一种用于高速脉冲通信的地面控制装置及其调控方法与流程

本发明属于油气井分层注水驱油，具体涉及一种用于高速脉冲通信的地面控制装置及其调控方法。

背景技术：

1、随着油田不断被开采，油层能量逐渐消耗，导致油层压力下降，给后期开采带来很大困难，为了弥补油气开采造成的地下亏空，向油层注水是增加油层能量、压力的一种重要方法，根据油田能量压力大小，油田地质特征，以及对石油品质的要求，不同油层对注水量的要求会有差异。

2、智能分层注水技术是一种将无线通信技术、分层注水技术和智能控制技术结合为一体的新型分层注水技术，而脉冲通信是地面控制系统和井下配水系统之间的一种通信方式，通过调控注水管路中的液体流量值、压力值的高低变化，形成不同组合的波码，波码可以定义特定指令，通过传感器接收流量值、压力值的变化，经过系统解析波码后就可以得到对应指令。

3、传统注水系统采用的脉冲通信技术是利用地面控制装置的流量调节阀、井下配水装置的注水水嘴的开启、关闭来调控整个注水管路中流量值、压力值的高低变化，由于地面控制装置的流量调节阀以及井下配水装置的注水水嘴主要功能用于精细调节流量，流量调节阀的动作时间为15～20秒，注水水嘴动作时间为3～5分钟，因此形成一组波码需要地面控制装置的阀门和注水水嘴多次进行开启和关闭，导致一次通信时间需要50～60分钟，通信时间较长。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于高速脉冲通信的地面控制装置及其调控方法，本发明通过在精细调节流量的基础上，增加快速发码的功能，通信时间短，可以更好地应用于油田智能分层注水系统。

2、为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种用于高速脉冲通信的地面控制装置，其特征在于：包括流量调节组件和快速发码组件，所述快速发码组件的一端与所述流量调节组件的一端串接，所述快速发码组件的另一端接入注水管路，所述流量调节组件的另一端通过注水管路串接有井下配水器，地面控制装置的主控板与所述的快速发码组件和流量调节组件电连接，所述主控板通过控制快速发码组件不断地开启、关闭使注水管路中产生高、低变化的压力波形，所述井下配水器检测到注水管路内变化的压力波形，通过压力波形产生压力波码实现井下配水器与地面控制装置之间的压力脉冲通讯。

4、进一步，所述流量调节组件的一端串接有高频流量计，所述快速发码组件、流量调节组件和高频流量计串联在注水管路中；所述流量调节组件上还连接有电控箱，所述主控板设置在所述的电控箱内。

5、进一步，所述快速发码组件包括发码阀门主体，所述发码阀门主体上设置有减速电机，所述减速电机的输出端连接有传动锥齿轮，所述发码阀门主体内设置有一对间隔的阀门管道，一对所述阀门管道之间设置有发码阀门，所述发码阀门由一对发码阀片端部相对密封贴合组成，一对所述发码阀片相对的端部外周均设置有锥齿面，所述锥齿面与所述的传动锥齿轮啮合传动，所述减速电机驱动所述传动锥齿轮带动一对发码阀片旋转实现发码阀门的开启、关闭；所述发码阀门不断地开启、关闭引起注水管路中产生高、低变化的压力波形，所述井下配水器根据检测到的压力波形与所述地面控制装置进行压力脉冲通讯。

6、进一步，所述发码阀片的轴向贯通设置有沿径向圆周阵列的若干发码过流孔，一对所述发码阀片径向旋转带动相对的发码过流孔相互错位或贯通实现所述发码阀门的闭合或开启。

7、进一步，所述流量调节组件包括流量阀门主体，所述流量阀门主体的内部设置有空腔，所述空腔内设置有流量调节阀门，所述流量阀门主体的外部设置有电动执行器，所述电动执行器的输出端连接有传动轴，所述传动轴的端部延伸进空腔内与所述的流量调节阀门连接，所述电动执行器驱动所述传动轴旋转控制所述流量调节阀门的流量调节。

8、进一步，所述流量调节阀门由旋转阀片和固定阀片端部相对密封贴合组成，所述固定阀片的轴向贯通设置有一对相间隔的流量过流孔，所述传动轴的端部连接所述旋转阀片的一端，所述固定阀片的一端固定在所述空腔的下端，所述传动轴旋转带动所述旋转阀片相对于固定阀片转动时，所述旋转阀片覆盖所述流量过流孔的开口面积大小进行流量调节。

9、进一步，所述电控箱内还设置有电源模块，所述主控板与所述高频流量计、减速电机和电动执行器电连接，通过所述电源模块为主控板进行供电。

10、进一步，所述主控板包括mcu、ad采集转换单元、电信号处理单元、发码阀门驱动单元和流量阀门驱动单元；所述ad采集转换单元与设置在阀门管道上的发码压力传感器、设置在流量阀门主体内的流量压力传感器、温度传感器电连接并将所述发码压力传感器、流量压力传感器和温度传感器检测的模拟信号转换成数字信号后传送给所述mcu；所述电信号处理单元与高频流量计电连接将其检测的电压模拟信号转换成流量模拟信号传送至ad采集转换单元，由ad采集转换单元转换成数字信号传送给所述mcu。

11、进一步，本发明还提供一种用于高速脉冲通信的地面控制装置的调控方法，其特征在于：包括地面控制装置向井下配水器发送压力波码；具体为下述步骤：

12、步骤s11，主控中心发出指令，通过远程通信系统将指令传送给地面控制装置的mcu；

13、步骤s12，mcu接收、解析指令，并根据指令对应的压力波码形态生成相对应的控制指令；

14、步骤s13，mcu检测识别流量调节阀门的状态是开启还是关闭，如果是关闭状态，则执行步骤s14；如果是开启状态，则执行步骤s15；

15、步骤s14，mcu通过流量阀门驱动单元发出控制指令，控制电动执行器将流量调节阀门全开；

16、步骤s15，mcu通过发码阀门驱动单元发出控制指令，控制快速发码组件发码并在注水管路内形成mcu指定的压力波码，所述压力波码通过水介质发送到井下配水器；

17、步骤s16，快速发码组件在发码过程中，通过发码压力传感器检测注水管路内水介质的压力值并将其经ad采集转换单元传送到mcu；

18、步骤s17，mcu识别发码压力传感器发送来的压力值，并检测与主控中心发出的指令所对应的压力波码形态是否匹配；如果不匹配，发码失败，则执行步骤s18；如果匹配，则执行步骤s19；

19、步骤s18，mcu将发码失败的错误信息发送至主控中心；

20、步骤s19，mcu控制快速发码组件继续发码 ；

21、步骤s110，若结束发码，mcu控制发码阀门开启；

22、步骤s111，mcu通过远程通讯系统向主控中心发送完成信息提示。

23、进一步，还包括地面控制装置接收井下配水器的流量波码，具体为下述步骤：

24、步骤s21，高频流量计采集注水管路内的流量值并将其经ad采集转换单元转换为流量数字信号传输到mcu；

25、步骤s22，mcu将流量数字信号与mcu存储的指令所对应的流量波形进行对比，识别是否为指令，若为指令，则执行步骤s23；若不是指令，则继续执行步骤21；

26、步骤s23，mcu解析流量波形所对应的指令；

27、步骤s24，mcu通过远程通讯系统向主控中心发送指令内容。

28、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点和效果：

29、（1）本发明的地面控制装置及其调控方法在传统的精细调节流量的功能基础上，增加快速发码功能，通过主控板调控快速发码组件和流量调节组件同时实现地面控制装置的精细调节流量功能和快速发码功能，有利于油田智能分层注水系统的高效管理。

30、（2）本发明由于快速发码组件上的每个发码阀片的圆周方向上均设置有轴向贯通的发码过流孔，当两个发码阀片上的发码过流孔正对贯通时，发码阀门完全开启，可以将发码时间控制在3～5分钟以内，通信时间短，有利于地面控制装置和井下配水器的实时通信。