CN109736760A - 一种注水井智能注水装置、注水系统及其注入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注水井智能注水装置、注水系统及其注入方法，注水装置包括注水井智能注水装置，其适用于油田井筒注水，其包括进口端以及出口端、流量传感器、以及电动调节阀；所述流量传感器设于进口端处，流量传感器与智能注水装置控制单元电连接，将流量信号传输给控制单元；电动调节阀设于流量传感器和出口端之间。所述一体化智能注水装置中的流量计设置有若干个，所述流量计之间并联设置，所述流量计能独立开启关闭。本发明能可实现24小时不间断监测及远程控制。

Description

一种注水井智能注水装置、注水系统及其注入方法

技术领域

本发明属于注水井技术领域，涉及一种注水井智能注水装置、注水系统及其注入方法。

背景技术

目前使用的流量、温压监测装置装在注水间内，需要工作人员定期查看其数据，再根据数据的反馈手动控制注入量的大小。但这种方式需要人员24小时不间断值班，浪费人力物力。

现有的一种注水井无人巡井智能监控系统中一体化智能注水装置为流量计、调节阀、执行器及控制器四部分集于一体，但是流量计的数量只有一个，一个流量计长时间工作会导致测量误差越来越大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种可实现24小时不间断监测及远程控制的注水井智能注水装置、注水系统及其注入方法；注水井的流量、温度、压力的三个参数实时监测及数据远传，通过远程监测各项数据进而控制注入流量的大小，达到全天候实时监测，根据监测数据自动控制流量的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种适用于油田油井注水的注水井智能注水装置，其包括进口端以及出口端、流量传感器、以及电动调节阀；所述流量传感器设于进口端处，流量传感器与智能注水装置控制单元电连接，将流量信号传输给控制单元；电动调节阀设于流量传感器和出口端之间。

又提供一种注水井智能注水系统，其包括一体化智能注水装置、无线压力变送器、注水井智能监控柜、3G/4G路由器、计算机，所述一体化智能注水装置为流量计、调节阀、执行器及控制器四部分集于一体，所述注水井智能监控柜内设有断路器、DC24V开关电源、注水井数据采集控制模块、DTU无线数据终端、线槽接线端子，其特征在于：所述一体化智能注水装置中的流量计设置有若干个，所述流量计之间并联设置，所述流量计能独立开启关闭。

进一步地，所述流量计设置为手动流量计、自动流量计或远程流量计。

进一步地，还包括注水井数据采集控制模块，注水井数据采集控制模块设置在注水井智能监控柜内；所述注水井数据采集控制模块连接一体化智能注水装置和DTU无线数据终端H7710，能够向这两个单元写入或读取数据，DTU无线数据终端H7710与3G/4G路由器为无线连接，通过空中进行数据交换，3G/4G路由器与用户计算机通过网线连接，无线压力变送器获取读取指令后，将油管压力、套管压力以无线方式传送给注水井数据采集控制模块，用户计算机安装有注水井无人巡井智能监控软件；所述的注水井数据采集控制模块包括按键输入单元、温度传感输入单元、天文时钟电路、电源变换单元、信号过零采集单元、MCU主控单元、LED数显单元、数据驱动单元、声音报警单元、可控输出信号单元、开关量输出单元，所述MCU主控单元分别与按键输入单元、温度传感输入单元、天文时钟电路、电源变换单元、信号过零采集单元、LED数显单元、数据驱动单元、声音报警单元、可控输出信号单元、开关量输出单元连接。

进一步地，注水井智能注水装置、注水系统及其注入方法，步骤如下，第一步，注水井无人巡井智能监控软件在用户计算机上运行，设定计数器使用外部参考信号，设定计数器采集门限，发送读取瞬时流量、累计流量、油管压力、套管压力的指令，这些指令通过3G/4G无线网络发送给注水井智能监控柜的DTU无线数据终端H7710，DTU无线数据终端H7710接收到指令，转换成RS232协议指令发给注水井数据采集控制模块，注水井数据采集控制模块内部的RS232接口电路将RS232协议指令转换成串口数据，发给主控单元PIC16F1937的串口0，主控单元PIC16F1937解析串口0接收的数据，得出测量瞬时流量、累计流量、油管压力、套管压力的指令，由串口1发送给RS485接口电路，RS485接口电路与一体化智能注水装置相连，一体化智能注水装置获取读取指令后，将现有瞬时流量、累计流量实际数值通过RS485接口返回给注水井数据采集控制模块的RS485接口电路,无线压力变送器获取读取指令后，将油管压力、套管压力以无线方式传送给注水井数据采集控制模块，RS485接口电路输出串口数据发给主控单元PIC16F1937的串口1，主控单元PIC16F1937解析串口1接收的数据，得到瞬时流量、累计流量、油管压力、套管压力的数据，主控单元PIC16F1937将这些数据由串口0发给RS232接口电路，DTU无线数据终端H7710收到测试数据，通过3G/4G无线网络发送给3G/4G路由器，3G/4G路由器将测试数据传回给注水井无人巡井智能监控软件，注水井无人巡井智能监控软件解析上传上来的数据，从而显示瞬时流量、累计流量、油管压力、套管压力实时数据；第二步，注水井无人巡井智能监控软件将现场注水井传回的瞬时流量、累计流量、油管压力、套管压力数据存放到数据库中，绘制曲线图，制作EXCEL数据表格，供以后计算和用户通查询；软件操作界面包括远程控制、配置流量、读取流量、实时数据、通信状态、报表查询、曲线查询、历史数据查询，在后台形成历史数据库，数据处理层包括流量计算、报表计算、报警数据处理、RTU指令及数据通信；第三步，注水井无人巡井智能监控软件根据用户要完成的日配注量，除以24得出每小时瞬时流量，将瞬时流量数据通过3G/4G路由器通过3G/4G无线网络发送指令给注水井智能监控柜的DTU无线数据终端H7710，DTU无线数据终端H7710把接收到3G/4G无线网络指令转换成RS232协议指令，然后发给注水井数据采集控制模块，注水井数据采集控制模块内部的RS232接口电路将RS232协议指令转换成串口数据，发给主控单元PIC16F1937的串口0，主控单元PIC16F1937解析串口0接收的数据，得出瞬时流量数据，由串口1发送给RS485接口电路，一体化智能注水装置通过RS485接口获取瞬时流量数据的控制信息，自动控制阀门调节，达到需要控制的瞬时流量值；第四步，计算机每5分钟获取现场瞬时流量数据，根据传送上来的瞬时流量数据进行对比，如果瞬时流量一致，保持阀门开启度，如果不一致，下发控制命令进行调节；软件计算流程：用户在计算机上进行读取、配置操作时，系统自动读取这些指令，把这些指令送到数据处理层，数据处理层把这些指令转换成RTU指令，送到通讯层，通讯层把指令送到下端设备RTU；下端设备RTU回应的指令送到数据层，解析出真实的数据送给各个计算模块，同时把结果送到用户界面，计算模块进行流量计算、报表计算、报警数据处理，计算每天起始时间的累计流量，每次流量值减去累计流量值即为今日流量值，储存于数据库中，当该值大于用户设定值时进行报警。

综上所述，本发明的有益效果：1、采用在注入管线上安装流量计及温压仪,在注入的同时，监测注入量、温度、压力三个参数并通过专用网络传输至控制中心，进而通过注入阀的张开与闭合控制注入量；2、通过设定不同的计算方式，适用于水、含油污水两种介质；3、注水井无人巡井智能监控系统实时监测记录注水井瞬时流量，方便用户及时掌握注水井现场瞬时流量数据变化情况；4、注水井无人巡井智能监控系统自动记录注水井瞬时流量以及自动控制阀门开启度，减少了人工劳动强度，可实现24小时不间断监测及远程控制。

附图说明

图1为本发明系统框图；

图2为本发明的数据采集控制模块框图；

图3为本发明的软件框架图；

图4为本发明的计算流程图；

图5为内置手动流量计的智能注水装置的立体结构图；

图6为内置自动流量计的智能注水装置的立体结构图；

图7为内置自动流量计的智能注水装置的立体结构图。

附图标记：1、控制单元；2、调节手柄；3、本体一；4、出口端一；5、进口端一；6、本体二；7、出口端二；8、进口端二；9、执行机构；10、出口端三；11、进口端三；12、本体三；13、连接孔一；14、流量传感器；15、连接线一；16、连接线二；17、连接线三；18、连接孔二；19、手自一体控制手柄；20、连接孔三；21、连接孔四。

具体实施方式

参照图1至图7对本发明注水井智能注水装置、注水系统及其注入方法的实施例做进一步说明。

注水井智能注水装置、注水系统及其注入方法，包括一体化智能注水装置、无线压力变送器、注水井智能监控柜、3G/4G路由器、计算机，所述一体化智能注水装置为流量计、调节阀、执行器及控制器四部分集于一体，所述注水井智能监控柜内设有断路器、DC24V开关电源、注水井数据采集控制模块、DTU无线数据终端、线槽接线端子，所述一体化智能注水装置中的流量计设置有若干个，所述流量计之间并联设置，所述流量计能独立开启关闭，每个流量计分时段工作，从而使每个流量计都能获得一定的休息时间，增加流量计单个流量计的使用寿命；同时当有一个流量计损坏时，可以开启别的流量计，不用暂停工作。

智能注水装置包括进口端以及出口端、流量传感器、以及电动调节阀；所述流量传感器设于进口端处，流量传感器与智能注水装置控制单元电连接，将流量信号传输给控制单元；电动调节阀设于流量传感器和出口端之间；所述控制单元与电动调节阀电连接，用以控制调节电动调节阀；减少了传统阀组数据传输的途径，有利于提高数据传输的可靠性，使得数据不再通过数据库中转，数据实时性好；将水源井的高压水流，根据工艺要求精确地注入到水井中，现场的瞬时流量、累计流量、注水压力、水源压力等参数传输到终端，融入数字化管理平台，在此平台上，还可远程调节水井的配注量，实现远程控制，具有技术先进、配套成本低，可靠性高等优势。

所述控制单元包括主控制器，该主控制器是CPU；主控制器通过RS485电路经通讯接口与无线模块电连接；所述主控制器通过驱动电路与驱动电机电连接；所述主控制器还分别与流量传感器、显示器以及操作键盘电连接，流量传感器和显示器分别与外接电源电连接连接；驱动电路即驱动电机的驱动电路，为现有技术电路，这里不再详述。其中主控制器、RS485电路以及与外接电源连接并供电给显示器和流量传感器的电源电路集成在控制单元内的主控板，用来实现控制单元数据采集；显示器和操作键盘集成在控制单元的控制单元1上，用来实现数据的显示；驱动电路、通讯接口、电机接口以及电源接口集成在控制单元内部的驱动板上，驱动电路用来实现电机控制功能；所述主控板将流量传感器检测到的信号进行放大、整形，使信号成为方波，便于处理器采集的信号；所述显示器为液晶显示器，其用来显示当前流量、累积流量和注水压力数据，所述显示操作板还设有在人机接口上具备操作按键和红外接收头可以实现按键设置和红外遥控器设置两种方式来操作设备的两部分电路，可以实现设置设备地址、流量期望值以及设备工作模式；所述驱动板上设有控制电动调节阀的电机驱动器，所述电机驱动器与主控板的通讯采用光电隔离方式；所述控制单元还设有与上位机进行无线通讯的zigbee或者433M无线通信模块。

温压表的制作：根据客户的需要制作不同材质、不同等级、不同规格型号的温压表，可实时显示温压数据。

所述流量计设置为手动流量计、自动流量计或远程流量计；优选为远程流量计。

图5为内置手动流量计的智能注水装置的立体结构图，其包括包括控制单元1、调节手柄一2、本体一3、出口端一4；进口端一5设置在本体一3的下方，进口端一5处包括有连接法兰一，连接法兰一上设有若干连接孔一13；连接孔一13绕连接法兰一的轴线圆周均匀分布，连接法兰一和本体一3之间设有流量传感器14，流量传感器14用于检测流量大小，控制单元1设置在本体一3的前方，控制单元1上分别连接有连接线一15、连接线二16、连接线三17，其中连接线一15与主控制器是CPU电连接，连接线二16与驱动电机电连接，连接线三17与流量传感器电连接，出口端二4设置在本体一3的后方，出口端一4处包括有连接法兰二，连接法兰二上设有若干连接孔二18；连接孔二18绕连接法兰二的轴线圆周均匀分布，连接孔一13和连接孔二18均用于智能注水装置的安装；调节手柄2设置在设置在本体一3的上方，可以用调节手柄2对智能注水装置进行调节，调节手柄2可以为电动执行机构，也可以为同步电机；控制单元1上设有显示屏，显示屏用来显示智能注水装置的运行状态，进一步也可以显示注水装置的运行状态。

图6为内置自动流量计的智能注水装置的立体结构图；包括控制单元1、本体二6、出口端二7、进口端二8、手自一体控制手柄19；进口端二8设置在本体二6的下方，进口端二8处设有连接法兰三，连接法兰三上设有若干连接孔三、连接孔三绕连接法兰三的轴线圆周均匀分布，连接法兰三和本体二6之间同样设有流量传感器，控制单元1设置在本体二6的前方，处于悬空状态，控制单元1上分别连接有连接线一15、连接线二16、连接线三17，其中连接线一15与主控制器是CPU电连接，连接线二16与驱动电机电连接，连接线三17与流量传感器电连接，出口端二7设置在本体二6的后方，出口端二7处包括有连接法兰四，接法兰四上设有若干连接孔四21；连接孔四21绕连接法兰二的轴线圆周均匀分布，手自一体控制手柄19设置在本体二6的上方，用于打开或关闭智能注水装置。

图7为内置自动流量计的智能注水装置的立体结构图；控制单元1、本体三12、出口端三10、进口端三11、执行机构9；图7与图5的区别在于，将执行机构9代替了调节手柄2，执行机构9设置在本体三12的上方，执行机构9通过与控制器的连接能够远程对流量计进行实时监控。优选地，在控制单元与执行机构之间设置有连接线，用于将控制单元的电流信号输出给执行机构，控制执行机构的开关。

如图2所示，还包括注水井数据采集控制模块，注水井数据采集控制模块设置在注水井智能监控柜内；所述注水井数据采集控制模块连接一体化智能注水装置和DTU无线数据终端H7710，能够向这两个单元写入或读取数据，DTU无线数据终端H7710与3G/4G路由器为无线连接，通过空中进行数据交换，3G/4G路由器与用户计算机通过网线连接，无线压力变送器获取读取指令后，将油管压力、套管压力以无线方式传送给注水井数据采集控制模块，用户计算机安装有注水井无人巡井智能监控软件；所述的注水井数据采集控制模块包括按键输入单元、温度传感输入单元、天文时钟电路、电源变换单元、信号过零采集单元、MCU主控单元、LED数显单元、数据驱动单元、声音报警单元、可控输出信号单元、开关量输出单元，所述MCU主控单元分别与按键输入单元、温度传感输入单元、天文时钟电路、电源变换单元、信号过零采集单元、LED数显单元、数据驱动单元、声音报警单元、可控输出信号单元、开关量输出单元连接。

注水井智能注水系统及其注入方法，步骤如下，第一步，注水井无人巡井智能监控软件在用户计算机上运行，设定计数器使用外部参考信号，设定计数器采集门限，发送读取瞬时流量、累计流量、油管压力、套管压力的指令，这些指令通过3G/4G无线网络发送给注水井智能监控柜的DTU无线数据终端H7710，DTU无线数据终端H7710接收到指令，转换成RS232协议指令发给注水井数据采集控制模块，注水井数据采集控制模块内部的RS232接口电路将RS232协议指令转换成串口数据，发给主控单元PIC16F1937的串口0，主控单元PIC16F1937解析串口0接收的数据，得出测量瞬时流量、累计流量、油管压力、套管压力的指令，由串口1发送给RS485接口电路，RS485接口电路与一体化智能注水装置相连，一体化智能注水装置获取读取指令后，将现有瞬时流量、累计流量实际数值通过RS485接口返回给注水井数据采集控制模块的RS485接口电路,无线压力变送器获取读取指令后，将油管压力、套管压力以无线方式传送给注水井数据采集控制模块，RS485接口电路输出串口数据发给主控单元PIC16F1937的串口1，主控单元PIC16F1937解析串口1接收的数据，得到瞬时流量、累计流量、油管压力、套管压力的数据，主控单元PIC16F1937将这些数据由串口0发给RS232接口电路，DTU无线数据终端H7710收到测试数据，通过3G/4G无线网络发送给3G/4G路由器，3G/4G路由器将测试数据传回给注水井无人巡井智能监控软件，注水井无人巡井智能监控软件解析上传上来的数据，从而显示瞬时流量、累计流量、油管压力、套管压力实时数据；第二步，注水井无人巡井智能监控软件将现场注水井传回的瞬时流量、累计流量、油管压力、套管压力数据存放到数据库中，绘制曲线图，制作EXCEL数据表格，供以后计算和用户通查询；软件操作界面包括远程控制、配置流量、读取流量、实时数据、通信状态、报表查询、曲线查询、历史数据查询，在后台形成历史数据库，数据处理层包括流量计算、报表计算、报警数据处理、RTU指令及数据通信；第三步，注水井无人巡井智能监控软件根据用户要完成的日配注量，除以24得出每小时瞬时流量，将瞬时流量数据通过3G/4G路由器通过3G/4G无线网络发送指令给注水井智能监控柜的DTU无线数据终端H7710，DTU无线数据终端H7710把接收到3G/4G无线网络指令转换成RS232协议指令，然后发给注水井数据采集控制模块，注水井数据采集控制模块内部的RS232接口电路将RS232协议指令转换成串口数据，发给主控单元PIC16F1937的串口0，主控单元PIC16F1937解析串口0接收的数据，得出瞬时流量数据，由串口1发送给RS485接口电路，一体化智能注水装置通过RS485接口获取瞬时流量数据的控制信息，自动控制阀门调节，达到需要控制的瞬时流量值；第四步，计算机每5分钟获取现场瞬时流量数据，根据传送上来的瞬时流量数据进行对比，如果瞬时流量一致，保持阀门开启度，如果不一致，下发控制命令进行调节；软件计算流程：用户在计算机上进行读取、配置操作时，系统自动读取这些指令，把这些指令送到数据处理层，数据处理层把这些指令转换成RTU指令，送到通讯层，通讯层把指令送到下端设备RTU；下端设备RTU回应的指令送到数据层，解析出真实的数据送给各个计算模块，同时把结果送到用户界面，计算模块进行流量计算、报表计算、报警数据处理，计算每天起始时间的累计流量，每次流量值减去累计流量值即为今日流量值，储存于数据库中，当该值大于用户设定值时进行报警。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种注水井智能注水装置，其特征在于，其适用于油田井筒注水，其包括进口端以及出口端、流量传感器、以及电动调节阀；所述流量传感器设于进口端处，流量传感器与智能注水装置控制单元电连接，将流量信号传输给控制单元；电动调节阀设于流量传感器和出口端之间。

2.一种注水系统，包括如权利要求1所述的注水井智能注水装置、无线压力变送器、注水井智能监控柜、3G/4G路由器、计算机，所述一体化智能注水装置为流量计、调节阀、执行器及控制器四部分集于一体，所述注水井智能监控柜内设有断路器、DC24V开关电源、注水井数据采集控制模块、DTU无线数据终端、线槽接线端子，其特征在于：所述一体化智能注水装置中的流量计设置有若干个，所述流量计之间并联设置，所述流量计能独立开启关闭。

3.根据权利要求2所述的注水系统，其特征在于：所述流量计设置为手动流量计、自动流量计或远程流量计。

4.根据权利要求2所述的注水系统，其特征在于：还包括注水井数据采集控制模块，注水井数据采集控制模块设置在注水井智能监控柜内；所述注水井数据采集控制模块连接一体化智能注水装置和DTU无线数据终端H7710，能够向这两个单元写入或读取数据，DTU无线数据终端H7710与3G/4G路由器为无线连接，通过空中进行数据交换，3G/4G路由器与用户计算机通过网线连接，无线压力变送器获取读取指令后，将油管压力、套管压力以无线方式传送给注水井数据采集控制模块，用户计算机安装有注水井无人巡井智能监控软件。

5.根据权利要求2所述的注水系统，其特征在于：所述的注水井数据采集控制模块包括按键输入单元、温度传感输入单元、天文时钟电路、电源变换单元、信号过零采集单元、MCU主控单元、LED数显单元、数据驱动单元、声音报警单元、可控输出信号单元、开关量输出单元，所述MCU主控单元分别与按键输入单元、温度传感输入单元、天文时钟电路、电源变换单元、信号过零采集单元、LED数显单元、数据驱动单元、声音报警单元、可控输出信号单元、开关量输出单元连接。

6.一种注水井智能注入方法，其特征在于：其使用上述权利要求4-5中的注水系统进行注水。