CN108121369A - 一种智能注水远程控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明展示一种智能注水远程控制装置及方法，装置包括远程控制系统、井口智能控制器和至少一个井下智能配水器；其远程控制方法包括，根据分层注水井中不同注水层数、分层配注量及地层压力数据，设置。对应井下智能配水器初始参数及数控水嘴的打开时间；将井下智能配水器和注水井封隔器按照注水管管柱结构要求下入，使其位于相应层位，并打压坐封；井下智能配水器按照预设数控水嘴打开时间，执行数控水嘴打开动作进行分层流量自动测调。本发明能够实现远程实时监控，提高分层注水合格率，有效掌握油藏能量变化，指导油藏动态调整。井下配水装置自动实现注水井的分层测调、水井管理和动态监测，大幅降低人员劳动强度及井下作业风险。

Description

一种智能注水远程控制装置及方法
技术领域
本发明涉及油田智能分层注水技术领域，具体为一种智能注水远程控制装置及方法。
背景技术
油田注水技术是国内各油田应用最广和最经济高效的驱油技术，大幅提升油田最终采收率，为油田高产稳产提供了可靠的技术支撑。但由于油层物性差异较大，层间吸水差异大，为了缓解油层吸水不均，国内油田多采用机械分层注水技术及电缆高效测调技术。目前常用的机械分层注水技术主要包括桥式偏心分注及桥式同心分注，其主要差异为核心工具不同，前者采用桥式偏心配水器，其配水芯子与配水器为偏心结构，而后者采用桥式同心配水器，其配水芯子为同心结构。而两种分层注水技术均采用高效电缆测调技术，其关键技术为采用电缆连接测调仪器下入井内，通过地面控制系统控制测调仪器选择配水芯子开度，与此同时测调仪器自带流量测试结构实时测试瞬时流量，实现边测边调。虽然机械分层注水技术能够实现分层注水工艺，但存在测调过程人为因素大，且不能长时间监测分层流量，同时该技术测调过程需机械对接，人员操作难度大，井下作业风险大，严重制约分层注水效果。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种智能注水远程控制装置及方法，测调过程人为因素小，能长时间监测分层流量，无需机械对接，人员操作难度小，井下作业风险小，分层注水效果好。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种智能注水远程控制装置，包括远程控制系统、井口智能控制器和至少一个井下智能配水器；
所述的远程控制系统通过网络连接与井口智能控制器交互进行动态数据接收及指令发送；
所述的井口智能控制器包括主控制器、电控阀和降压控制阀；电控阀设置在注水管上，降压控制阀设置在注水管的泄压管上；主控制器用于通过电控阀和降压控制阀对注水管的压力变化和压力变化间隔时间进行控制；
所述的井下智能配水器设置在下入分层注水井的注水管上，布置在对应油层的注水井封隔器下方；井下智能配水器与井口智能控制器通过注水管中的压力变化和压力变化间隔时间进行数据和指令交互。
优选的，所述主控制器包括主压力传感器、主控制电路、通讯电路及电源模块；
所述主控制电路与主压力传感器、电控阀和降压控制阀交互，用于通过通讯电路和远程控制系统进行动态数据接收及指令发送；主压力传感器用于测试注水管的压力数据；电源模块用于给主控制器、电控阀和降压控制阀供电。
优选的，所述井下智能配水器包括连通设置在注水管上的过流通道，以及设置在过流通道一侧的高能电池、电机、配水控制电路、数控水嘴和配水压力传感器；
所述数控水嘴与过流通道连通设置；
所述高能电池分别与电机、配水控制电路、数控水嘴和配水压力传感器连接供电；
所述配水控制电路的输入端连接分别设置在数控水嘴前后的两个配水压力传感器，输出端依次连接电机和数控水嘴；配水控制电路通过前后的两个配水压力传感器采集得到瞬时流量，根据数控水嘴后的配水压力传感器得到包括压力变化和压力变化间隔时间的压力信号，通过电机控制数控水嘴的开度。
进一步的，所述的过流通道上端设置有上接头，下端设置有下接头；过流通道通过上接头和下接头连通设置在注水管上。
再进一步的，配水控制电路中包括中央处理单元，以及与中央处理单元交互的PID控制单元、解码判断单元和编码控制单元；
中央处理器用于接收瞬时流量和压力信号，并进行计算和转发；
PID控制单元用于根据得到的瞬时流量和预设流量的对比形成数控水嘴的调节指令，控制数控水嘴的流量；
解码判断单元用于根据对压力信号的解码，与自身编号对比判断是否为该注水层对应数控水嘴的工作信号，并发出相应的开关动作指令；
编码控制单元用于对瞬时流量编码，并根据编码控制数控水嘴扰动注水管的压力，通过扰动压力向井口智能控制器传递井下数据。
优选的，所述的网络为油田无线通讯网络或有线通讯网络。
一种智能注水远程控制方法，基于上述任意一的智能注水远程控制装置，包括，
根据分层注水井中不同注水层数、分层配注量及地层压力数据，设置对应井下智能配水器初始参数及数控水嘴的打开时间；
将井下智能配水器和注水井封隔器按照注水管管柱结构要求下入，使其位于相应层位，并打压坐封；
井下智能配水器按照预设数控水嘴打开时间，执行数控水嘴打开动作进行分层流量自动测调。
优选的，所述的分层流量自动测调包括，
在井下智能配水器在下入分层注水井之前，将测调程序及初始调节参数写入配水控制电路；根据预设的程序，井下智能配水器在预定时间打开数控水嘴，注水初期，根据井口智能控制器流量测试数据，井下智能配水器对自身流量测调程序进行初始设定及如下的流量调节模型建立；
其中，Q为分层流量；p1为嘴前压力；p2为嘴后压力；xv为数控水嘴开度；w为水嘴面积梯度；Cd为速度系数；
正常注水后，井下智能配水器根据井下分层流量变化，对流量调节模型中的水嘴面积梯度和速度系数进行持续修正，对达到测调时间后，得到确定水嘴面积梯度和速度系数的优化模型；
最后利用优化模型对分层流量进行控制和调节。
进一步的，所述分层流量自动测调具体包括，
步骤1，关闭最上层以外的所有注水层的井下智能配水器的数控水嘴；远程控制系统发送最上层以外的所有注水层数控水嘴关闭指令，井口智能控制器接收到指令后，执行电控阀和降压控制阀的开关操作，实现注水管压力变化，并使注水管压差达到0.7MPa以上，同时记录流量变化，形成压力变化和流量变化的双曲线数据码，进行传递；
步骤2，将井口智能控制器设置为稳压调节模式，并将其稳压值设置于正常注水压力；根据最上层配水量及地层压力数据，预设对应数控水嘴的调节预测值，远程控制系统发送最上层数控水嘴调节指令，井口智能控制器接收到指令后，执行电控阀和降压控制阀的调节操作，实现注水管压力变化，井下智能配水器根据接收到的压力和流量双数据编码进行解码，并按照接收指令进行数控水嘴调节；最上层初次调节时，井口智能控制器将其测试流量数据同步传输，井下智能配水器会初步建立流量调节模型，并在后续测试过程中不断修正，提高调节精度；
步骤3，最上层分层流量调节达到配注要求后，依次从上到下打开下一层井下智能配水器的数控水嘴，并执行如下操作；远程控制系统发送该层水嘴打开指令，井口智能控制器接收到指令后，执行电控阀和降压控制阀的打开操作；根据该层配水量及地层压力情况，预设对应数控水嘴调节预测值，远程控制系统发送该层数控水嘴调节指令，井口智能控制器接收到指令后，执行电控阀和降压控制阀的调节操作，从而实现注水管压力变化，井下智能配水器根据接收到的压力和流量双数据编码进行解码，并按照接收指令进行数控水嘴调节；该层初次调节时，井口智能控制器将其测试流量及该层以上各层瞬时流量数据同步传输，井下智能配水器会初步建立流量调节模型，并在后续测试过程中不断修正，提高调节精度；
步骤4，分层注水井各层均达到分层配注要求后，将井口智能控制器调整为恒流模式，保障全井达到配注要求，分层流量则根据各自井下智能配水器测试流量数据和优化模型自动调节。
优选的，还包括井口智能控制器和井下智能配水器的远程数据监控；
井口智能控制器通过改变电控阀和降压控制阀开度实现注水管柱内压力变化，并通过控制不同压力变化间隔时间来进行压力编码，将信息传递至井下智能配水器，
同时井下智能配水器则通过数控水嘴调节的压力系统扰动实现井下数据的瞬时传递，进而实现分层动态数据与指令的双向传输。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种智能注水远程控制装置，结构简单可靠，井下智能配水器实现分层流量自动测试调节，达到配注要求，同时与井口智能配水器协同作用，采用压力波码及流量测试方法，实现实时录取分层注水动态并传输至地面，实现远程实时监控，提高分层注水合格率，有效掌握油藏能量变化，指导油藏动态调整。
本发明一种智能注水远程控制装置及方法，运用智能注水远程监控技术，实时监测井下分层流量和压力等动态参数，并根据监测流量变化定期进行分层流量调节，达到长期达标均衡注水效果，周期性测调过程不需要其它配套设备和人员，井下配水装置自动实现注水井的分层测调、水井管理和动态监测，大幅降低人员劳动强度及井下作业风险。其中，远程控制系统能够设计于控制中心或站控系统，远程监控安全便捷；通过井下智能配水器实现井下流量自动调节过程配水器自动执行，无需人工操作，且可加密测试，确保分层注水长期达到配注要求；通过压力和流量的双曲线数据码实现井口智能控制器和井下智能配水器之间的远程控制，无需人工起下工具，减少人员劳动强度，降低井下作业风险。
附图说明
图1是本发明智能注水远程控制装置的整体结构示意图。
图2是本发明井下智能配水器结构示意图。
图中：1-井口智能控制器；2-注水井封隔器；3-井下智能配水器；4-主压力传感器；5-电控阀；6-主控制电路；7-通讯电路；8-电源模块；9-降压控制阀；10-上接头；11-过流通道；12-高能电池；13-配水控制电路；14-电机；15-数控水嘴；16-配水压力传感器；17-下接头。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1所示，本发明一种智能注水远程控制装置，包括远程控制系统、井口智能控制器1及井下智能配水器3。井口智能控制器1与远程控制系统采用油田无线通讯或有线网络方式建立网络连接，井口智能控制器1包括主控制器及降压控制阀9构成，二者采用电路连接，确保电能供给及信息互传。井下智能配水器3随油管下入分层注水井，配合使用注水井封隔器2，实现分层注水。
本发明一种智能注水远程控制方法包括分层流量自动测调过程及远程数据监控过程。其中，分层流量自动测调过程是井下智能配水器3在下入分层注水井之前，将测调程序及初始调节参数写入配水控制电路13，并将数控水嘴15关死，确保注水井封隔器2可靠坐封，完井时将井下智能配水器3下入井下。根据预设的程序，井下智能配水器3在预定时间打开水嘴，注水初期，根据井口智能控制器1流量测试数据，井下智能配水器3对自身流量测调程序进行初始设定及如下的流量调节模型建立。
其中，Q为分层流量；p1为嘴前压力；p2为嘴后压力；xv为数控水嘴开度；w为水嘴面积梯度；Cd为速度系数；在测调时w和Cd为未知量，需要在测调不断提高精度后确定，也就是不同提高两个未知量的准确性，其余的为给定和测试的已知量，对未知量进行不断的校准，测调数据量越大越准确。
正常注水后，井下智能配水器3根据井下分层流量变化，对流量调节模型中的水嘴面积梯度和速度系数进行持续修正，提高测调精度，对达到测调时间后，得到确定水嘴面积梯度和速度系数的优化模型；最后利用优化模型对分层流量进行控制和调节。
另外，远程数据监控过程是采用压力编码及流量验证的方式实现，井口智能控制器通过改变电控阀开度实现注水管柱内压力变化，通过控制不同压力变化间隔时间来将信息传递至井下智能配水器，而同时井下智能配水器3则通过数控水嘴15调节的压力系统微扰动实现井下数据的瞬时传递，进而实现分层动态数据与指令的双向传输。
如图2所示，井下智能配水器3由高能电池12、电机14、配水控制电路13、数控水嘴15和配水压力传感器16组成。所述高能电池12与其他电器组件采用电路连接，且实现电能供应，所述电机14为数控水嘴15调节的能量来源，控制数控水嘴15开关机开度调节，所述配水控制电路13内设计流量调节程序，收集数控水嘴15前后压力和数控水嘴15开度等参数，模拟计算瞬时流量，并与预设流量数据进行对比，形成水嘴调节指令，另外可接收数控水嘴15后压力传感器接收到的注水管压力信号，及时判断是否为本层配水器预测编号相符，并发出相应的动作指令；所述数控水嘴15为分层注水量的控制结构，通过调节其开度改变分层流量，并向配水控制电路13传输流量数据及水嘴开度；所述配水压力传感器16设计在数控水嘴15前后，采集嘴前、嘴后压力数据，向配水控制电路13传输压力数据。
井口智能控制器包括主控制器及降压控制阀9，所述主控制器包括主压力传感器4、电控阀5、主控制电路6、通讯电路7及电源模块8，主压力传感器4测试注水管压力，电控阀5调节注水管水量，主控制电路6实现井下动态数据接收及指令发送，和远程控制系统指令及数据的双向控制，通讯电路7为井下与远程控制系统发送及接收数据，电源模块8为电器元件提供电能。所述降压控制阀9为注水管降压操作控制装置，与主控制器配合使用，实现压力波码的建立及传递。
以下对智能注水远程控制装置实施过程及控制方法进行具体说明。
根据分层注水井不同注水层数、分层配注量及地层压力等数据，设计井下智能配水器3初始参数及水嘴打开时间；
将井下智能配水器3和注水井封隔器2按照管柱结构要求下入，使其位于相应层位，并打压坐封；
井下智能配水器3按照预设水嘴打开时间，执行水嘴打开动作；
下面以两层分层注水井为例，说明分层流量测调过程：
1、关闭下层井下智能配水器的数控水嘴，远程控制系统发送下层数控水嘴关闭指令，井口智能控制器1接收到指令后，执行电控阀5和降压控制阀9的开关操作，从而实现注水系统中注水管的压力变化，注水管压差要达到0.7MPa以上，以保证指令顺利传递至井下智能配水器。为了验证压力变化过程执行情况，同时记录流量变化，形成双曲线数据码，进行传递。
2、将井口智能控制器1设置为稳压调节模式，并将其稳压值设置于正常注水压力。根据上层配水量及地层压力情况，预设测调方案，即水嘴调节预测值，远程控制系统发送上层水嘴调节指令，井口智能控制器1接收到指令后，执行电控阀5和降压控制阀9的调节操作，从而实现注水管压力变化，井下智能配水器3根据接收到的压力和流量双数据编码进行解码，并按照接收指令进行数控水嘴调节。上层初次调节时，井口智能控制器1将其测试流量数据同步传输，井下智能配水器3会初步建立流量调节模型，并在后续测试过程中不断修正，提高调节精度。
3、上层分层流量调节达到配注要求后，打开下层井下智能配水器水嘴，远程控制系统发送下层水嘴打开指令，井口智能控制器1接收到指令后，执行电控阀5和降压控制阀9的打开操作。根据下层配水量及地层压力情况，预设测调方案，即水嘴调节预测值，远程控制系统发送上层水嘴调节指令，井口远程智能控制器接收到指令后，执行电控阀5和降压控制阀9的调节操作，从而实现注水管压力变化，井下智能配水器3根据接收到的压力和流量双数据编码进行解码，并按照接收指令进行水嘴调节。下层初次调节时，井口智能控制器1将其测试流量及上层瞬时流量数据同步传输，井下智能配水器会初步建立流量调节模型，并在后续测试过程中不断修正，提高调节精度。
4、分层注水井各层均达到分层配注要求后，将井口智能控制器1调整为恒流模式，保障全井达到配注要求，分层流量则根据各自井下智能配水器3测试流量数据和优化模型自动调节。
5、若为多层分层注水井，按照上述方法依次类推即可完成。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能注水远程控制装置，其特征在于，包括远程控制系统、井口智能控制器(1)和至少一个井下智能配水器(3)；
所述的远程控制系统通过网络连接与井口智能控制器(1)交互进行动态数据接收及指令发送；
所述的井口智能控制器(1)包括主控制器、电控阀(5)和降压控制阀(9)；电控阀(5)设置在注水管上，降压控制阀(9)设置在注水管的泄压管上；主控制器用于通过电控阀(5)和降压控制阀(9)对注水管的压力变化和压力变化间隔时间进行控制；
所述的井下智能配水器(3)设置在下入分层注水井的注水管上，布置在对应油层的注水井封隔器(2)下方；井下智能配水器(3)与井口智能控制器(1)通过注水管中的压力变化和压力变化间隔时间进行数据和指令交互。
2.根据权利要求1所述的一种智能注水远程控制装置，其特征在于，所述主控制器包括主压力传感器(4)、主控制电路(6)、通讯电路(7)及电源模块(8)；
所述主控制电路(6)与主压力传感器(4)、电控阀(5)和降压控制阀(9)交互，用于通过通讯电路(7)和远程控制系统进行动态数据接收及指令发送；主压力传感器(4)用于测试注水管的压力数据；电源模块(8)用于给主控制器、电控阀(5)和降压控制阀(9)供电。
3.根据权利要求1所述的一种智能注水远程控制装置，其特征在于，所述井下智能配水器(3)包括连通设置在注水管上的过流通道(11)，以及设置在过流通道(11)一侧的高能电池(12)、电机(14)、配水控制电路(13)、数控水嘴(15)和配水压力传感器(16)；
所述数控水嘴(15)与过流通道(11)连通设置；
所述高能电池(12)分别与电机(14)、配水控制电路(13)、数控水嘴(15)和配水压力传感器(16)连接供电；
所述配水控制电路(13)的输入端连接分别设置在数控水嘴(15)前后的两个配水压力传感器(16)，输出端依次连接电机(14)和数控水嘴(15)；配水控制电路(13)通过前后的两个配水压力传感器(16)采集得到瞬时流量，根据数控水嘴(15)后的配水压力传感器(16)得到包括压力变化和压力变化间隔时间的压力信号，通过电机(14)控制数控水嘴(15)的开度。
4.根据权利要求3所述的一种智能注水远程控制装置，其特征在于，所述的过流通道(11)上端设置有上接头(10)，下端设置有下接头(17)；过流通道(11)通过上接头(10)和下接头(17)连通设置在注水管上。
5.根据权利要求3所述的一种智能注水远程控制装置，其特征在于，配水控制电路(13)中包括中央处理单元，以及与中央处理单元交互的PID控制单元、解码判断单元和编码控制单元；
中央处理器用于接收瞬时流量和压力信号，并进行计算和转发；
PID控制单元用于根据得到的瞬时流量和预设流量的对比形成数控水嘴(15)的调节指令，控制数控水嘴(15)的流量；
解码判断单元用于根据对压力信号的解码，与自身编号对比判断是否为该注水层对应数控水嘴(15)的工作信号，并发出相应的开关动作指令；
编码控制单元用于对瞬时流量编码，并根据编码控制数控水嘴(15)扰动注水管的压力，通过扰动压力向井口智能控制器(1)传递井下数据。
6.根据权利要求1所述的一种智能注水远程控制装置，其特征在于，所述的网络为油田无线通讯网络或有线通讯网络。
7.一种智能注水远程控制方法，其特征在于，基于权利要求1-6任意一项所述的智能注水远程控制装置，包括，
根据分层注水井中不同注水层数、分层配注量及地层压力数据，设置对应井下智能配水器(3)初始参数及数控水嘴(15)的打开时间；
将井下智能配水器(3)和注水井封隔器(2)按照注水管管柱结构要求下入，使其位于相应层位，并打压坐封；
井下智能配水器(3)按照预设数控水嘴打开时间，执行数控水嘴打开动作进行分层流量自动测调。
8.根据权利要求7所述的一种智能注水远程控制方法，其特征在于，所述的分层流量自动测调包括，
在井下智能配水器在下入分层注水井之前，将测调程序及初始调节参数写入配水控制电路(13)；根据预设的程序，井下智能配水器(3)在预定时间打开数控水嘴，注水初期，根据井口智能控制器(1)流量测试数据，井下智能配水器(3)对自身流量测调程序进行初始设定及如下的流量调节模型建立；
<mrow> <mi>Q</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>C</mi> <mi>d</mi> </msub> <msub> <mi>wx</mi> <mi>v</mi> </msub> <msqrt> <mrow> <mfrac> <mn>2</mn> <mi>&amp;rho;</mi> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>p</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>p</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msqrt> <mo>;</mo> </mrow>
其中，Q为分层流量；p1为嘴前压力；p2为嘴后压力；xv为数控水嘴开度；w为水嘴面积梯度；Cd为速度系数；
正常注水后，井下智能配水器(3)根据井下分层流量变化，对流量调节模型中的水嘴面积梯度和速度系数进行持续修正，对达到测调时间后，得到确定水嘴面积梯度和速度系数的优化模型；
最后利用优化模型对分层流量进行控制和调节。
9.根据权利要求8所述的一种智能注水远程控制方法，其特征在于，所述分层流量自动测调具体包括，
步骤1，关闭最上层以外的所有注水层的井下智能配水器(3)的数控水嘴(15)；远程控制系统发送最上层以外的所有注水层数控水嘴(15)关闭指令，井口智能控制器(1)接收到指令后，执行电控阀(5)和降压控制阀(9)的开关操作，实现注水管压力变化，并使注水管压差达到0.7MPa以上，同时记录流量变化，形成压力变化和流量变化的双曲线数据码，进行传递；
步骤2，将井口智能控制器(1)设置为稳压调节模式，并将其稳压值设置于正常注水压力；根据最上层配水量及地层压力数据，预设对应数控水嘴的调节预测值，远程控制系统发送最上层数控水嘴调节指令，井口智能控制器(1)接收到指令后，执行电控阀(5)和降压控制阀(9)的调节操作，实现注水管压力变化，井下智能配水器(3)根据接收到的压力和流量双数据编码进行解码，并按照接收指令进行数控水嘴调节；最上层初次调节时，井口智能控制器(1)将其测试流量数据同步传输，井下智能配水器(3)会初步建立流量调节模型，并在后续测试过程中不断修正，提高调节精度；
步骤3，最上层分层流量调节达到配注要求后，依次从上到下打开下一层井下智能配水器(3)的数控水嘴，并执行如下操作；远程控制系统发送该层水嘴打开指令，井口智能控制器(1)接收到指令后，执行电控阀(5)和降压控制阀(9)的打开操作；根据该层配水量及地层压力情况，预设对应数控水嘴调节预测值，远程控制系统发送该层数控水嘴调节指令，井口智能控制器(1)接收到指令后，执行电控阀(5)和降压控制阀(9)的调节操作，从而实现注水管压力变化，井下智能配水器(3)根据接收到的压力和流量双数据编码进行解码，并按照接收指令进行数控水嘴调节；该层初次调节时，井口智能控制器(1)将其测试流量及该层以上各层瞬时流量数据同步传输，井下智能配水器会初步建立流量调节模型，并在后续测试过程中不断修正，提高调节精度；
步骤4，分层注水井各层均达到分层配注要求后，将井口智能控制器(1)调整为恒流模式，保障全井达到配注要求，分层流量则根据各自井下智能配水器(3)测试流量数据和优化模型自动调节。
10.根据权利要求7所述的一种智能注水远程控制方法，其特征在于，还包括井口智能控制器(1)和井下智能配水器(3)的远程数据监控；
井口智能控制器(1)通过改变电控阀(5)和降压控制阀(9)开度实现注水管柱内压力变化，并通过控制不同压力变化间隔时间来进行压力编码，将信息传递至井下智能配水器(3)，
同时井下智能配水器(3)则通过数控水嘴(15)调节的压力系统扰动实现井下数据的瞬时传递，进而实现分层动态数据与指令的双向传输。
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