图1所示，设有2个水平井封隔器(06和06-1)和3个水平井智能配水器(04、04-1和04-2)。在其他实施方式中，也可以根据实际工况需要设置n个水平井封隔器和n+1个水平井过电缆智能配水器进行工况匹配，本发明不对该工具数量进行限制。

在优选的实施方式中，井下管线包括竖直段和水平段，所述竖直段和所述水平段间可通过安全接头03实现连接。形成井下管线后与水平井压力流量双载波智能分段注水装置相连接，形成地面对井下分段注水的实时控制。

优选的，水平井的所述封隔可采用fk341型水平井专用封隔器，采用大通道设计，为可洗井封隔器，确保反洗井排量要求。fk341型号水平井封隔器采用以提放管柱解封为主、液压解封为辅的双解封模式；依靠巧妙设计的液压辅助解封系统，它能通过油管02内外压差的变化来实现反复坐封、解封，在提管柱解封失败时，可通过大排量反洗井的方法来实现液压解封。

优选的，注水管线12与井下管线可通过注水井口13连接，所述注水井口13可采用水平井专用高压井口，从而保证注水井注水过程安全可靠。

本发明中，水平井压力流量双载波智能分段注水装置可实现水平井井下分段流量自动调节、分段压降测试、轮换注水(如果要执行轮换注水，可以地面打码该指令，井下智能配水器接收到该指令后，第一段配水器开启，其余段全部关闭，按照设置的轮注周期注水一段时间，当达到轮注周期后，第二段智能配水器水嘴开启，其余段智能配水器全部关闭，按照设置的轮注周期注水一段时间，一次类推)等功能，无需人工操作，且可加密测试，确保分层注水长期达到配注要求。水平井压力流量双载波智能分段注水装置实现地面与井下远程无线通讯，无需人工起下工具，减少人员劳动强度，降低井下作业风险。水平井压力流量双载波智能分段注水装置不仅能满足水平井吞吐多段分注，可实现水平井分段流量自动测调、地层压降测试及生产参数实时录取与存储，对长庆油田超低渗致密油开发具有重要意义。

本实施例的分段注水装置在安装时，安装方法可包括：

s100：预先设置多个智能配水器中注水过程的注水参数，其中，注水参数可根据注水层数、分层配注量、地层压力以及注水的起始时间等数据确定。

s200：将多个智能配水器与相邻两个智能配水器间的封隔器设置在水平井中，形成井下管线。例如，本实施例中，将水平井中的安全接头03、智能配水器04、水平扶正器05、封隔器06、智能配水器04-1、封隔器06-1、水平扶正器05-1、智能配水器04-2和水平井底阀07按照方案设计的井下管线的结构要求设置在水平井的井下管线中，使各个智能配水器位于不同的注水层位。

具体的，在钻井形成水平井后，先下套管01，按照井下管线各个部件的位置沿井下管线自下而上的顺序依次将各个部件下入至水平井中，确认封隔器坐封位置正确后，下油管02。打开套管01闸门，用水泥车从油管02憋压，依次加压5mpa、10mpa、15mpa、20mpa，每个压力稳压5min，后升至25mpa，稳压5min，观察套管011出口有无溢流，压力下降不大于0.5mpa为合格。

s300：将井下管线与地面控制装置的注水管线12连接。施压合格后按标准安装注水井口13，倒好井口注水流程，连接好地面注水管线12，将地下注水控制系统的电缆从井口引出与地面控制器4相连接，正常注水后，形成地面对井下分段注水的实时控制。通过水平井中的智能配水器实时采集并传输井下分层数据，并进行分层流量自动测调、地层压降测试等。

s400：智能配水器根据预设的注水参数执行注水过程。

s500：油管02泄压后，解封地下管线。具体的，油管02泄压后，可在井口上提管柱负荷至80kn，拉断解封剪钉，封隔器胶筒回收解封。若上提管柱解封失败，可通过从油套环空大排量反洗井的方法来实现液压解封。

下面通过一个具体例子来对本发明作进一步地说明：以两层分注井为例，说明分层流量测调过程：试验前，试验井注水压力稳定，无长期停注等情况，分层吸水剖面相对均匀，无明显的单层突进等现象。

当智能配水器等井下工具下入井筒并打压坐封后，智能配水器按照预设注水参数控制水嘴打开时间，上下配水器会自动打开水嘴至最大开度，进行测调前的试注，通常情况下，注水井注入压力较高，且压力稳定性相对较好，试注一段时间后，明确流量变化与压力变化关系。结合前期测试压力与流量关系，确定配注量要求下合理注入压力，为后续分层流量测调明确压力控制范围，正常注水压力必须大于各层最低注入启动压力值，低于流程供水压力，同时结合流量与压力响应程度，确定合理注水压力。

分层流量测试调配，并设定自动测调模式。该过程一般依据最低配注量优先原则，即先测试调配低配注量层。测试过程：除测调层以外，关闭其他所有智能配水器水嘴，进行第一层测试调配。地面控制器4发送指令，整个注水井第一压力波码智能分层注水装置建立了一个密闭的高压系统，高压流量自控仪6控制系统来水情况，高压流量自控仪6开度增加，系统压力增加，关闭后，注水井系统压力稳定，通过法兰式电磁阀调节控制，降低高压井系统压力，采用反复开关高压流量自控仪6及法兰式电磁阀，改变注水井系统压力，实现注水井压力波动，建立密闭系统第一压力波码的传递，最后建立地面控制器4与井下智能配水器之间建立远程通讯及控制功能。

第一层调测完成后，打开第二层配水器水嘴，按照第一层配水器测调过程进行测试调配，由于第一层配水器处于正常注水状态，第二层配水器调节过程中，地面控制器4自动识别接收第一层配水器数据，并控制全井总流量，合理调节第二层配水器水嘴开度，以达到配注要求。若为多段水平井分注井，按照上述方法依次类推即可完成。

综上所述，本发明提供的水平井管外预置电缆井下智能分段注水管柱及工艺不仅能满足水平井吞吐多段分注，还可实现水平井分段流量自动测调、地层压降测试及生产参数实时录取与存储，对长庆油田超低渗致密油开发具有重要意义。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。