一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统的制作方法

本发明属于油田分层注水，具体涉及到一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统。

背景技术：

1、油田在开采一段时间以后，由于生产层产出液不断增加，地层能量随时间不断损失，导致采油效率减低，甚至采油工作无法进行。注水是油田补充地层能量、提高采收率最有效的方法之一。为了有效降低层间和层内差异，油田采用分层注水工艺技术来实现均衡注采开发。各大油田均陆续推广有缆智能分注技术。有缆智能分注技术实现了注水全过程的实时监测和注水量自动调配、自动验封等功能，大幅降低了人工测调成本，有力提升了油田的注水智能化和信息化水平。有缆智能分注技术尤其适合应用于大斜度井和水平井中，具备很高的推广价值。

2、常规的有缆智能分注技术中，有缆智能分注井下工艺管柱主要由工具段和油管段组成，其中油管段占主要长度，在工具段施工完成后，油管段的施工，地面电缆需要使用电缆护卡绑在油管外表面，从工具段一直延伸到井口，每根油管均需要绑一个电缆护卡，导致施工时间较长、工序较为繁琐、维护不便，作业费用也相对较高，且地面电缆在下放过程中还存在损伤风险。

3、使用湿接头技术的有缆智能分注系统可以有效的解决施工复杂的问题，降低了成本，但常规湿接头对接，不仅占用中心通道，导致无法下放其他测井仪器，而且重复性、稳定性差，使用周期短。

4、波码式无缆智能分注技术的油管段则无外绑电缆，地面与井下的双向通信使用波码形式完成，但存在通信效率低下的问题，完成一次通信往往需要几十分钟，且无法实时监测井下仪器的工作电压、电流、电池电量等工作状态参数是否正常，并且常规波码式无缆智能分注仪无法在仪器电池耗尽后补充电能，不可重复使用。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统，其采用无线电能传输技术，以解决现有使用湿接头技术的有缆智能分注系统重复使用性差、施工复杂、维护困难及无缆智能分注技术通信效率低、无缆智能分注仪不可重复使用的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统，包括地面控制器、井口采油树、油管段和工具段，所述油管段包括油管和穿设在所述油管内的地面电缆，所述工具段包括井下控制器和与所述井下控制器通过油管及钢管电缆连接的若干层过电缆封隔器和有缆智能分注仪，若干层的所述过电缆封隔器和有缆智能分注仪依次通过油管及钢管电缆串接，其特征在于：所述工具段还包括有缆无线传输短节，所述有缆无线传输短节的上端通过所述地面电缆连接所述地面控制器、通过所述油管连接所述井口采油树，所述有缆无线传输短节的下端连接所述的井下控制器，所述井下控制器从所述有缆无线传输短节获取所述地面控制器的下行通信指令后通过电缆载波通信发送给若干层的所述有缆智能分注仪，所述井下控制器同时获取各层所述有缆智能分注仪的上行回复数据信号后传输给所述的有缆无线传输短节，所述有缆无线传输短节通过电缆载波通信再将所述上行回复数据信号回传给所述的地面控制器。

4、进一步，所述的有缆无线传输短节包括发射短节和接收短节，所述的接收短节安装在所述工具段的上端，所述接收短节的上端通过油管延伸连接所述的井口采油树，所述接收短节的下端电连接所述的井下控制器，所述发射短节上端通过地面电缆连接所述的地面控制器，所述发射短节插接在所述的接收短节内时，所述发射短节与所述地面控制器之间通过双向电缆载波通信，所述发射短节与所述接收短节之间进行无线电能传输和双向无线数据通信。

5、进一步，所述井下控制器内设置有储能电池组和井下控制器控制组件；所述发射短节和所述接收短节对接时，所述的井下控制器控制组件与所述的接收短节通信连接，所述井下控制器控制组件通过所述的接收短节获取电源为所述的有缆智能分注仪供电，所述发射短节与所述接收短节分离时，所述的储能电池组为所述的有缆智能分注仪供电。

6、进一步，所述发射短节的轴向设置有发射短节中心过流通道，所述发射短节中心过流通道的外周设置有能量发射线圈和发射短节无线通信模块，所述接收短节的轴向设置有接收短节中心过流通道，所述接收短节中心过流通道的外周设置有能量接收线圈和接收短节无线通信模块；所述发射短节与所述接收短节对接时，所述能量发射线圈与所述能量接收线圈互感耦合，所述发射短节无线通信模块与所述接收短节无线通信模块双向无线数据通信。

7、进一步，所述发射短节内还设置有位于所述发射短节中心过流通道外周的发射短节控制组件，所述发射短节控制组件与所述的发射短节无线通信模块电连接；所述接收短节内还设置有位于所述接收短节中心过流通道外周的接收短节控制组件，所述接收短节无线通信模块电连接井下控制器控制组件。

8、进一步，所述发射短节控制组件包括发射短节发解码电路和与其电连接的发射短节主控电路，所述发射短节发解码电路将所述的下行通信指令解析处理后经过发射短节主控电路发送给所述的发射短节无线通信模块，所述发射短节无线通信模块再将下行通信指令无线发送给所述的接收短节无线通信模块；所述井下控制器控制组件包括井下控制器发解码电路和与其电连接的井下控制器主控电路，所述井下控制器主控电路从所述接收短节无线通信模块获取下行通信指令后通过所述的井下控制器发解码电路发送给所述的有缆智能分注仪；所述井下控制器发解码电路同时从所述有缆智能分注仪获取上行回复数据信号，所述井下控制器主控电路将所述上行回复数据信号回传给所述的接收短节无线通信模块，所述接收短节无线通信模块将再将所述上行回复数据信号无线发送给所述的发射短节无线通信模块；所述发射短节主控电路则从所述发射短节无线通信模块获取所述上行回复数据信号后回传给所述发射短节发解码电路，所述发射短节发解码电路再将所述上行回复数据信号回传给所述地面控制器。

9、进一步，所述发射短节控制组件还包括发射短节电源电路、驱动电路、逆变电路和与逆变电路电连接的发射补偿电路，所述发射短节主控电路将从发射短节电源电路获取的直流电源送入驱动电路与逆变电路处理后，由发射补偿电路传输给所述能量发射线圈；所接收短节控制组件还包括接收短节电源电路和与其连接的整流滤波电路及接收补偿电路，所述能量接收线圈将其与所述能量发射线圈互感耦合获得的交流电源通过所述接收补偿电路和整流滤波电路转变为直流电源传输给所述的接收短节电源电路；所述的井下控制器控制组件还包括井下控制器电源电路和与其连接的井下控制器主控电路，所述井下控制器电源电路从所述接收短节电源电路获取直流电源后通过所述的井下控制器主控电路为所述的储能电池组充电。

10、进一步，所述接收短节还包括接收短节外护管，所述接收短节外护管的上端设置有接收短节上接头，所述接收短节外护管的下端设置有接收短节下接头，所述接收短节中心过流通道设置在所述接收短节外护管的中心并贯通所述的接收短节上接头和接收短节下接头，所述能量接收线圈和所述接收短节无线通信模块设置在所述接收短节中心过流通道外周的接收短节外护管内；所述发射短节还包括发射短节外护管，所述发射短节外护管的上端设置有发射短节电缆接头，所述发射短节中心过流通道贯通所述发射短节外护管的轴心，所述能量发射线圈和所述发射短节无线通信模块设置在所述发射短节中心过流通道外周的发射短节外护管内。

11、进一步，所述接收短节上接头上设有与所述接收短节中心过流通道上端连通的第一液孔，所述接收短节下接头上设置有与所述接收短节中心过流通道下端连通的第二液孔，所述接收短节外护管内设置有与所述第一液孔和第二液孔连通的环形过流通道；所述发射短节外护管的上端设置有与所述发射短节中心过流通道径向贯通的第三液孔，所述发射短节外护管的下端设置有与所述发射短节中心过流通道轴向贯通的第四液孔。

12、进一步，所述的能量发射线圈和能量接收线圈均为螺旋结构，所述发射短节与所述接收短节对接时，所述能量接收线圈套设在所述能量发射线圈的外周两者呈螺旋互套式结构。

13、进一步，每层所述的电缆封隔器和有缆智能分注仪由有缆式电动测封一体化智能分注仪所替代。

14、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

15、1、本发明的有缆智能分注系统在施工时油管段外部无外露电缆，使用地面电缆挂接发射短节与安装在分注井井下的接收短节对接，发射短节内的能量发射线圈与接收短节内的能量接收线圈互感耦合实现无线电能传输，同时接收短节无线通信模块和发射短节无线通信模块实现双向无线数据通信，不仅有效避免了地面电缆损伤，施工效率相对常规有缆智能分注工艺大幅提高。

16、2、本发明的有缆智能分注系统由于发射短节和接收短节采用非接触式对接，两者之间无直接电气连接，对接方便、安全可靠，无对接次数限制，避免了湿接头对接工艺的电气绝缘失效风险；接收短节中心具有接收短节中心过流通道，对接状态下接收短节中心过流通道被占用，当发射短节上提后，接收短节中心过流通道空闲，此时接收短节中心过流通道可作为其他测井仪器的下放通道使用。

17、3、本发明的有缆智能分注系统在井下控制器中安装有储能电池组，当发射短节提出地面后，井下控制器从储能电池组中获得电能，为井下控制器自身以及井下控制器下方连接的各层有缆智能分注仪供电，当发射短节与接收短节对接后，能量发射线圈和能量接收线圈互感耦合可以为井下控制器中的储能电池组进行充电，使得本系统在没有地面电缆和发射短节时可以继续工作，有效扩展了有缆智能分注系统在油田的应用场景。

18、4、本发明的有缆智能分注系统中将过电缆封隔器和有缆智能分注仪更换为有缆式电动测封一体化智能分注仪，并使各层有缆式电动测封一体化智能分注仪之间的电缆从油管内部连接，便可实现分注系统整体带压作业，进一步扩大了有缆智能分注工艺在油田的应用范围。