CN104695917A - 智能配水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种智能配水系统，所述智能配水系统至少包括：配水器的机芯，配水器的机芯至少包括：机芯外壳；进水孔，开设在机芯外壳上；出水孔，设置在机芯外壳上；配水通道，位于所述机芯外壳内部空腔中，并连接在进水孔和出水孔之间；第一压力传感器和第二压力传感器，设置在机芯外壳上，第一压力传感器与机芯外壳壳体的外侧连通，测量机芯外壳壳体的外侧压力；第二压力传感器与出水孔连通，测量配水通道的压力；电动阀，设置在机芯外壳的内部空腔中，并位于配水通道上；控制器，设置在机芯外壳的内部空腔中，控制器控制电动阀。本发明实现了不用投入电缆车、三参数侧调仪和侧调仪，不用现场操作人员，就能实现分层配水作业。
Description
技术领域
本发明涉及采油技术领域，具体而言，涉及油田注水井内分层配水作业领域，即涉及一种智能配水系统，用于从井下向井口传输地层注水流量，尤其涉及一种配水器的机芯、智能配水器、分层注水管柱、与分层注水管柱连接的井口阀门系统和地面电控系统，或者说，本发明涉及包括配水器的机芯、智能配水器、分层注水管柱、与分层注水管柱连接的井口阀门系统和地面电控系统的智能配水系统，用于从井下向井口传输地层注水流量，或者利用电脑自动控制井口的分层注水作业。
背景技术
油田通过注水补充地层能量、是提高采收率最有效的方法。由于油层纵向上多层迭合，不同层间、同一层内渗透性差异大，导致自然吸水能力相差悬殊，薄差层水驱动用程度低。为均衡补充地层能量，发挥各油层潜力，提高注水开发效果，目前国内各油田普遍采用偏心分注、空心分注、测调一体分注等工艺手段进行配水。分层配水时，在注水井中使用注水管柱，注水管柱具有与井口连通的主通道以及向各地层注水的分通道阀门或水嘴，各分通道均与主通道连接。从井口将水注入井下的注水管柱，主通道中就有水通过，分通道阀门或水嘴打开后，就可以将主通道的水非配给各分通道，从而实现向各分通道注水或配水。
由于分层配水作业发生在几百米甚至几千米深的井下，在配水过程中，没有办法在井下的各层的水咀处安放一个水表或流量计来记录各层的流量，无法了解各层实际的配水情况。而且，虽然目前通过测调一体分注工艺实现了从油管中用电缆下入测调仪，用测调仪调节可变水嘴，实现了减少投捞堵塞器次数的目的，但没有解决要投入电缆车、三参数侧调仪、侧调仪等地面测量设备及操作人员到现场实施侧调配水作业问题，配水作业仍然工艺复杂，施工量大。
发明内容
本发明提供一种智能配水系统，以解决要投入电缆车、三参数侧调仪、侧调仪等地面配套设备及操作人员到现场才能实施侧调配水作业的问题。
本发明提供一种智能配水系统，所述智能配水系统至少包括：配水器的机芯，所述配水器的机芯至少包括：
机芯外壳，所述机芯外壳具有内部空腔；
进水孔，开设在所述机芯外壳上；
出水孔，设置在所述机芯外壳上；
配水通道，位于所述机芯外壳内部空腔中，并连接在所述进水孔和所述出水孔之间；
第一压力传感器和第二压力传感器，设置在所述机芯外壳上或所述机芯外壳内部空腔中，所述第一压力传感器与所述机芯外壳的壳体的外侧连通，测量所述机芯外壳的壳体的外侧压力；所述第二压力传感器与所述出水孔连通，测量所述配水通道的压力；
电动阀，设置在所述机芯外壳的内部空腔中，并位于所述配水通道上，电动阀的阀体采用平板阀或针形阀；
控制器，设置在所述机芯外壳的内部空腔中，所述控制器连接所述电动阀并控制所述电动阀；
所述控制器，连接所述第一压力传感器和第二压力传感器，记录和存储所述第一压力传感器测量的压力参数P1和第二压力传感器测量的压力参数P2；
当所述第一压力传感器测量的压力参数P1为井下数据上传信号时，所述控制器根据所述井下数据上传信号，将井下数据编码为以电信号体现的上传信号波，所述控制器电动控制所述电动阀按照所述上传信号波进行动作，产生电动阀的开度的波动。
作为另一种较佳选择，本发明提供一种智能配水系统，所述智能配水系统至少包括：配水器的机芯，所述配水器的机芯至少包括：
机芯外壳，所述机芯外壳具有内部空腔；
进水孔，开设在所述机芯外壳上；
出水孔，设置在所述机芯外壳上；
配水通道，位于所述机芯外壳内部空腔中，并连接在所述进水孔和所述出水孔之间；
第一压力传感器和第二压力传感器，设置在所述机芯外壳上或所述机芯外壳内部空腔中，所述第一压力传感器与所述机芯外壳的壳体的外侧连通，测量所述机芯外壳的壳体的外侧压力；所述第二压力传感器与所述出水孔连通，测量所述配水通道的压力；
电动阀，设置在所述机芯外壳的内部空腔中，并位于所述配水通道上；
控制器，设置在所述机芯外壳的内部空腔中，所述控制器连接所述电动阀并控制所述电动阀；其中，
所述控制器包括：单片机芯片、驱动芯片以及与电动阀连接的位置传感器；
所述井下数据为压力参数P1或压力参数P2或配水通道流量V或电动阀开度；
所述单片机芯片，连接所述第一压力传感器和第二压力传感器，将记录和存储的所述压力参数P1编码为以第二电信号波形式体现的压力脉冲；或将第二压力参数P2编码为以第三电信号波形式体现的压力脉冲；或将配水通道流量V编码为以第五电信号波形式体现的压力脉冲；
所述单片机芯片，还连接所述驱动芯片，所述驱动芯片连接所述电动阀，所述单片机芯片通过所述驱动芯片控制所述电动阀的开度；所述单片机芯片还连接所述位置传感器，记录和存储所述电动阀的开度；
所述单片机芯片中预先设定有固定编码，所述单片机芯片将所述第二电信号波，与所述预先设定的固定编码对比，判断所述第二电信号波是否为井下数据上传信号；
或者，所述控制器还包括：存储器芯片，设置在所述单片机芯片外并连接所述单片机芯片；所述存储器芯片中预先设定有固定编码，所述单片机芯片将所述第二电信号波，与所述预先设定的固定编码对比，判断所述第二电信号波是否为井下数据上传信号；
所述单片机芯片判断所述第二电信号波为井下数据上传信号时，所述单片机芯片根据所述第三电信号波或第五电信号波通过驱动芯片电动控制所述电动阀的动作。
进一步的，所述上传信号波为压力函数波，所述压力函数波为压力函数与时间关系曲线，所述控制器通过压力函数上传配水通道流量V，所述控制器还对所述压力参数P1和P2进行后续处理，所述压力函数为f(P)＝P1-P2，即压力函数为所述第一压力传感器和第二压力传感器测量的压力差；所述单片机芯片将压力函数为f(P)，编码为以第四电信号波形式体现的压力脉冲。
进一步的，所述控制器还包括：模数转换器，位于单片机芯片内部，连接所述第一压力传感器，将所述第一压力传感器测量的压力参数(第二电信号波)数字化。
进一步的，所述配水器的机芯还包括：设置在所述机芯外壳的壳体之外的传压管道，所述传压管道连接所述第二压力传感器，并且所述传压管道与所述出水孔连通。
进一步的，所述配水器的机芯还包括：位于所述机芯外壳的内部空腔中的电池，所述电池连接所述控制器和所述电动阀。
进一步的，所述机芯外壳的顶部为封闭的，所述电池设置在所述机芯外壳的顶部的内部空腔中，所述控制器还包括：电源芯片，电源芯片连接所述电池，并且所述电源芯片连接所述单片机芯片，所述机芯外壳的底部为管接头，所述出水孔设置在所述管接头上，所述进水孔开设在所述机芯外壳的侧面。
进一步的，所述智能配水系统还包括：智能配水器，所述智能配水器包括：
所述配水器的机芯；
容纳所述配水器的机芯的工作筒，所述工作筒具有筒壁和位于筒壁中的内腔，所述工作筒的上端具有开口，所述开口与所述工作筒的内腔连通；所述工作筒的筒壁上设有配水孔，所述配水孔穿出所述工作筒的筒壁并连接所述工作筒的内腔；所述配水孔连通所述配水器的机芯的出水孔；所述工作筒的筒壁上还设有地层测量孔，所述地层测量孔从所述工作筒的内腔延伸至所述工作筒的筒壁的外侧，所述传压管道设置在所述工作筒的内腔中并与所述地层测量孔连接；所述第一压力传感器与所述工作筒的内腔连通，所述第一压力传感器测量所述工作筒的内腔的压力。
进一步的，所述工作筒的筒壁包括：中间筒状体的筒壁、上接头的筒壁以及下接头的筒壁，所述上接头的筒壁连接在所述中间筒状体第一端，所述下接头的筒壁连接在所述中间筒状体第二端；所述配水孔设置在所述下接头的筒壁上；所述工作筒中还设有侧壁带有通孔的通道管。
进一步的，所述智能配水系统还包括：分层注水管柱，所述分层注水管柱包括：
油管；
设置在所述油管底端的丝堵；
多个所述智能配水器，依次连接在所述油管上，并位于所述丝堵上方；
各所述智能配水器的工作筒的内腔均与所述油管连通。
进一步的，所述智能配水系统还包括：设置在井口处的井口阀门系统，所述井口阀门系统包括：
与井下所述油管连接的油管连接管；
与井下套管连接的套管连接管；
设置在油管连接管上的油管进口阀门和油管出口阀门；
设置在套管连接管上的套管进口阀门和套管出口阀门；
配水间供水管，连接油管连接管和套管连接管，并向油管连接管和套管连接管供水；
压力流量测量装置，设置在所述油管连接管上，并位于所述油管进口阀门的下游，所 述压力流量测量装置测量所述油管连接管的压力和流量；
总阀门，连接在所述油管连接管和井下的油管之间；
调节阀，设置在所述油管连接管上，并位于所述油管进口阀门和所述压力流量测量装置之间；
通过在井口手动或电动控制所述调节阀实现在井口或地面向井下发出井下数据上传信号。
进一步的，所述压力流量测量装置为压力流量计，所述调节阀为电控调节阀，通过控制所述电控调节阀的开度使得向井下的油管的注水压力发生变化，通过对所述电控调节阀的开度进行编码，实现在井口或地面向井下发出井下数据上传信号，通过所述压力流量计获得的注水主通道的压力数值、以及注水时间与电动阀的开度得到指定地层的配水通道的流量。
进一步的，所述智能配水系统还包括：
设置在压力流量测量装置内的地面数据接收系统和地面电控系统；所述地面数据接收系统接收所述压力流量计测量的压力和流量参数，所述地面电控系统控制所述电控调节阀的开度；
与地面数据接收系统连接的通信系统以及连接所述通信系统的油田内部局域网，并且所述地面电控系统连接油田内部局域网，所述通信系统将压力和流量参数通过无线网络传递给所述油田内部局域网，所述地面电控系统通过油田内部局域网控制控制所述电控调节阀的开度。
本发明能从井下上传各层段配水作业情况。本发明通过上传各层段配水流量或其他参数解决了现有技术遇到的问题。
本发明克服了在分层配水作业时，井下信号或数据无法通过电缆或无线电传输达到井口或地面的问题。为此，本发明不再采用电信号传输数据，而是使用分层配水作业时的注水管道压力来传递信号。为了能够将井下数据通过注水管道(或注水主通道)的压力上传到井口，本发明控制配水器的电动阀的开度造成注水主通道的压力变化，并将上传数据转化为有规律的使配水器注水主通道面积变动，这种有规律波动与传送信息的数值相对应，井下注水主通道或井下的油管的压力波动会造成井口注水压力和注水流量也相应波动，安装在井口的压力流量测量装置就得到了流量和压力数值。
也就是，本发明与现有技术的区别例如有：1、通过使用分层配水作业时的注水管道压力(或注水主通道)来传递井下配水作业情况(例如流量)的信号(即井下数据)；2、通 过配水器的电动阀的开度造成注水主通道的压力变化；3、电动阀的开度及动作要与上传的数据向对应，需要上传的数据经过井下编码后，反映到井口处的注水管道(或注水主通道)的压力变化；4、井下指定地层的数据上传需要通过井口或地面发出井下数据上传信号后，井下的分层注水管柱上的各配水器相互协调，指定地层的配水器能够感知井口或地面发出井下数据上传信号，然后指定地层的配水器再上传数据，其他地层的配水器也能根据该井口或地面发出的井下数据上传信号，不上传所在地层的数据。5、为了进一步保证信号传递效果，前面所述四点可以相互配合，相互作用，形成一个有机的配合体系。
本发明的配水器的机芯通过将配水通道的流量编码为以电信号体现的上传信号波，通过电动控制电动阀按照上传信号波进行动作，产生电动阀的开度的波动，从而影响到井口处的注水主通道的压力，因而在井口处获得的注水主通道的压力数值，就能够感受到井下发出的上传信号波，即可以得出配水通道的流量。
进而，配水器的机芯将配水通道的流量转化为压力函数波上传，通过相应传感器测得的压力参数可以获得压力函数，从而反映配水通道的流量，通过在井下设置传感器可以方便的得到配水通道的流量，解决了配水器中由于无法设置水表而难以得到井下流量的难题。
进而，本发明在井下可以将压力参数P1和压力参数P2、用P1-P2压力差获取的流量V及配水通道开度(电动阀的开度)都上传到井口。
进而，在井口处获得的注水主通道的压力信号，就能够感受到井下发出的井下配水通道两端的压力差，通过该压力差、注水时间与电动阀的开度就可以得出配水通道的流量。在配水作业过程中电动阀的开度不变的情况下，本发明只需上传一个压力参数P1-P2，只需上传一次，减少了上传的数据的个数和次数，简化了数据上传工作。
作为另外一种选择，为了增加上传流量数据的准确性，或者在配水作业过程中电动阀的开度发生变化时，还可以上传压力差和电动阀的开度这两项数据(注水时间可以在井口或地面直接计时，无需上传)。
作为另外一种选择，还可以将压力参数P1和压力参数P2都上传到井口，虽然理论上压力参数P1等于井口处压力流量测量装置测量的压力，但是由于安装在井下的第一压力传感器由于温度、压力、工作时间等原因，有可能造成第一压力传感器测得的压力参数P1与井口处压力流量测量装置测量的压力存在一定的偏差，为此，可以通过上传压力参数P1，校正第一压力传感器的测量，从而使整个配水作业更为准确。
进而，本发明在井下设置的配水器或配水器的机芯，还可以直接用压力差、注水时间与电动阀的开度计算出配水通道的流量，可以直接将配水通道的流量上传到井口，这样， 也是只上传一次数据和一项数据。
本发明实现了不用投入电缆车(或钢丝绞车)、三参数侧调仪(或投捞器)和侧调仪等地面测量设备，不用现场操作人员，就能实现分层配水作业。
附图说明
图1为根据本发明实施例的配水器的机芯的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的配水器的结构；
图3为根据本发明实施例的分层注水管柱的结构；
图4为根据本发明实施例的井口阀门系统的结构；
图5A为根据本发明实施例的井口向井下配水器发送指令的波形示意图(波形示意图描述的是压力的波动部分，未描述液柱压力基础部分)；其中，该指令为编码A，即A码，为第一层段的井下配水器设置流量(流量值例如为99.9m3/天)；
图5B为根据本发明实施例的井口向井下配水器发送指令的波形示意图；该指令为编码B，即B码，为第二层段的井下配水器的配水通道设置压力(压力值例如为23.7MPa)；
图5C为根据本发明实施例的井口向井下配水器发送指令的波形示意图；该指令为编码C，即C码，为井下第三层段的配水器设置配水通道的开度(数值为例如15.1)；
图6A为根据本发明实施例的井下配水器井口向井口发送指令的波形示意图；该指令为编码D，即D码，为位于井下4层段(第四层段)配水器向地面发送流量(数值例如为44.4m3/天)；
图6B为根据本发明实施例的井下配水器向井口发送指令的波形示意图；该指令为编码E，即E码，井下5层段配水器向地面发送第一压力数据(数值例如为15.1MPa)；
图6C为根据本发明实施例的井下配水器向井口发送指令的波形示意图；该指令为编码F，即F码，为井下5层段配水器向地面发送第二压力数据(数值例如为34.6MPa)；
图6D为根据本发明实施例的井下配水器向井口发送指令的波形示意图；该指令为编码G，即G码，为井下6层段配水器向地面发送开度(数值例如为33.3)；
图7A为根据本发明实施例的井口呼叫井下1层段的配水器向地面发送其流量数据的编码(或指令)；该指令为编码H，即H码；
图7B是井口呼叫井下2层段的配水器向地面发送其第一压力数据(压力参数P1)的编码；该指令为编码I，即I码；
图7C是井口呼叫井下3层段的配水器向地面发送其第二压力数据(压力参数P2)的编码；该指令为编码J，即J码；
图7D是地面呼叫井下4层段(或第四层段)的配水器向地面发送其开度数据的编码；该指令为编码K，即K码；
图8为根据本发明实施例的配水器的机芯的控制器工作原理示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示，本发明提供一种配水器的机芯或一种至少包括配水器的机芯的智能配水系统，所述配水器的机芯1至少包括：
机芯外壳(例如包括：依次连接的顶盖161、中间筒16和管接头18)，所述机芯外壳具有内部空腔；
进水孔14，开设在所述机芯外壳上，例如进水孔14设置在机芯外壳的壳体的侧向上；
出水孔181，设置在所述机芯外壳上，例如设置在机芯外壳的底部(即设置在管接头18上)；
配水通道100，位于所述机芯外壳的内部空腔中，并连接在所述进水孔14和所述出水孔181之间，配水通道100为对配水地层进行分层配水的通道；
第一压力传感器11和第二压力传感器12，设置在所述机芯外壳上或所述机芯外壳内部空腔中，所述第一压力传感器11与所述机芯外壳的壳体的外侧连通，测量所述机芯外壳的壳体的外侧压力，即获得或测量主供水管道或注水主通道或地面注水的压力；所述第二压力传感器12与所述出水孔181连通，测量所述配水通道100的压力，机芯外壳的壳体上可以设置有螺纹孔，第一压力传感器11和第二压力传感器12分别通过螺纹连接安装在各螺纹孔上；
电动阀，设置在所述机芯外壳的内部空腔中，并位于所述配水通道上，电动阀例如包括：电机151(例如为直流电机)、与电机151连接的减速机152和位置传感器157、以及与减速机152连接的阀针153，机芯外壳内部空腔中设有阀孔154，阀针153设置在阀孔154处并与阀孔154相配合，通过电机151和减速机152的动作，阀针153与阀孔154相配合，形成阀孔154的开关和开度的变化，也就是，形成配水通道100的开度的变化或流量的变化；
控制器17，设置在所述机芯外壳的内部空腔中，所述控制器连接所述电动阀并控制所述电动阀，控制器控制电动阀的开关以及开度；
所述控制器，连接所述第一压力传感器和第二压力传感器，记录和存储所述第一压力传感器测量的压力参数P1和第二压力传感器测量的压力参数P2；
当所述第一压力传感器测量的压力参数P1为井下数据上传信号时，所述控制器根据所述井下数据上传信号，将配水通道流量V编码为以电信号体现的上传信号波，所述控制器电动控制所述电动阀按照所述上传信号波进行动作，产生电动阀的开度的波动。
本发明的配水器的机芯通过将配水通道的流量编码为以电信号体现的上传信号波，通过电动控制电动阀按照上传信号波进行动作，产生电动阀的开度的波动，从而影响到井口处的注水主通道的压力，因而在井口处获得的注水主通道的压力数值，就能够感受到井下发出的上传信号波，即可以得出配水通道的流量。
作为本发明第二个具体实施例，配水器的机芯1至少包括：
机芯外壳(例如包括：依次连接的顶盖161、中间筒16和管接头18)，所述机芯外壳具有内部空腔；
进水孔14，开设在所述机芯外壳上，例如进水孔14设置在机芯外壳的壳体上；
出水孔181，设置在所述机芯外壳上，例如设置在机芯外壳的底部(即设置在管接头18上)；
配水通道100，位于所述机芯外壳的内部空腔中，并连接在所述进水孔14和所述出水孔181之间；
第一压力传感器11和第二压力传感器12，设置在所述机芯外壳上或所述机芯外壳内部空腔中，所述第一压力传感器11与所述机芯外壳的壳体的外侧连通，测量所述机芯外壳的壳体的外侧压力，即获得或测量主供水管道或注水主通道或地面注水的压力；所述第二压力传感器12与所述出水孔181连通，测量所述配水通道100的压力，机芯外壳的壳体上可以设置有螺纹孔，第一压力传感器11和第二压力传感器12分别通过螺纹连接安装在各螺纹孔上；
电动阀，设置在所述机芯外壳的内部空腔中，并位于所述配水通道上，电动阀例如包括：电机151(例如为直流电机)、与电机151连接的减速机152和位置传感器157、以及与减速机152连接的阀针153，机芯外壳内部空腔中设有阀孔154，阀针153设置在阀孔154处并与阀孔154相配合，通过电机151和减速机152的动作，阀针153与阀孔154相配合，形成阀孔154的开关和开度的变化，也就是，形成配水通道100的开度的变化或流量的变化；
控制器17，设置在所述机芯外壳的内部空腔中，所述控制器连接所述电动阀并控制所 述电动阀，控制器控制电动阀的开关以及开度；
所述控制器，连接所述第一压力传感器和第二压力传感器，记录和存储所述第一压力传感器测量的压力参数P1和第二压力传感器测量的压力参数P2；如图8，本发明的控制器包括：
单片机芯片、驱动芯片(例如为H桥芯片)和与电动阀连接的位置传感器；
位置传感器，例如，设置在机芯外壳内部空腔中，测量电动阀的角度位置，获得电动阀的开度；
驱动芯片(例如为H桥芯片)，用于驱动电动阀动作，控制电动阀的开度；
单片机芯片，记录和存储以及读取井下数据，例如，连接所述第一压力传感器和第二压力传感器，记录和存储和读取压力参数P1或压力参数P2，单片机芯片还可以连接位置传感器，记录和存储和读取电动阀的开度；
单片机芯片还可以将井下数据编码为以各种电信号波形式体现的压力脉冲；其中，将所述压力参数P1编码为以第二电信号波形式体现的压力脉冲；或将第二压力参数P2编码为以第三电信号波形式体现的压力脉冲；或将配水通道流量V编码为以第五电信号波形式体现的压力脉冲；
单片机芯片，连接驱动芯片(例如为H桥芯片)，根据所述第二电信号波，与单片机芯片中固化(预先设定)的压力编码(见图5)对比判断是否为井下数据上传信号；
当判断为井下数据上传信号时，所述单片机芯片根据井下数据上传信号，将配水通道流量V或第二压力P2编码为以电信号体现的第三电信号波，单片机根据第三电信号波通过H桥芯片电动控制所述电动阀的动作，例如，通过H桥芯片驱动控制所述电动阀进行动作。H桥芯片用于驱动电机。
本发明通过单片机芯片对井下数据进行存储、读取和处理，并据此编码为电信号波，控制电动阀的开度，实现了井下数据的高效和优化处理，减少了数据传输的困难。
作为较佳的选择，控制器还可以包括：存储芯片，作为数据存储器，位于所述单片机芯片之外，连接所述单片机芯片，作为外存储器或外存，记录和存储大部分或一部分所述第一压力传感器和第二压力传感器测量的压力参数以及电动阀开度的数据，以减少单片机芯片的内存压力，提高单片机芯片的解码或编码或其他数据处理效率；当然，如果单片机芯片的处理效率足以满足井下数据处理的需要，或者如果单片机芯片的功能足够强大，也可以不需要存储芯片或数据存储器；
其中，固化(预先设定)的压力编码可以预先设定在单片机芯片中，也可以预先设定 在数据存储器中。
进一步的，图8中，控制器还可以包括：放大器芯片和电源芯片。电源芯片连接所述第一压力传感器、第二压力传感器、单片机芯片、放大器芯片和存储芯片，为其通过3.3V的工作电压，电源芯片与电池155连接，电源芯片的能量由图1中的电池155提供。
图8中，H桥芯片连接所述电池155、单片机芯片和电动阀，为电动阀提供大的工作电流。
图8中，放大器芯片包括：第一放大器芯片和第二放大器芯片，第一放大器芯片与第一压力传感器连接，形成第一放大电路；第二放大器芯片与第二压力传感器连接，形成第二放大电路；这两个放大电路分别将第一压力传感器和第二压力传感器测量的压力参数或压力信号放大。
图8中单片机芯片将(经过放大的)压力参数P1编码为以第二电信号波，将配水通道流量V或(经过放大的)第二压力P2编码为以电信号体现的第三电信号波形式体现的压力脉冲；
当所述第一压力传感器测量的压力参数为井下数据上传信号时，所述控制器根据所述信号中的层段位编码(即反映地层位置的编码)，将该层段位(即该地层)配水器的所述压力参数编码为以电信号体现的井下压力参数上传信号波，所述控制器电动控制所述电动阀按照所述上传信号波进行动作，产生电动阀的开度的波动。
进一步的，本发明的控制器还包括：
模数转换器，通过放大器芯片连接所述第一压力传感器，将所述第一压力传感器测量的压力参数P1转换为数字量第二电信号，同理，模数转换器，也可以通过放大器芯片连接所述第二压力传感器，将所述配水通道流量V或第二压力P2转换为数字量为体现的第三电信号；模数转换器作为单片机芯片的一部分，位于单片机芯片内部，这样便于制作安装、处理数据；模数转换器起到将模拟信号转化为数字信号的作用，能够将第一压力传感器和第二压力传感器测得的模拟压力信号P1和P2转换为数字电信号波，由单片机芯片对压力信号P1-P2进行运算(运算方法相同于差压流量计原理)得到配水通道流量V。
进一步地，所述上传信号波为压力函数波，所述压力函数波为压力函数与时间关系曲线，所述控制器通过压力函数上传配水通道流量V，所述控制器还对所述压力参数P1和P2进行后续处理，所述压力函数为f(P)＝P1-P2，即压力函数为所述第一压力传感器和第二压力传感器测量的压力差；所述压力脉冲编码器将压力函数为f(P)，编码为以第四电信号波形式体现的压力脉冲。通过上传压力函数f(P)，可以在只上传一个数据的情况下 获得配水通道流量V。
进一步地，如图1和图2，所述配水器的机芯1还包括：设置在所述机芯外壳的壳体之外的传压管道13，所述传压管道13连接所述第二压力传感器12，并且所述传压管道与所述出水孔181连通，用于测量出水孔181处的压力，即获得配水地层的压力。传压管道13的如此设置，既方便的测量到了出水孔181处的压力，同时还避免了出水孔181处空间有限，不便在出水孔181处安装第二压力传感器12的问题。
进一步地，如图1所示，所述配水器的机芯1还包括：位于所述机芯外壳的内部空腔中的电池155，所述电池155连接所述控制器17和所述电动阀，电池155为控制器17和所述电动阀提供电源。本发明中，使用了电池，无需现有技术那样需要下入电缆调整水嘴才能完成对配水通道流量的调节。
进一步地，如图1所示，机芯外壳包括：依次连接的顶盖161、中间筒16和管接头18，中间筒16为筒状体，顶盖161和管接头18分别密封连接在中间筒16的上方和下方。
顶盖161连接在中间筒16的上方，并且顶盖161的顶端为封闭的，因而所述机芯外壳的顶部为封闭的，以便形成密封，所述电池155设置在所述机芯外壳的顶部的内部空腔中，可以在顶盖161与电池155设置压缩弹簧156，以便压紧电池与控制器和电动阀的连接。所述机芯外壳的底部为管接头18，所述出水孔181设置在所述管接头上，所述进水孔14开设在所述机芯外壳的侧面，例如进水孔14开设在中间筒16的侧面。配水通道100为从进水孔14进入机芯外壳的壳体的内部空腔中，经过阀孔154从出水孔181流出的这一段通道。
进一步地，如图2，本发明还提供一种智能配水器，或者本发明的智能配水系统还包括：智能配水器，能够从井下向井口传输地层注水流量参数，其中，所述智能配水器包括：
所述配水器的机芯1；
容纳所述配水器的机芯的工作筒2，所述工作筒2具有筒壁和位于筒壁中的内腔23，所述工作筒的上端具有开口，工作筒的下端也具有开口，上端开口和下端开口与所述工作筒的内腔23连通，以便上端开口、下端开口与工作筒的内腔23连通形成注水主通道，该注水主通道可以将井口或地面的主供水管道的供水送至各地层的配水器处；所述工作筒的筒壁上设有配水孔24，所述配水孔24穿出所述工作筒的筒壁并连接所述工作筒的内腔23；所述配水孔24连通所述配水器的机芯的出水孔181；所述工作筒的筒壁上还设有地层测量孔25，所述地层测量孔25从所述工作筒的内腔23延伸至所述工作筒的筒壁的外侧，所述传压管道13设置在所述工作筒的内腔23中并与所述地层测量孔25连接，用于测量出水孔 181处的压力，即获得配水地层的压力；所述第一压力传感器11与所述工作筒的内腔23连通，所述第一压力传感器11测量所述工作筒的内腔23的压力，第一压力传感器11获得或测量主供水管道或地面注水的压力，也就是第一压力传感器11获得注水主通道的压力。
进一步地，工作筒2还包括：中间筒状体20、以及分别通过螺纹连接在中间筒状体20两端的上接头21和下接头22，上接头21和下接头22均为筒状，具有内部通道。所述工作筒2的筒壁包括：中间筒状体20的筒壁、上接头21的筒壁以及下接头22的筒壁，所述上接头21的筒壁连接在所述中间筒状体20第一端(例如，顶端)，所述下接头21的筒壁连接在所述中间筒状体20第二端(例如，底端)；所述配水孔24设置在所述下接头22的筒壁上，这样便于加工，配水孔24的顶部为螺纹孔26，管接头18底部的连接螺纹182连接到螺纹孔26中，连接螺纹182的上方还设有密封圈183，用于密封。
所述工作筒中还设有侧壁带有通孔31的通道管3，即配水器的机芯1和通道管3并行设置在工作筒2的内腔中，配水器的机芯1具有配水通道100，而配水器则具有配水通道100和注水主通道。
注水主通道可以由通道管3与上接头21和下接头22连接形成。设置通道管3有利于导流，也有利于测试工具的起下。当然，不需要通道管3也可以形成注水主通道，不需要通道管3也可以将井口或地面的主供水管道的供水送至各地层的配水器处。
进一步地，如图3所示，本发明还提供一种分层注水管柱或者本发明的智能配水系统还包括：分层注水管柱，所述分层注水管柱包括：
油管(或基管)4，设置在套管8中，用于与图4中井口处的油管40连接；
设置在所述油管4底端的丝堵7；
依次连接在所述油管上的封隔器5，用于封隔井下地层；
多个所述智能配水器6，依次连接在所述油管上，位于所述丝堵上7方，地层c1代表第一配水地层段，地层c2代表第二配水地层段，地层c3代表第三配水地层段，每个地层段中设有一个智能配水器6，每个智能配水器6位于相邻两个封隔器5之间；
各所述智能配水器6的工作筒的内腔均与所述油管连通，以形成各智能配水器6的注水主通道或井下的油管的连通。
如图3和图4，分层注水管柱中，对于设置在一个油管4上的多个智能配水器6来说，每个智能配水器6中的第一压力传感器11测量各所述工作筒的内腔23的压力，各智能配水器6中的第一压力传感器11测量的数值相差一个安装位置深度差。
如图3和图4，分层注水管柱中，每个智能配水器6中的第二压力传感器12测量各地 层或各自配水通道100的压力，由于每个地层都使用相应的智能配水器，每个的地层都有各自的配水通道，因而，各地层的配水通道100的压力或流量数值与地层的配水通道100的压力或流量数值可能有所不同。
作业时，将整个管柱下入到套筒8中，然后使封隔器5实现坐封，控制各层的配水器的机芯，实现电动阀的开启，从而实现分层配水。
进一步地，如图4所示，所述智能配水系统还包括：设置在井口处的井口阀门系统，所述井口阀门系统包括：
与井下的油管40相通的连接管801，油管40可以与分层注水管柱的油管4相连接；
与井下套管80连接的套管连接管802；
设置在油管连接管801上的油管进口阀门8011和油管出口阀门8012，配水间供水管800提供的高压水经过油管连接管801、油管进口阀门8011和总阀门850形成注水通道；注水时测试阀门8015、套管进口阀门8021、套管出口阀门8022和电控截止阀8016均关闭，总阀门850、油管出口阀门8012打开，以控制向井下的油管的注水量，排水管811上设有受压力流量测量装置8014控制的电控截止阀8016；
设置在套管连接管上802的套管进口阀门8021和套管出口阀门8022，必要时配水间供水管800提供的高压水经过套管进口阀门8021可以进入套管，当套管出口阀门8022打开时通过排水管812排出；
排水管811与排水管812的排水汇合成总排水管810；
配水间供水管800，连接油管连接管801和套管连接管802，向油管连接管和套管连接管供水，油管连接管801的进口端和套管连接管802的进口端都连接在配水间供水管800上；
压力流量测量装置8014一端设置在所述油管连接管801上，另一端并位于所述油管进口阀门8011的上游，所述压力流量测量装置8014测量所述油管连接管的压力和流量；
总阀门850，为向井下注水的控制阀，控制向油管4内的注水，即控制向井下注水主通道的注水，总阀门850连接在所述油管连接管801和井下的油管40之间；
测试阀门8015，设置在油管连接管801上，连接在油管进口阀门8011和油管出口阀门8012之间，用于提供注水井测试接口；
油管进口阀门8011、油管出口阀门8012、测试阀门8015和总阀门850之间的油管连接管801为四通管，或者油管进口阀门8011、油管出口阀门8012、测试阀门8015和总阀门850之间形成四通；实现油管注水的分流和控制；
调节阀8013，设置在所述油管连接管801上，并于所述油管进口阀门8011相连接，所述压力流量测量装置8014通过内部的调节阀8013，调节油管连接管801的注水流量。
可以在井口通过手动或电动控制调节阀8013以及电控截止阀8016的开度或动作，从而控制向井下注水的流量和压力，从而实现向井下发信号。此外，还可以通过电脑对电动控制调节阀8013以及电控截止阀8016的控制，实现不在井口处而位于远程的对电动控制调节阀8013以及电控截止阀8016的控制。
本发明的井口阀门系统在分层注水作业原理上与现有技术基本相同，二者的主要区别在于，本发明通过手动或电动控制调节阀8013以及电控截止阀8016的开度或动作，向井下发出指令或信号，压力流量测量装置8014为压力流量计，能够与(电控)调节阀8013结合组成相互配合的整体，本发明通过电控调节阀可以方便的控制向井下注水的流量和压力，也就是，通过电控调节阀或电动控制可以方便的控制注水主通道或井下的油管的流量和压力，无需人工操作阀门，还可以自动控制向井下传递信号和指令。
本发明以井口的测试阀门8015、套管进口阀门8021、套管出口阀门8022均关闭，总阀门850和油管出口阀门8012打开，排水管811上设有受压力流量测量装置8014控制的电控截止阀8016为条件；
通过控制电控调节阀8013的开与关，和电控截止阀8016的关与开，使得向井下注水的压力发生变化，通过对电控调节阀8013的开与关，和电控截止阀8016的关与开状态进行编码；电控调节阀8013关、电控截止阀8016开，产生第一注水压力(低注水压力)；电控调节阀8013开、电控截止阀8016关，产生第二注水压力(高注水压力，高于第一注水压力)，实现在井口或地面向井下发送数据和指令；井下上传信号，是通过所述压力流量测量装置8014(压力流量计)获得注水主通道的压力数值和/或注水流量数值和/或注水时间，从而得到指定地层的配水通道的需要上传的数据(井下上传数据)，上传的数据是以压力波动和/或流量波动的方式表述。
例如，当指定地层的配水作业停止，该指定地层的配水器进入到上传该指定地层的配水通道的流量状态时，即指定地层的配水器的电动阀按照上传信号波进行动作，同时，其他各地层的配水作业也停止，其他各地层的电动阀关闭，或电动阀开度为零，此时，注水主通道与指定地层的配水通道连通形成唯一的水流通道，指定地层的配水器的电动阀的波动必然对该唯一的水流通道的压力产生影响，因而对注水主通道的压力产生影响。通过在井口处的压力流量计获得的注水主通道的压力数值，就能够感知指定地层的配水器上传的数据或信息，因而无需电缆和无线电传输就能够在井口或地面得到井下的各地层的配水作 业情况。
当指定地层的配水作业停止，该指定地层的配水器进入到上传该指定地层的配水通道的流量状态时，即指定地层的配水器的电动阀按照上传信号波进行动作，同时，其他各地层的配水作业仍然进行，其他各地层的电动阀关小，或电动阀开度减小，此时，注水主通道与指定地层的配水通道以及其他地层的配水通道连通形成多个水流通道，在保证指定地层的配水器的电动阀的波动能够对注水主通道的压力产生影响的条件下，通过在井口处的压力流量计获得的注水主通道的压力数值，也能够感知指定地层的配水器上传的数据或信息，因而无需电缆和无线电传输就能够在井口或地面得到井下的各地层的配水作业情况。
因而，本发明在上传指定地层的配水通道的流量的信息时，该指定地层的配水作业停止，该指定地层的配水器进入到上传该指定地层的配水通道的流量状态，其他各地层的配水作业可以根据情况，停止或减小配水流量，是停止还是减小配水流量以不影响指定地层的配水通道的流量的信息上传为准，或保证指定地层的配水器的电动阀的波动能够对注水主通道的压力产生影响为准。如果其他各地层的配水作业也停止，指定地层的配水器的电动阀的波动对注水主通道的压力产生影响最大，指定地层的上传数据的效果最好。如果其他各地层的配水作业不停止，电动阀关小，这样，能够一边上传指定地层的数据，一边完成其他地层的配水。
所述智能配水系统还包括：设置在地面上的地面数据接收系统和地面电控系统；地面数据接收系统和地面电控系统相互连接，所述地面数据接收系统接收所述压力流量计测量的压力和流量参数，所述地面电控系统连接所述电控调节阀，控制所述电控调节阀的开度。地面数据接收系统和地面电控系统可以由不同的装置分别来实现，也可以由电脑来实现二者的功能，实现合二为一。也就是，可以通过电脑来获得井下分层注水的流量、压力数据，通过电脑发出命令控制井下分层注水作业，使得井下分层注水作业无需人员到现场进行操控，可以克服工作环境恶劣的问题，可以随时方便的进行控制井下分层注水作业。
井口下传压力编码信号是通过操作计算机上安装的远程控制软件，实现对安装在注水井口上的自动控制装置发出指令，操控井口阀门系统的调节阀的开度的开与关以及开度，使注水液柱压力产生高低变化，这种高低变化组成压力编码(见附图5)，该压力编码含层位信息、数值信息和命令信息。
进一步地，所述智能配水系统还包括：与地面数据接收系统连接的通信系统以及连接所述通信系统的油田内部局域网，并且所述地面电控系统连接油田内部局域网，所述通信系统将压力和流量参数通过无线网络传递给所述油田内部局域网，所述地面电控系统通过 油田内部局域网控制控制所述电控调节阀的开度。这样，能把流量、压力数据，通过无线网络(GSM)将水井与油田内部局域网的测控系统连接在一起，可以利用现有的公用通信网络资源和油田内部局域网，在一个控制室内，对油田中的各井口的分层注水的流量、压力数据进行收集，在一个控制室内，控制对油田中的各井口的分层注水的操作，实现对油田中的各井口的远程监控，这样，对于油田中的各井口的分层注水的操作，消除了各井口的地理位置差别和距离的差别，实现了在控制室或办公室内的控制操作。
Claims (10)
1.一种智能配水系统，其特征在于，所述智能配水系统至少包括：配水器的机芯，所述配水器的机芯至少包括：
机芯外壳，所述机芯外壳具有内部空腔；
进水孔，开设在所述机芯外壳上；
出水孔，设置在所述机芯外壳上；
配水通道，位于所述机芯外壳内部空腔中，并连接在所述进水孔和所述出水孔之间；
第一压力传感器和第二压力传感器，设置在所述机芯外壳上或所述机芯外壳内部空腔中，所述第一压力传感器与所述机芯外壳的壳体的外侧连通，测量所述机芯外壳的壳体的外侧压力；所述第二压力传感器与所述出水孔连通，测量所述配水通道的压力；
电动阀，设置在所述机芯外壳的内部空腔中，并位于所述配水通道上，电动阀的阀体采用平板阀或针形阀；
控制器，设置在所述机芯外壳的内部空腔中，所述控制器连接所述电动阀并控制所述电动阀；
所述控制器，连接所述第一压力传感器和第二压力传感器，记录和存储所述第一压力传感器测量的压力参数P1和第二压力传感器测量的压力参数P2；
当所述第一压力传感器测量的压力参数P1为井下数据上传信号时，所述控制器根据所述井下数据上传信号，将井下数据编码为以电信号体现的上传信号波，所述控制器电动控制所述电动阀按照所述上传信号波进行动作，产生电动阀的开度的波动。
2.如权利要求1所述的智能配水系统，其特征在于，所述控制器包括：单片机芯片、驱动芯片以及与电动阀连接的位置传感器；
所述井下数据为压力参数P1或压力参数P2或配水通道流量V或电动阀开度；
所述单片机芯片，连接所述第一压力传感器和第二压力传感器，将记录和存储的所述压力参数P1编码为以第二电信号波形式体现的压力脉冲；或将第二压力参数P2编码为以第三电信号波形式体现的压力脉冲；或将配水通道流量V编码为以第五电信号波形式体现的压力脉冲；
所述单片机芯片，还连接所述驱动芯片，所述驱动芯片连接所述电动阀，所述单片机芯片通过所述驱动芯片控制所述电动阀的开度；所述单片机芯片还连接所述位置传感器，记录和存储所述电动阀的开度；
所述单片机芯片中预先设定有固定编码，所述单片机芯片将所述第二电信号波，与所述预先设定的固定编码对比，判断所述第二电信号波是否为井下数据上传信号；
或者，所述控制器还包括：存储器芯片，设置在所述单片机芯片外并连接所述单片机芯片；所述存储器芯片中预先设定有固定编码，所述单片机芯片将所述第二电信号波，与所述预先设定的固定编码对比，判断所述第二电信号波是否为井下数据上传信号；
所述单片机芯片判断所述第二电信号波为井下数据上传信号时，所述单片机芯片根据所述第三电信号波或第五电信号波通过驱动芯片电动控制所述电动阀的动作。
3.如权利要求2所述的智能配水系统，其特征在于，所述上传信号波为压力函数波，所述压力函数波为压力函数与时间关系曲线，所述控制器通过压力函数上传配水通道流量V，所述控制器还对所述压力参数P1和P2进行后续处理，所述压力函数为f(P)＝P1-P2，即压力函数为所述第一压力传感器和第二压力传感器测量的压力差；所述单片机芯片将压力函数为f(P)，编码为以第四电信号波形式体现的压力脉冲。
4.如权利要求2所述的智能配水系统，其特征在于，所述控制器还包括：模数转换器，位于单片机芯片内部，连接所述第一压力传感器，将所述第一压力传感器测量的压力参数(第二电信号波)数字化。
5.如权利要求1所述的智能配水系统，其特征在于，所述配水器的机芯还包括：设置在所述机芯外壳的壳体之外的传压管道，所述传压管道连接所述第二压力传感器，并且所述传压管道与所述出水孔连通。
6.如权利要求2所述的智能配水系统，其特征在于，所述配水器的机芯还包括：位于所述机芯外壳的内部空腔中的电池，所述电池连接所述控制器和所述电动阀。
7.如权利要求6所述的智能配水系统，其特征在于，所述机芯外壳的顶部为封闭的，所述电池设置在所述机芯外壳的顶部的内部空腔中，所述控制器还包括：电源芯片，电源芯片连接所述电池，并且所述电源芯片连接所述单片机芯片，所述机芯外壳的底部为管接头，所述出水孔设置在所述管接头上，所述进水孔开设在所述机芯外壳的侧面。
8.如权利要求5所述的智能配水系统，其特征在于，所述智能配水系统还包括：智能配水器，所述智能配水器包括：
所述配水器的机芯；
容纳所述配水器的机芯的工作筒，所述工作筒具有筒壁和位于筒壁中的内腔，所述工作筒的上端具有开口，所述开口与所述工作筒的内腔连通；所述工作筒的筒壁上设有配水孔，所述配水孔穿出所述工作筒的筒壁并连接所述工作筒的内腔；所述配水孔连通所述配水器的机芯的出水孔；所述工作筒的筒壁上还设有地层测量孔，所述地层测量孔从所述工作筒的内腔延伸至所述工作筒的筒壁的外侧，所述传压管道设置在所述工作筒的内腔中并与所述地层测量孔连接；所述第一压力传感器与所述工作筒的内腔连通，所述第一压力传感器测量所述工作筒的内腔的压力；
所述工作筒的筒壁包括：中间筒状体的筒壁、上接头的筒壁以及下接头的筒壁，所述上接头的筒壁连接在所述中间筒状体第一端，所述下接头的筒壁连接在所述中间筒状体第二端；所述配水孔设置在所述下接头的筒壁上；所述工作筒中还设有侧壁带有通孔的通道管。
9.如权利要求8所述的智能配水系统，其特征在于，所述智能配水系统还包括：分层注水管柱，所述分层注水管柱包括：
油管；
设置在所述油管底端的丝堵；
多个所述智能配水器，依次连接在所述油管上，并位于所述丝堵上方；
各所述智能配水器的工作筒的内腔均与所述油管连通。
10.如权利要求10所述的智能配水系统，其特征在于，所述智能配水系统还包括：设置在井口处的井口阀门系统，所述井口阀门系统包括：
与井下所述油管连接的油管连接管；
与井下套管连接的套管连接管；
设置在油管连接管上的油管进口阀门和油管出口阀门；
设置在套管连接管上的套管进口阀门和套管出口阀门；
配水间供水管，连接油管连接管和套管连接管，并向油管连接管和套管连接管供水；
压力流量测量装置，设置在所述油管连接管上，并位于所述油管进口阀门的下游，所述压力流量测量装置测量所述油管连接管的压力和流量；
总阀门，连接在所述油管连接管和井下的油管之间；
调节阀，设置在所述油管连接管上，并位于所述油管进口阀门和所述压力流量测量装置之间；
通过在井口手动或电动控制所述调节阀实现在井口或地面向井下发出井下数据上传信号；
所述压力流量测量装置为压力流量计，所述调节阀为电控调节阀，通过控制所述电控调节阀的开度使得向井下的油管的注水压力发生变化，通过对所述电控调节阀的开度进行编码，实现在井口或地面向井下发出井下数据上传信号，通过所述压力流量计获得的注水主通道的压力数值、以及注水时间与电动阀的开度得到指定地层的配水通道的流量；
所述压力流量测量装置的地面数据接收系统和地面电控系统，接收所述压力流量计测量的压力和流量参数，所述地面电控系统控制所述电控调节阀的开度；
与地面数据接收系统连接的通信系统以及连接所述通信系统的油田内部局域网，并且所述地面电控系统连接油田内部局域网，所述通信系统将压力和流量参数通过无线网络传递给所述油田内部局域网，所述地面电控系统通过油田内部局域网控制控制所述电控调节阀的开度。
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