專利名稱：一種電纜式注水井調(diào)配裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適用于石油天然氣領域注水井測調(diào)裝置及方法，具體是一種可以長時間在井下工作的電纜式注水井調(diào)配裝置及方法。
背景技術：
目前石油天然氣領域注水層注水井常用的配水方法主要有以下幾種(1)傳統(tǒng)的投撈式配水方法主要是通過鋼絲等工具對井下水嘴進行投撈，因此它的缺點包括以下幾個方面①測調(diào)實時性差，不能及時的根據(jù)井下狀況對水嘴進行調(diào)節(jié)； ②配水精度低，不能實現(xiàn)井下精細的注水層注水；③投撈工作量大，投撈的工具也比較復雜，而且在大斜度井或水平井施工時，投撈成功率也較低。(2)存儲式測調(diào)配水方法這種配水方法在地面提前預設好每一個注水層的注水值，當測得的流量值與預設值相差超過一定范圍時，井下控制芯片控制電機轉(zhuǎn)動來調(diào)整水嘴開度完成流量調(diào)節(jié)。它的缺點是①實時性差，不能及時的發(fā)現(xiàn)井下注水量的波動；② 無法實時對井下各個層位的壓力、溫度、流量數(shù)據(jù)、流量調(diào)配過程和流量變化進行直讀和監(jiān)測；③當需要人為改變注水層注水量時，必須取出配水器重新設置或下入其它儀器完成設置，工作量比較大，也比較費時。④這種配水方法的電源通常由井下電池提供，成本比較高， 而且調(diào)配時間也有限，需要定時取出配水器更換電池，工作量大。(3)邊測邊調(diào)配水方法該方法將電纜下入井下調(diào)配測試儀，當坐層成功后，通過調(diào)節(jié)水嘴的開度大小，實現(xiàn)較好的井下分層注水效果，也實現(xiàn)了實時監(jiān)測的功能，但其本身也有缺點①由于每次測調(diào)只進行幾個小時后即取出儀器，井下配水器水嘴處于固定狀態(tài)， 若地層壓力或注水壓力出現(xiàn)波動時，配水器無法實現(xiàn)自動調(diào)整，造成注水不準確；②只能實現(xiàn)短時間的流量實時監(jiān)測，無法實現(xiàn)長期監(jiān)測；③當需要調(diào)節(jié)分層流量時，必須先完成坐層才能進行調(diào)節(jié)，工序復雜，工作量比較大；④對水嘴投撈或調(diào)節(jié)時，也會面臨大斜度井和水平井不易對接等問題；⑤當需要封隔器驗封時，需要再次投撈專用驗封儀才能實現(xiàn)驗封。這幾種配水器有的雖然成本低、投撈工具也較簡單，但是在分層配水效率、分層配水精度、長期配水監(jiān)測、以及直讀雙向通信等方面存在著較大的缺陷，特別是目前絕大多數(shù)井下配水器不具備獨立的流量計，無法長時間實時對流量進行測調(diào)，確定累計注水流量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術的不足和缺點，提供了一種可以長時間在注水層注水井井下工作的電纜式注水井調(diào)配裝置及方法。本發(fā)明的技術解決方案如下一種電纜式注水井調(diào)配裝置，包括地面控制器、電纜、與注水管連接的井下測調(diào)配水單元；所述地面控制器包括電源、地面控制芯片、與地面控制芯片連接的輸入模塊和顯示模塊，所述電源向地面控制芯片供電；
所述井下測調(diào)配水單元包括至少一個井下測調(diào)配水器；所述井下測調(diào)配水器包括井下控制芯片、電機、水嘴、流量傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器，所述流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的輸出端接井下控制芯片，所述井下控制芯片的輸出端接電機，所述電機用于控制水嘴的開度；所述井下控制芯片和地面控制芯片通過電纜連接；所述電源通過電纜給井下控制芯片和電機供電；所述井下測調(diào)配水器的上方和下方均設置有用于密封相應注水層的過電纜密封裝置，所述過電纜密封裝置設置有用于通過注水管的孔。上述井下測調(diào)配水單元包括多個井下測調(diào)配水器；上述多個井下控制芯片并聯(lián)后通過電纜與地面控制芯片連接。上述井下控制芯片包括刻度換算單元、電機控制單元、井下編解碼單元，上述刻度換算單元的一端分別與流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器連接，上述刻度換算單元的另一端通過井下編解碼單元與地面控制器連接，上述電機控制單元一端與電機連接，另一端與地面控制器連接。上述地面控制芯片包括地面編解碼單元。上述井下測調(diào)配水器還包括設置在電纜和井下控制芯片之間的放大濾波電路，上述地面控制器還包括電纜和地面控制芯片的放大濾波電路。一種電纜式注水井調(diào)配方法，包括以下步驟(1)在地面，將各注水層井下測調(diào)配水器的設定流量值輸入地面控制芯片，經(jīng)地面控制芯片的地面編解碼單元編碼后傳送至各井下控制芯片的井下編解碼單元；(2)將井下編解碼單元解碼后的設定流量值發(fā)送給各注水層的電機控制單元，執(zhí)行注水；(3)各注水層的流量傳感器采集相應層位的實際流量值，送至相應層位的電機控制單元，電機控制單元計算實際流量值與步驟( 解碼后的設定流量值的差值；若實際流量值與設定流量值的差值超出允許誤差范圍，控制電機相應地正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)水嘴開度，調(diào)節(jié)流量大??；若實際流量值與設定流量值的差值在允許誤差范圍內(nèi)時，不調(diào)節(jié)流量；同時，各注水層的流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器將采集到的各層位的流量、壓力、溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)井下控制芯片的刻度換算單元換算成實際流量值、實際壓力值、實際溫度值后，實際流量值、實際壓力值、實際溫度值再經(jīng)井下控制芯片的井下編解碼單元編碼，輸送到地面控制芯片的地面編解碼單元解碼后，通過顯示模塊顯示；(4)重復步驟(3)；直至需要人工調(diào)整時，再次由步驟⑴開始執(zhí)行。該電纜式注水井調(diào)配裝置及方法的優(yōu)點如下(1)它以電纜為載體，使用一根電纜連接井下單個或多個注水層位的測調(diào)配水器， 同時測取多個層位的流量、壓力和溫度數(shù)據(jù)。(2)它能夠在地面通過電纜實時對井下各個層位的壓力、溫度、流量數(shù)據(jù)、流量調(diào)配過程和流量變化進行直讀和監(jiān)測，并將各層的數(shù)據(jù)顯示出來。 (3)當需要人為改變注水層注水量時，則可以根據(jù)顯示的數(shù)據(jù)，在地面通過電纜向井下測調(diào)配水器發(fā)送控制命令，對井下各層注水量大小進行人工調(diào)整。
(4)可以在地面通過電纜為井下測調(diào)配水器供電，而不是由以往配水器的井下電池提供，這樣不僅節(jié)約了成本，縮小了配水器的整體體積，而且還大大延長了配水器在井下工作的時間，使注水量調(diào)配更加充分。(5)電纜式注水井調(diào)配方法縮短了調(diào)配時間，降低了勞動強度，實現(xiàn)了井下工具的自動化和地面電纜直讀式監(jiān)測和控制。(6)只需一次管注施工，就可以完成精細分注控制，無需后期人工干預和測量，節(jié)約大量人力物力。(7)不需要投撈水嘴，縮短調(diào)配時間，降低勞動強度，在大斜度井和水平井也能夠廣泛使用。


圖1為電纜式注水井調(diào)配裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為井下測調(diào)配水器和地面控制器的連接框圖。
具體實施例方式一種電纜式注水井調(diào)配裝置，包括地面控制器、電纜、與注水管連接的井下測調(diào)配水單元；地面控制器包括電源、地面控制芯片、與地面控制芯片連接的輸入模塊和顯示模塊，所述電源向地面控制芯片供電；井下測調(diào)配水單元包括至少一個井下測調(diào)配水器；井下測調(diào)配水器包括井下控制芯片、電機、水嘴、流量傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器，所述流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的輸出端接井下控制芯片，所述井下控制芯片的輸出端接電機，所述電機用于控制水嘴的開度；所述井下控制芯片和地面控制芯片通過電纜連接；電源通過電纜給井下控制芯片和電機供電；井下測調(diào)配水器的上方和下方均設置有用于密封相應注水層的過電纜密封裝置， 所述過電纜密封裝置設置有用于通過注水管的孔。顯示模塊可采用現(xiàn)有各種手段，例如顯示器，或打印顯示；顯示模塊可以根據(jù)需要顯示流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器測得的實際流量值、實際壓力值、實際溫度值，以及設定流量值、重新確定的注水量值、間隔注水時間等。當有多個注水層時，井下測調(diào)配水單元包括多個井下測調(diào)配水器；多個井下測調(diào)配水器的井下控制芯片并聯(lián)后通過電纜與地面控制芯片連接。井下控制芯片包括刻度換算單元、電機控制單元、井下編解碼單元，所述刻度換算單元的一端分別與流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器連接，所述刻度換算單元的另一端通過井下編解碼單元與地面控制器連接，所述電機控制單元一端與電機連接，另一端與地面控制器連接。地面控制芯片包括地面編解碼單元。井下測調(diào)配水器還包括設置在電纜和井下控制芯片之間的放大濾波電路，地面控制器還包括電纜和地面控制芯片的放大濾波電路。
一種電纜式注水井調(diào)配方法，包括以下步驟(1)在地面，將各注水層井下測調(diào)配水器的設定流量值輸入地面控制芯片，經(jīng)地面控制芯片的地面編解碼單元編碼后傳送至各井下控制芯片的井下編解碼單元；(2)將井下編解碼單元解碼后的設定流量值發(fā)送給各注水層的電機控制單元，執(zhí)行注水；(3)各注水層的流量傳感器采集相應層位的實際流量值，變送至相應層位的電機控制單元，電機控制單元計算實際流量值與步驟( 解碼后的設定流量值的差值；若實際流量值與設定流量值的差值超出允許誤差范圍，控制電機相應地正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)水嘴開度，調(diào)節(jié)流量大小；若實際流量值與設定流量值的差值在允許誤差范圍內(nèi)時，不調(diào)節(jié)流量；同時，各注水層的流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器將采集到的各層位的流量、壓力、溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)井下控制芯片的刻度換算單元換算成實際流量值、實際壓力值、實際溫度值后，實際流量值、實際壓力值、實際溫度值再經(jīng)井下控制芯片的井下編解碼單元編碼，輸送到地面控制芯片的地面編解碼單元解碼后，通過顯示模塊顯示；(4)重復步驟(3)；直至需要人工調(diào)整時，再次由步驟⑴開始執(zhí)行。該裝置及方法，當不需要人工調(diào)整時，可以在無人操作下在井下由流量傳感器測得數(shù)據(jù)實時調(diào)節(jié)水嘴進行流量測調(diào)，實現(xiàn)精確的注水層注水，也能夠在地面通過電纜實時對井下各個層位的壓力、溫度、流量數(shù)據(jù)、流量調(diào)配過程和流量變化進行直讀和監(jiān)測，并將各層的數(shù)據(jù)顯示出來，及時的發(fā)現(xiàn)井下問題，避免造成重大損失。當需要人為改變注水層注水量時，則可以根據(jù)顯示的數(shù)據(jù)，在地面通過電纜向井下測調(diào)配水器發(fā)送控制命令，井下控制芯片的電機控制單元接收地面重新確定的注水層注水量值，與實際測得的流量數(shù)據(jù)比較，若差值超過允許誤差限度，則控制電機轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)水嘴開度，完成流量調(diào)節(jié)以達到預期注水量，實現(xiàn)注水層調(diào)配注水。電纜式注水井調(diào)配方法可以在地面通過電纜為井下測調(diào)配水器供電，而不是由以往配水器的井下電池提供，這樣不僅節(jié)約了成本，縮小了配水器的整體體積，而且還大大延長了配水器在井下工作的時間，使注水量調(diào)配更加充分。電纜式注水井調(diào)配方法縮短了調(diào)配時間，降低了勞動強度，實現(xiàn)了井下工具的自動化和地面電纜直讀式監(jiān)測和控制，電纜式注水井調(diào)配方法依據(jù)其自身的特點，可以滿足油田注水井大部分井況的需求，前景良好。
權(quán)利要求
1.一種電纜式注水井調(diào)配裝置，其特征在于包括地面控制器、電纜、與注水管連接的井下測調(diào)配水單元；所述地面控制器包括電源、地面控制芯片、與地面控制芯片連接的輸入模塊和顯示模塊，所述電源向地面控制芯片供電；所述井下測調(diào)配水單元包括至少一個井下測調(diào)配水器；所述井下測調(diào)配水器包括井下控制芯片、電機、水嘴、流量傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器，所述流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的輸出端接井下控制芯片，所述井下控制芯片的輸出端接電機，所述電機用于控制水嘴的開度； 所述井下控制芯片和地面控制芯片通過電纜連接； 所述電源通過電纜給井下控制芯片和電機供電；所述井下測調(diào)配水器的上方和下方均設置有用于密封相應注水層的過電纜密封裝置， 所述過電纜密封裝置設置有用于通過注水管的孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜式注水井調(diào)配裝置，其特征在于所述井下測調(diào)配水單元包括多個井下測調(diào)配水器；所述多個井下控制芯片并聯(lián)后通過電纜與地面控制芯片連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電纜式注水井調(diào)配裝置，其特征在于所述井下控制芯片包括刻度換算單元、電機控制單元、井下編解碼單元，所述刻度換算單元的一端分別與流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器連接，所述刻度換算單元的另一端通過井下編解碼單元與地面控制器連接，所述電機控制單元一端與電機連接，另一端與地面控制器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電纜式注水井調(diào)配裝置，其特征在于所述地面控制芯片包括地面編解碼單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電纜式注水井調(diào)配裝置，其特征在于所述井下測調(diào)配水器還包括設置在電纜和井下控制芯片之間的放大濾波電路，所述地面控制器還包括電纜和地面控制芯片的放大濾波電路。
6.一種電纜式注水井調(diào)配方法，其特征在于包括以下步驟(1)在地面，將各注水層井下測調(diào)配水器的設定流量值輸入地面控制芯片，經(jīng)地面控制芯片的地面編解碼單元編碼后傳送至各井下控制芯片的井下編解碼單元；(2)將井下編解碼單元解碼后的設定流量值發(fā)送給各注水層的電機控制單元，執(zhí)行注水；(3)各注水層的流量傳感器采集相應層位的實際流量值，送至相應層位的電機控制單元，電機控制單元計算實際流量值與步驟( 解碼后的設定流量值的差值；若實際流量值與設定流量值的差值超出允許誤差范圍，控制電機相應地正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)水嘴開度，調(diào)節(jié)流量大??；若實際流量值與設定流量值的差值在允許誤差范圍內(nèi)時，不調(diào)節(jié)流量； 同時，各注水層的流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器將采集到的各層位的流量、壓力、溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)井下控制芯片的刻度換算單元換算成實際流量值、實際壓力值、實際溫度值后，實際流量值、實際壓力值、實際溫度值再經(jīng)井下控制芯片的井下編解碼單元編碼，輸送到地面控制芯片的地面編解碼單元解碼后，通過顯示模塊顯示；(4)重復步驟(3)；直至需要人工調(diào)整時，再次由步驟(1)開始執(zhí)行。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可以長時間在注水層注水井井下工作的電纜式注水井調(diào)配裝置及方法。該電纜式注水井調(diào)配裝置，包括地面控制器、電纜、與注水管連接的井下測調(diào)配水單元；該電纜式注水井調(diào)配方法，包括在地面將各注水層井下測調(diào)配水器的設定流量值輸入地面控制芯片，經(jīng)地面控制芯片的地面編解碼單元編碼后傳送至各井下控制芯片的井下編解碼單元；將井下編解碼單元解碼后的設定流量值發(fā)送給各注水層的電機控制單元，執(zhí)行注水；調(diào)節(jié)注水；本發(fā)明以電纜為載體，使用一根電纜連接井下單個或多個注水層位的測調(diào)配水器，同時測取多個層位的流量、壓力和溫度數(shù)據(jù)。
文檔編號E21B43/20GK102418505SQ20111044651
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者周明剛, 張偉強, 王振華 申請人:西安思坦儀器股份有限公司