CN104047583B - 井下磁控电动配水器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及井下磁控电动配水器及其控制方法，首先下入磁控制器；然后在设定时间内按照设定规律提放磁控制器，每次下放，信号接收与电机控制系统产生一次脉冲信号，从而产生控制电动机运行的磁控指令。电机旋转可控制阀孔的开度大小，进而精确控制注水量。由于不再采用现有计算的电磁通信控制方式，而采用不受环境影响的磁控方式，大大提高了控制成功率。

Description

井下磁控电动配水器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种配水器，尤其涉及一种井下磁控电动配水器及其控制方法。

背景技术

常用的分层注水技术通常是通过配水器水嘴控制各层注入量，一般需要采用钢丝投捞更换配水器水嘴，这种方式在分层测试达不到分层配注要求时，往往需要多次反复的进行钢丝投捞更换配水器水嘴，因此工作量较大，工作人员工作强度高。

公开号为CN 101260800A的中国发明专利申请“电磁线性调节井下注采流量装置”公开了一种采用电磁控制井下注采流量的注采装置，该装置包括轴线沿上下方向延伸的管柱，管柱一侧设置有配水器，配水器包括用于接收电磁信号的电信号接收与电机控制系统，开设有阀腔的阀座和与阀座上的阀腔吻合配合而启闭阀腔的阀芯，阀芯上端连接有传动系统，传动系统包括电机输出轴和与电机输出轴螺纹连接的传动轴，传动轴与阀芯固定连接，通过传动系统控制器控制，传动系统控制器与电信号接收与电机控制系统连接，电信号接收与电机控制系统将接收的指令发送给传动系统控制器，传动系统控制器根据接收到的指令控制电机旋转，电机输出轴通过传动轴带动阀芯上下移动打开阀腔或关闭阀腔，继而控制注水量。下放设备上带有电磁信号发射装置，为电信号接收与电机控制系统提供电磁信号指令。

以上方案的缺点在于：

第一，其设备在实际使用中效果很差，进行研究分析后发现是电磁系统在井下恶劣中通信效果很差，使电机不能正确的运动，控制成功率低。

第二，该装置中传动杆与电机输出轴采用螺纹连接组成丝杠螺母机构，这种结构为动力源输出旋转运动，传动端做直线运动，因此该机构对磁信号的响应慢；另外该装置中的阀芯采用球阀，而阀座具有与球阀外部轮廓吻合的阀腔壁，阀芯的外形轮廓与阀腔壁的吻合贴合程度影响阀芯对阀腔的封闭效果，当阀芯或阀座的阀腔壁产生一定磨损时会造成阀腔闭合不严而不能有效的控制注水量，达不到分层配注要求，因此需要定期更换阀芯或阀座，增加成本投入，影响工作效率。

公开号为CN 1601053A的中国发明专利申请“一种油田分层注水流量测试与调整方法”，是将流量测调仪下放，与偏心配水器内的流量可调式堵塞器对接，而后流量测调仪中的电磁流量计测得实际流量后，将测量结果通过控制电缆上传至地面控制系统，地面控制系统将接收到的测量信号与该层的设定注入信号对比，若不符，流量计发出调整命令。

上述方案能够实现根据实际流量的自动调节，该流量装置是在井下管柱配水器偏孔中安装电子测试调节装置，有线发送控制信号，原理上投捞测试的工作量较小，但是由于井筒空间限制，常用配水器偏孔位置只有直径22mm～25mm、长度300mm～400mm的空间，井下投捞器尺寸直径45mm，配水器最小内直径46mm，因此，电子测试调节装置尺寸会受限，在很小的空间内可放置的电路板、电池、电机尺寸更小，驱动力不足以满足井下高温高压注水调配需要，投捞测试成功率低。

另外，有线控制方式虽然通信可靠性高，但实际并不适合实际应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种井下磁控电动配水器及其控制方法，用于解决现有技术通信效果差的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

井下磁控电动配水器，包括用于发射磁信号的磁控制器、信号接收与电机控制系统，以及传动机构，所述信号接收与电机控制系统通过接收磁控制器的信号控制传动机构动作，所述传动机构包括传动轴，所述传动轴下方传动连接有阀芯，所述阀芯下方设置有阀座，阀座上开设有用于连通进、出液孔的阀腔，与阀腔连通设置与阀孔，阀芯与所述阀孔开闭配合，并且具有控制所述阀孔开度的旋转行程。

所述阀芯为可随传动轴旋转的阀板，所述阀座具有与所述阀板转动密封配合的端面，所述端面上开设有与所述阀腔连通的阀孔，所述阀板与所述阀孔开闭配合并具有所述控制阀孔开度的旋转行程。

所述阀孔为阀座上端面对称设置的两个，所述阀板具有与所述传动轴连接的柄部和用于与两个阀孔对应配合的盖板；所述阀座在垂直于传动轴轴线方向上的截面为圆形，所述阀孔为对称分布于阀座圆心两侧的两个沿圆周方向延伸的弧形的节流环空，所述阀板的柄部为长方形，所述盖板为分设于所述柄部左右两端的扇形结构。

所述信号接收与电机控制系统包括微处理器、供电模块、时钟电路模块、磁传感器、电动机角度精确检测模块和电动机驱动模块。

所述磁控制器与流量计一体设置，流量计包括流量信号发射装置；信号接收与电机控制系统包括与所述流量信号发射装置对应的电磁信号接收器；磁控制器与流量计直径小于配水器偏孔直径。

井下磁控电动配水器的控制方法，步骤如下：下入磁控制器；在设定时间内按照设定规律提放磁控制器，每次下放，信号接收与电机控制系统产生一次脉冲信号，从而产生控制电动机运行的磁控指令。

所述磁控制器通过磁铁产生磁信号；所述磁控指令为设定时间内脉冲信号个数。

流量计与磁控制器一体设置，在磁控制器进行提放的同时流量计检测流量，流量信号通过无线方式传输给信号接收与电机控制系统，信号接收与电机控制系统对所述磁控指令进行调整。

在信号接收与电机控制系感应到磁控制器后，开始对流量计信号进行连续检测。

本发明提出的井下磁控电动配水器，通过提放磁控制器，磁控制器每次下放，信号接收与电机控制系统(以下简称控制系统)通过磁感应识别出一次下放动作，便产生一个脉冲信号，多次提放后，便能够形成一系列脉冲信号，一系列脉冲信号对应某种控制指令，从而控制电机运转。由于不再采用现有计算的电磁通信控制方式，而采用不受环境影响的磁控方式，大大提高了控制成功率。

进一步的，为了简化控制便于操作，本发明采用在一定时间内计算脉冲数量的方式产生控制指令，不同的脉冲数量对应不同的电机运动模式。

进一步的，本发明中磁控制器根据设计好的流量由井上人员进行提放，同时本发明还增加了与磁控制器一体设置的流量计，流量计信号也能够对电机控制产生影响，从而实现了一定程度上的流量自动调整。

进一步的，在流量计通信方面，为了不使用有线方式而改为采用有线方式，同时为了提高无线通信方式在井下恶劣环境中的效果和稳定性，本发明设计了新的通信方式：在控制系感应到磁控制器后，开始对流量计信号进行连续检测，保证接收多次流量计信号，再进行综合判断，确定流量计信号准确性。对流量计信号的接收可以持续到磁控指令形成后。

电机旋转，传动系统中的传动轴被驱动旋转，传动轴直接带动与之转动连接的阀板旋转，阀板随传动轴旋转而与阀座上的阀孔开闭配合，随着阀板的旋转可控制阀孔的开度大小，进而控制可流经该阀孔的水，精确控制注水量。

进一步的，本发明传动轴直接带动阀板旋转实现与阀板密封配合的阀座端面上的阀孔的开度，不需要将旋转运动转换为直线运动，因此可以较快地对磁信号指令做出响应；采用阀板旋转控制阀孔的启闭状态，阀板的工作面为其下表面，阀板的外部轮廓的损坏不会影响阀孔的闭合效果，因此可有效控制注水量。

进一步的，阀座上对称设置两个阀孔，在注水时使阀座受力平衡。

附图说明

图1是本发明的井下磁控电动配水器的实施例的结构示意图；

图2是图1中的A-A剖视图；

图3是图1中的B-B剖视图；

图4是本发明的井下磁控电动配水器的使用状态图。

具体实施方式

本发明的进行磁控电动配水器的实施例：如图1～图4所示，该井下磁控电动配水器包括轴线沿上下方向延伸的、中间开设有注水管道的管柱主体6，管柱外套设有套筒7，套筒7与管柱本体6采用螺纹连接并通过密封圈密封，套筒上端螺纹连接有上接头1，套筒与上接头采用密封圈密封，管柱本体下方螺纹连接有下接头14，管柱本体与下接头采用密封圈密封，套筒内部与管柱本体外壁之间设置有容置空腔，容置空腔内靠近上接头一端设置有用于放置磁传感器的传感器仓3，磁传感器仓3采用螺纹连接在管柱本体6上，传感器仓中放置有用于接收磁信号的磁传感器2，传感器仓下方设置有对磁信号进行分析的微处理器4，微处理器4的输入端连接有蓄电池组5，微处理器的信号输入端与磁传感器2连接用于接收磁传感器2输入的磁信号，微处理器的输出端连接有减速电机8，减速电机8的输出端通过联轴器连接有传动轴9，传动轴9下方连接有阀板10，阀板下方设置有阀座11，阀板与阀座的上端面密封转动配合，阀座上设置有用于连通进、出液孔的阀腔，阀板在垂直于传动轴轴线方向上的截面具有一个与传动轴连接的长方形柄部和分别连接于柄部左右两端的两个扇形盖板，阀座在垂直于传动轴轴线的截面为圆形，阀座上端面开设有两个用于供水流过的节流环空15，节流环空为绕圆心对称分布并沿圆周方向延伸的弧形结构，节流环空与阀腔相通，阀板与阀孔开闭配合并具有控制阀孔开度的旋转行程，管柱本体于阀板上方、减速电机下方上开设有用于供注水管道中的水流过的进液孔16，阀座下方的容置空腔与下接头相通处采用堵头13封堵而阻止容置空腔与下接头的中心孔连通，并采用密封圈密封配合，阀座下方的容置空腔的外周壁上开设有用于将从进液孔流入的液体经过阀座的阀腔后排出容置空腔的出液口12。

本实施例中的井下磁控电动配水器的使用如图4所示，将本实施例的井下磁控电动配水器随注水管柱放入井中，并确保阀板10与阀座11上端面上开设的节流环空密封配合，在下井前，在微处理器4中预存有单位时间内磁感应器接收磁信号数量的控制编码，控制编码可用于控制减速电机正转或反转，从而控制阀板打开阀腔通道或封闭阀腔通道，在使用时，将连接有流量计18和磁控制器17的钢丝19从注水管柱中下入井下安装有井下磁控电动配水器位置，磁控制器向磁传感器发送磁信号，磁传感器将接收到的磁信号发送给微处理器4，微处理器根据接收到的磁信号与预存指令进行对比分析，将对应的动作指令通过输出端传送给减速电机，控制减速电机正转或反转，减速电机通过传动轴带动阀板向相应方向旋转一定的角度，从而使阀座上的节流环空打开一定开度或关闭一定开度，从而便可实现自动注水或自动停止注水。

对初次下井的井下磁控电动配水器需要首先注水，此时可以控制使阀板旋转而使节流环空打开一半的开度，开始注水，观察地面配水间的水表，如果注水量超出配注量时，使磁控制器发送给磁传感器的磁信号与控制编码中关闭节流环空的指令对应，微处理器根据收到的磁信号将指令输出给减速电机，使减速电机通过传动轴带动阀板旋转而将节流环空关闭。同理，当注水量低于配注量时，使磁控制器发送给磁传感器的磁信号与控制编码中开启节流环空的指令对应，从而可控制减速电机，使减速电机通过传动轴带动阀板旋转而打开节流环空，水通过进液孔流经节流环空后从出液孔流出进行注水。

在本实施例中的阀板在垂直于传动轴轴线方向上的截面为具有一个长方形柄部和其两侧设置的两个扇形盖板，在本发明的其他实施例中也可将阀板设置为在垂直于传动轴轴线的方向上的截面设置为长方形，只要保证其长边的长度大于两个节流环空之间的距离、短边的长度小于两个节流环空之间的距离即可。

信号接收与电机控制系统(以下简称控制系统)包括微处理器、供电模块、时钟电路模块、磁传感器、电动机角度精确检测模块和电动机驱动模块。供电模块用于提供系统供电，时钟电路模块给系统提供准确的时间信息。电动机角度精确检测控制模块通过对电动机角度的精确控制，实现对井下配水装置阀门开度的控制，达到控制注水流量的目的，电动机驱动模块可以控制步进电机正转和反转，并且能够在高温下提供电动机转动所必须的足够电流。

本发明的方法为：下入磁控制器后，通过提放磁控制器，磁控制器每次下放，控制系统通过磁传感器识别出一次下放动作，便产生一个脉冲信号，多次提放后，便能够形成一系列脉冲信号，一系列脉冲信号对应某种控制指令，从而控制电机运转。

具体的，为了简化控制便于操作，本发明采用在一定时间内计算脉冲数量的方式产生控制指令，不同的脉冲数量对应不同的电机运动模式。磁控制器可以通过磁铁产生磁信号。

为了实现流量自动调整，将磁控制器与流量计一体设置，流量计信号也能够对电机控制产生影响，从而实现了一定程度上的流量自动调整。具体的，流量信号通过无线方式传输给控制系统，控制系统对所述磁控指令进行调整。同时，同时为了提高无线通信方式在井下恶劣环境中的效果和稳定性，在控制系感应到磁控制器后，开始对流量计信号进行连续检测，保证接收多次流量计信号，再进行综合判断，确定流量计信号准确性。对流量计信号的接收可以持续到磁控指令形成后。

另外，本发明中由于磁控制器和流量计的结构简单，磁控制器可以构造为磁铁，流量计只需要增加一个采集器和无线传输模块实现无线传输即可，可以将磁控制器和流量计整体设计成较小的体积，从而实现磁控制器与流量计直径小于配水器偏孔直径，大大提高投捞成功率。

Claims (8)

1.井下磁控电动配水器，其特征在于，包括用于发射磁信号的磁控制器、信号接收与电机控制系统，以及传动机构，所述信号接收与电机控制系统通过接收磁控制器的信号控制传动机构动作，所述传动机构包括传动轴，所述传动轴下方传动连接有阀芯，所述阀芯下方设置有阀座，阀座上开设有用于连通进、出液孔的阀腔，与阀腔连通设置有阀孔，阀芯与所述阀孔开闭配合，并且具有控制所述阀孔开度的旋转行程；所述磁控制器与流量计一体设置，流量计包括流量信号发射装置；信号接收与电机控制系统包括与所述流量信号发射装置对应的电磁信号接收器；磁控制器与流量计直径小于配水器偏孔直径；所述磁控制器为磁铁。

2.根据权利要求1所述的井下磁控电动配水器，其特征在于：所述阀芯为可随传动轴旋转的阀板，所述阀座具有与所述阀板转动密封配合的端面，所述端面上开设有与所述阀腔连通的阀孔，所述阀板与所述阀孔开闭配合并具有所述控制阀孔开度的旋转行程。

3.根据权利要求2所述的井下磁控电动配水器，其特征在于：所述阀孔为阀座上端面对称设置的两个，所述阀板具有与所述传动轴连接的柄部和用于与两个阀孔对应配合的盖板；所述阀座在垂直于传动轴轴线方向上的截面为圆形，所述阀孔为对称分布于阀座圆心两侧的两个沿圆周方向延伸的弧形的节流环空，所述阀板的柄部为长方形，所述盖板为分设于所述柄部左右两端的扇形结构。

4.根据权利要求1所述的井下磁控电动配水器，其特征在于：所述信号接收与电机控制系统包括微处理器、供电模块、时钟电路模块、磁传感器、电动机角度精确检测模块和电动机驱动模块。

5.如权利要求1所述井下磁控电动配水器的控制方法，其特征在于，步骤如下：

1)下入磁控制器；

2)在设定时间内按照设定规律提放磁控制器，每次下放，信号接收与电机控制系统产生一次脉冲信号，从而产生控制电动机运行的磁控指令。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述磁控制器通过磁铁产生磁信号；所述磁控指令为设定时间内脉冲信号个数。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，流量计与磁控制器一体 设置，在磁控制器进行提放的同时流量计检测流量，流量信号通过无线方式传输给信号接收与电机控制系统，信号接收与电机控制系统对所述磁控指令进行调整。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在信号接收与电机控制系统感应到磁控制器后，开始对流量计信号进行连续检测。