CN108222901B - 智能恒流配水装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能恒流配水装置，该智能恒流配水装置包括信号接收单元，PLC主板，调节电机和调节开关，该调节开关位于该智能恒流配水装置的外出水口处，该信号接收单元接收地面发射的压力编码，将压力编码解码得到调节指令，并将调节指令传输给该PLC主板，该PLC主板传输调节指令给该调节电机，该调节电机在该调节指令的控制下正转或反转，以控制该调节开关的轴向移动，调整该外出水口的大小，进行流量调节。该智能恒流配水装置可方便快捷地按照修改的配注方案，调整配注量，满足油田对于注水工作的精确配注要求。

Description

智能恒流配水装置

技术领域

本发明涉及油田分层注水井工艺技术领域，特别是涉及到一种智能恒流配水装置。

背景技术

近年来，分层注水井测调一体化技术得到了突飞猛进的发展，中国专利CN201496052U《同心可调配水器》公开了一种可调配水器，主要由活动芯子、旋转芯子、固定套、防转套组成，在注水过程中或者注水工况发生变化时，由于受压力波动的影响，活动芯子经常会自动沿着关闭水嘴的方向运动，直接导致配水器注水量减小，最终导致达不到地质要求的配注量，据统计因为此方面检修的注水井占检修注水井总数的40％以上。中国专利CN 102278100 B《高压注水井恒流控制装置及方法》公开了一种高压注水井恒流控制装置，该装置包括：依次连接的变频器、电机、注水泵和流量计；与流量计连接的远程传送装置和数显仪表；与远程传送装置连接的监控装置；与数显仪表连接的电加热装置；流量计和数显仪表还与变频器连接，该方法只是实现了井口流量的恒流控制，在精细注水的时代，依然没有解决每一层系的定量控制。

目前常见的两种分注测调工艺，包括偏心分注测调工艺、空心分注测调工艺，两者均需要用钢丝或电缆携带测调仪器下井至配水器位置。由于油田注入水水质差异较大，因管柱内油、泥、垢等造成测调仪器下井遇阻的问题时有发生，甚至无法完成测调作业，据统计因为遇阻造成检管作业的占总检修注水井数的35％左右，因此研究一种智能配水装置，省去后期的钢丝投捞或者电缆测试，又能保障注水过程中自动控制，实现恒流稳流是非常重要的。为此我们发明了一种新的智能恒流配水装置，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可方便快捷地按照修改的配注方案，调整配注量，满足油田对于注水工作的精确配注要求的智能恒流配水装置。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：智能恒流配水装置，该智能恒流配水装置包括信号接收单元，PLC主板，调节电机和调节开关，该调节开关位于该智能恒流配水装置的外出水口处，该信号接收单元接收地面发射的压力编码，将压力编码解码得到调节指令，并将调节指令传输给该PLC主板，该PLC主板传输调节指令给该调节电机，该调节电机在该调节指令的控制下正转或反转，以控制该调节开关的轴向移动，调整该外出水口的大小，进行流量调节。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该智能恒流配水装置还包括中心管和外套，该中心管为注入水流通过的管路，该外套位于该智能恒流配水装置的外层，该中心管的下端开设有内出水口，连通注水油管，该外出水口位于该外套的下端，注入的水通过该外出水口进入油层。

该智能恒流配水装置还包括上接头和下接头，该上接头的一端连接该中心管的上端，另一端外接注水油管，该下接头的一端连接该中心管的下端，另一端外接注水油管。

该上接头与该中心管螺纹连接，并通过密封胶圈密封，该上接头同时与该外套螺纹连接，并通过密封胶圈密封，该下接头与该外套螺纹连接，并通过密封胶圈密封，该下接头同时与该中心管连接，并通过密封胶圈密封。

该智能恒流配水装置还包括电池组，该电池组分别连接于该信号接收单元、该PLC主板及该调节电机，为该智能恒流配水装置提供电源。

该智能恒流配水装置还包括传动减速机构和传输丝杠，该传输丝杠连接于该传动减速机构，该传动减速机构与该调节电机通过该调节电机的动力轴连接，带动该传输丝杠沿着该智能恒流配水装置轴向运动，该传输丝杠与该调节开关轴向连接，并带动该调节开关轴向移动，调整该外出水口的大小，进行流量调节。

该智能恒流配水装置还包括密封体，该密封体置于该传动减速机构及该调节开关之间。

该智能恒流配水装置还包括两个压力传感器，所述两个压力传感器测量该外出水口的嘴前与嘴后的压力差值ΔP。

该PLC主板包括差压变送器，该差压变送器测量该外出水口的嘴前与嘴后的压力差值ΔP。

该PLC主板包括闭环控制系统，该闭环控制系统记录单层测试稳定后的过流面积S及该外出水口的嘴前与嘴后的压力差值ΔP。

该闭环控制系统检测到ΔP与过流面积S两者乘积变化超过到一定误差，则该闭环控制系统发送闭环控制指令给该调节电机，该调节电机在闭环调节指令的控制下控制该调节开关的轴向移动，调节关小该外出水口的水嘴一档，并与原记录水量相比，判断是否比原记录水量偏大，如果调节后水量不比原记录水量偏大，则结束调节，如果调节后水量比原记录水量偏大，则返回到调节关小水嘴的步骤，继续进行调节。

该闭环控制系统检测到ΔP与过流面积S两者乘积变化减小到一定误差，则该闭环控制系统发送闭环控制指令给该调节电机，该调节电机在闭环调节指令的控制下控制该调节开关的轴向移动，调大该外出水口的水嘴一档，并与原记录水量相比，判断是否比原记录水量偏小，如果调节后水量不比原记录水量偏小，则结束调节，如果调节后水量比原记录水量偏小，则返回到调大关小水嘴的步骤，继续进行调节。

本发明中的智能恒流配水装置，设置闭环控制系统，通过压力波无线调节，既能改变目前需要作业施工通过电缆下入测调仪器的测调方式，避免测调仪器下井遇阻，又要能够自动实现恒流控制，可方便快捷地按照修改的配注方案，调整配注量，满足油田对于注水工作的精确配注要求。同时，该装置结合地面流量计，直读判断井下各层流量，解决目前测调仪器带来的温度漂移问题。

附图说明

图1为本发明的智能恒流配水装置的一具体实施例的结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的智能恒流配水装置的结构图。该智能恒流配水装置包括上接头1，第一密封胶圈2，中心管3，信号接收单元4，外套5，电池组6，PLC主板7，调节电机8，传动减速机构9，传输丝杠10，密封体11，调节开关12，第一出水口13，第二密封胶圈14，下接头15和第二出水口16等。

所述的上接头1与中心管3螺纹连接，并通过所述的第一密封胶圈2密封，所述的上接头1同时与外套5螺纹连接，并通过所述的第一密封胶圈2密封，所述的下接头15与外套5螺纹连接，并通过所述的第二密封胶圈14密封，所述的下接头15同时与中心管3连接，并通过所述的第二密封胶圈14密封，所述的中心管3下端开设所述的第一出水口13。所述的外套5下端开设所述的第二出水口16。上接头1和下接头15均外接注水油管。中心管3为注入的水流通过的管路。

所述的信号接收单元通4过传输电缆连接于PLC主板7，接收地面编写的压力编码，将压力编码解码得到调节指令，并将调节指令传输给该PLC主板7。

所述的电池组6通过电缆分别连接于信号接收单元4、PLC主板7及调节电机8，为该装置提供电源。

所述的传动减速机构9与调节电机8通过其动力轴连接，带动传输丝杠10沿着装置轴向运动。

所述的传输丝杠10连接传动减速机构9，所述的传输丝杠10与调节开关12轴向连接，并带动所述的调节开关12轴向移动，实现第二出水口16的大小及流量调节。

所述的密封体11置于传动减速机构9及调节开关12之间。

PLC主板7传输调节指令给调节电机8，以根据调节指令控制调节电机8正转或反转，使之产生可调水嘴的过流面积S变化，实现调节流量。PLC主板7包括差压变送器、闭环控制系统；所述的差压变送器能够随时测量智能恒流配水装置嘴前与嘴后的压力差值ΔP；所述的差压变送器也可以用两个压力传感器代替。

所述的闭环控制系统记录单层测试稳定后的过流面积S及压力差值ΔP；该装置通过自身的闭环控制系统，记录测调稳定后的压力差值ΔP与过流面积S，该层流量Q＝k×S×ΔP,系数k主要与流体密度有关，在注入水不变情况下为定值，不考虑阻塞流的情况下，流量Q只与过流面积S及压力差值ΔP有关。在日后运行中，该闭环控制系统以压力差值ΔP与过流面积S乘积在工程误差范围内为原则，能够自动调节流量变化，在标定同一压力时，当监测到的智能恒流配水装置流量超过原标定流量的误差时，智能恒流配水装置启动自动调节，直至达到地质配注要求为止。

在一实施例中，当地层吸水不变时，井口分水占比不变，继续注水。当地层吸水变好时，闭环控制系统检测到ΔP与过流面积S两者乘积变化超过到一定误差，则闭环控制系统调节关小水嘴一档，并与原记录水量相比，判断是否比原记录水量偏大，如果调节后水量不比原记录水量偏大，则结束调节，如果调节后水量比原记录水量偏大，则返回到调节关小水嘴的步骤，继续进行调节。当地层吸水变差时，闭环控制系统检测到ΔP与过流面积S两者乘积变化减小到一定误差，则闭环控制系统调节调大水嘴一档，并与原记录水量相比，判断是否比原记录水量偏小，如果调节后水量不比原记录水量偏小，则结束调节，如果调节后水量比原记录水量偏小，则返回到调大关小水嘴的步骤，继续进行调节。

本发明所述的智能配水装置现场使用时，包括如下步骤：

(1)下入智能测调注水工艺管柱，包括所述的智能恒流配水装置，并使其对应于相应层段；

(2)安装注水采油树，包括井口流量计；

(3)坐封分层封隔器；

(4)打开注水流程正常注水，观察井口流量计变化，测调稳定一段时间，一般为30s以上，调节稳定期内，确保井口流量计读出的数值在工程合理误差范围之内，此时的井口流量就是该层的注入流量；

(5)通过操作采油树上的阀门，地面的信号发射装置产生压力编码，该压力编码为通过人工调节控制阀门，形成所需要的压力波，或者可以通过电脑控制脉冲发射装置形成所需要的波形，该编码包括地址码和位置码，地址码就代表哪一个智能恒流配水装置，位置码就是根据地面流量计与该层地质配注量比较，告诉该智能恒流配水装置是调大还是关小，也就是说，告诉该智能恒流配水装置调节至哪个开度，然后结合地面流量计流量，调节至最终的地质需要流量；比如说前四位0001代表第一个智能恒流配水装置，0010代表第二个智能恒流配水装置，这为了便于地面人员知道调配的哪一个智能恒流配水装置，对需要调配的智能恒流配水装置发出与其相对应的压力编码信号，收发单元接收到地面信号后，调节电机通过丝杠带动调节开关上移或者下移，使之产生过流面积S变化，实现调节流量；

(6)确保注入压力不变，重复步骤(4)(5)，使全井在相同的压力下达到配注。其中第二层实际注入流量通过地面总流量减去第一层实际流量计算得到。

(7)注水井日后运行中，各层智能恒流配水装置根据自身闭环控制系统自动调节，保持要求的配注。

注水后期，因腐蚀结垢等原因导致出水口发生变化，不需要检修管柱，可以通过上述步骤(4)-(7)定期标定此时的过流面积S，并在日后运行中让PLC主板重新记忆该过流面积S及压力差值ΔP，直至下次校准周期。

当需要更改地质配注时，同样通过重复以上步骤，重新让控制系统记录过流面积S及压力差值ΔP，操作实施方便。

本发明中的智能恒流配水装置，设置闭环控制系统，实现自动控制调节，不再需要下入测调仪器；配水装置流量通过地面井口流量计获得，不需要井下配水装置向上发射信号，数据更加可靠，同时调配效率高；该配水方法结构简单，不需要外输介质，而且不受井斜限制，能够实时了解井下流量信息；该装置不需要检修管柱，即可实现流量标定及地质配注修改。

Claims (1)

1.智能恒流配水装置，其特征在于，该智能恒流配水装置包括信号接收单元，PLC主板，调节电机和调节开关，该调节开关位于该智能恒流配水装置的外出水口处，该信号接收单元接收地面发射的压力编码，将压力编码解码得到调节指令，并将调节指令传输给该PLC主板，该PLC主板传输调节指令给该调节电机，该调节电机在该调节指令的控制下正转或反转，以控制该调节开关的轴向移动，调整该外出水口的大小，进行流量调节；

该PLC主板包括闭环控制系统，该闭环控制系统记录单层测试稳定后的过流面积S及该外出水口的嘴前与嘴后的压力差值ΔP；

该闭环控制系统检测到ΔP与过流面积S两者乘积变化超过到一定误差，则该闭环控制系统发送闭环控制指令给该调节电机，该调节电机在闭环调节指令的控制下控制该调节开关的轴向移动，调节关小该外出水口的水嘴一档，并与原记录水量相比，判断是否比原记录水量偏大，如果调节后水量不比原记录水量偏大，则结束调节，如果调节后水量比原记录水量偏大，则返回到调节关小水嘴的步骤，继续进行调节；

该闭环控制系统检测到ΔP与过流面积S两者乘积变化减小到一定误差，则该闭环控制系统发送闭环控制指令给该调节电机，该调节电机在闭环调节指令的控制下控制该调节开关的轴向移动，调大该外出水口的水嘴一档，并与原记录水量相比，判断是否比原记录水量偏小，如果调节后水量不比原记录水量偏小，则结束调节，如果调节后水量比原记录水量偏小，则返回到调节关小水嘴的步骤，继续进行调节；

该智能恒流配水装置还包括中心管和外套，该中心管为注入水流通过的管路，该外套位于该智能恒流配水装置的外层，该中心管的下端开设有内出水口，连通注水油管，该外出水口位于该外套的下端，注入的水通过该外出水口进入油层；

该智能恒流配水装置还包括上接头和下接头，该上接头的一端连接该中心管的上端，另一端外接注水油管，该下接头的一端连接该中心管的下端，另一端外接注水油管；该上接头与该中心管螺纹连接，并通过密封胶圈密封，该上接头同时与该外套螺纹连接，并通过密封胶圈密封，该下接头与该外套螺纹连接，并通过密封胶圈密封，该下接头同时与该中心管连接，并通过密封胶圈密封；

该智能恒流配水装置还包括电池组，该电池组分别连接于信号接收单元、PLC主板及调节电机，为该智能恒流配水装置提供电源；

该智能恒流配水装置还包括传动减速机构和传输丝杠，该传输丝杠连接于该传动减速机构，该传动减速机构与该调节电机通过该调节电机的动力轴连接，带动该传输丝杠沿着该智能恒流配水装置轴向运动，该传输丝杠与该调节开关轴向连接，并带动该调节开关轴向移动，调整该外出水口的大小，进行流量调节；

该智能恒流配水装置还包括密封体，该密封体置于该传动减速机构及该调节开关之间；

该智能恒流配水装置还包括差压变送器，该差压变送器能够随时测量智能恒流配水装置嘴前与嘴后的压力差值ΔP，差压变送器也可以用两个压力传感器代替。

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