CN109763798A - 一种井下智能配水器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下智能配水器及其控制方法，包括上套筒、主过流通道、下套筒及注水调节装置；上套筒、主过流通道及下套筒依次连接，注水调节装置包括依次连接的串联电池组、控制模块、减阻电机及注水筒；所述的注水筒上设置有与主过流通道连通的入水口和与外部连通的出水口；注水筒内设置有传动机构和叠状控制水嘴，减阻电机通过传动机构和叠状控制水嘴连接；出水口、叠状控制水嘴及入水口构成分层注水过程中分层水流通道。该配水器控制模块利用水嘴节流经典理论，建立分层配水器水嘴节流模型，采用水嘴前后压力传感器测试绝对压力，参考叠状水嘴等效面积计算得出水嘴流量，进而与预设地质配注量进行对比，执行水嘴调节过程。
Description
技术领域
本发明属于油田注水技术领域，具体涉及一种井下智能配水器及其控制方法。
背景技术
精细分层注水技术是油田提高采收率核心技术之一，近年来，为了提高油田开发水平，实现油藏高效开发，石油工作者着力开展分层注水技术攻关研究，一定程度满足了油藏开发需求，缓解了层间和层内差异导致的吸水不均问题，达到油田分层均衡注采开发。国内油田先后研发出偏心、桥式偏心及桥式同心等不同分注技术，其技术核心为井下分层配水器，采用机械对接及控制的方式，实现井下分层配水器水嘴连续调节，以满足不同层位不同地质配注要求，该类工艺虽然能够达到不同注水层位分层注水目的，但现场施工作业过程需电缆连接井下工具连续作业，整体施工过程复杂，分层流量测调难度大，同时分层注水量随压力及地层吸水能力等因素影响变化明显，严重制约了分层注水效果差。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于利用智能配水技术方法，克服目前常规分注工艺现场施工作业过程需电缆连接井下工具连续作业，整体施工过程复杂，分层流量测调难度大，同时分层注水量随压力及地层吸水能力等因素影响变化明显，严重制约了分层注水效果差的问题。为此本发明提供了一种井下智能配水器及其控制方法，本发明的配水器采用整个测调人工干预少，自动化程度高，大幅减轻人员劳动强度。
为达到上述目的，本发明采用以下技术手段：
一种井下智能配水器，包括上套筒、主过流通道、下套筒及注水调节装置；
所述的上套筒、主过流通道及下套筒依次连接，
所述的注水调节装置设置在主过流通道一旁，注水调节装置包括依次连接的串联电池组、控制模块、减阻电机及注水筒，串联电池组、控制模块、减阻电机电连接；串联电池组与上套筒连接，注水筒与下套筒连接；
所述的注水筒上设置有与主过流通道连通的入水口和与外部连通的出水口；注水筒内设置有传动机构和叠状控制水嘴，减阻电机通过传动机构和叠状控制水嘴连接；出水口、叠状控制水嘴及入水口构成分层注水过程中分层水流通道。
所述的叠状控制水嘴为双层叠状布置水嘴，包括两个上下叠放的圆盘，每个圆盘相同位置上均设置有放水孔，上圆盘与传动机构连接，减阻电机通过传动机构带动叠状控制水嘴的上下圆盘转动以调节水嘴开度。
所述的叠状控制水嘴的进出水口均设置有压力传感器，压力传感器与控制模块电连接。
所述的控制模块，用于建立分层配水器水嘴节流模型，采用水嘴前后压力传感器测试绝对压力，参考叠状控制水嘴等效面积计算得出水嘴流量，进而与预设地质配注量进行对比，以执行水嘴调节。
所述的控制模块，还用于建立模型后，根据测试数据量不断修正模型参数。
所述的控制模块为单片机或逻辑电路，控制模块与地面流量测试装置通信连接。
所述的上套筒、下套筒与主过流通道采用丝扣连接；上套筒、下套筒与注水调节装置采用插接连接并密封。
所述的串联电池组、控制模块、减阻电机及注水筒均采用插入式连接，连接处用双胶圈密封。
所述的上套筒、下套筒通过丝扣与油管连接，每个配水器上端均连接一注水封隔器。
一种井下智能配水器的控制方法，包括以下步骤：
控制模块接收到地面流量测试装置的测试流量数据，同时叠状控制水嘴前后压力传感器测试水嘴前后压力，控制模块通过计算得出流量模型参数，并为后续流量自学习过程建立初始模型；
正常注水后，控制模块通过不断搜集叠状控制水嘴前后压力传感器测试水嘴前后压力及对应叠状控制水嘴等效面积数据，进而不断修正流量调节模型参数，并结合计算流量数据与地质配注量进行对比，若结果满足配注要求，则水嘴不动，否则，减阻电机带动叠状控制水嘴调节分层水量大小。
本发明的有益效果：
本发明的井下智能配水器，通过远程无线通讯方式，接收地面传输指令，并进行分层流量连续测调，确保分层注水量长期达到分层配注要求，该配水器集成控制模块、水嘴调节机构、电池等关键结构，控制模块根据预测程序及控制模型自动测试水嘴前后压力计算出分层水量，并运用载波技术将井下流量、压力等动态数据实时传输至地面，缓解油藏层间矛盾，达到均衡注水效果，大幅提升分层注水自动化、智能化水平，及时掌握分层注水井的分层测调、水井管理和动态监测数据，为大数据处理与应用奠定了基础。利用水嘴节流经典理论，建立分层配水器水嘴节流模型，采用水嘴前后压力传感器测试绝对压力，参考叠状水嘴等效面积计算得出水嘴流量，进而与预设地质配注量进行对比，执行水嘴调节过程。采用水嘴节流经典理论建立水嘴调节模型，减少井下电控元件，调高仪器长期可靠性；采用叠状控制水嘴设计，水嘴调节精度高，可控性强；并且采用简化配水器结构，大幅降低配水器成本；采用分层流量井下长期测试及实时调节，大幅提升分层配注合格率；采用整个测调人工干预少，自动化程度高，大幅减轻人员劳动强度。
进一步，叠状控制水嘴为双层叠状布置水嘴，减阻电机通过传动机构带动水嘴选择，从而调节水嘴开度，由于叠状水嘴调节精度高，可控制性强，大幅提升水量调节精度。
本发明的控制方法通过与地面流量测试装置的测试流量数据，同时叠状控制水嘴前后压力传感器测试水嘴前后压力，控制模块通过计算得出流量模型参数，并为后续流量自学习过程建立初始模型；采用水嘴前后压力传感器测试绝对压力，参考叠状控制水嘴等效面积计算得出水嘴流量，进而与预设地质配注量进行对比，执行水嘴调节过程。
附图说明
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1是井下智能配水器控制系统示意图。
图2是井下智能配水器结构示意图。
图3是井下智能配水器水嘴结构示意图。
附图标记说明：1-注水井井口；2-一级封隔器；3-一级配水器；4-二级封隔器；5-二级配水器；6-上套筒；7-主过流通道；8-高能电池组；9-控制模块；10-减阻电机；11-传动机构；12-叠状控制水嘴；13-出水口；14-进水口；15-下套筒；16-注水筒。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施情况做进一步的说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1所示，井下智能配水器控制系统,包括多个封隔器和多个所述的配水器；配水器得上套筒6、下套筒15通过丝扣与油管连接，每个配水器上端均连接一注水封隔器，依次连接形成分层注水结构。
具体地包括设置在注水井井口1下的一级封隔器2、一级配水器3、二级封隔器4和二级配水器5；一级封隔器2、一级配水器3、二级封隔器4和二级配水器5依次间隔连接。
所述上套筒6、下套筒15通过丝扣与油管连接，同时不同配水器上端分别连接注水封隔器，从而建立分层注水管柱，建立分层注水基本条件。
如图2所示，本发明一种井下智能配水器，包括上套筒6、主过流通道7、下套筒15及注水调节装置；
所述的上套筒6、主过流通道7及下套筒15依次连接，
所述的注水调节装置设置在主过流通道7一旁，注水调节装置包括依次连接的串联电池组8、控制模块9、减阻电机10及注水筒16，串联电池组8、控制模块9、减阻电机10电连接；串联电池组8与上套筒6连接，注水筒16与下套筒15连接；
所述的注水筒16上设置有与主过流通道7连通的入水口14和与外部连通的出水口13；注水筒16内设置有传动机构11和叠状控制水嘴12，减阻电机10通过传动机构11和叠状控制水嘴12连接；出水口13、叠状控制水嘴12及入水口14构成分层注水过程中分层水流通道。
其中，配水器上套筒6、主过流通道7、电器元件组及下套筒15采用机械安装，其中上套筒6、下套筒15与主过流通道7采用丝扣连接，以固定配水器主体结构及达到密封仪器，而上套筒6、下套筒7与电器元件组采用插接方式，接头均采用双胶圈密封。
串联电池组8、控制模块9、减阻电机10、传动机构11等电器元件组采用电连接，实现不同结构通讯与控制功能。该配水器控制模块9利用水嘴节流经典理论，建立分层配水器水嘴节流模型，采用水嘴前后压力传感器测试绝对压力，参考叠状控制水嘴12等效面积计算得出水嘴流量，进而与预设地质配注量进行对比，执行水嘴调节过程。
所述的叠状控制水嘴12的进出水口均设置有压力传感器用于计算叠状控制水嘴12前后压力，进而得出水嘴前后压差，压力传感器与控制模块9电连接，将测试的压力数据传输给控制模块。所述的两支压力传感器采用同一时钟，确保测试压力的同步性，进而得出分层流量。
所述主过流通道7上端通过丝扣与上套筒6连接，下端与下套筒15丝扣连接，连接处均有丝扣及胶圈密封，以满足主体结构强度及密封要求。
所述串联电池组8采用四节高能电池串联而成，该电池均为高压锂电池，满足井下长期应用。
所述控制模块9为单片机或逻辑电路，上端连接串联电池组8，下端连接减阻电机10，均采用插入式连接，连接处用双胶圈密封，由于上下套筒及主过流通道长度均为严格设计，控制模块处于压紧状态，保障其可靠性。控制模块利用水嘴节流经典理论，建立分层配水器水嘴节流模型，即流量、水嘴前后压差以及水嘴等效面积之间的数学模型。控制模块9与地面流量测试装置采用远程无线通信联系。采用水嘴前后压力传感器测试绝对压力，参考叠状水嘴等效面积计算得出水嘴流量，水嘴初始流量计算数组直接读取地面控制系统流量数据，并初步建立流量计算模型。建立模型后，随着测试数据量不断增加，控制模块不断修正模型参数，提升测试调节数据进度，进而与预设地质配注量进行对比，执行水嘴调节过程，最后满足分层配水要求。
其中，控制模块9的自学习数学模型如下:
式中，P1—嘴前压力；叠状水嘴前压力传感器测试压力；
P2—嘴后压力；叠状水嘴后压力传感器测试压力；
W—水嘴面积梯度；与水嘴形状相关的常数系数；
Cd—速度系数；与注入介质相关的常数系数；
Xv—可调水嘴位移量：Xv、W相乘计算得出水嘴等效面积；
ρ是注入流体密度。
当正常注水时，通过初始测试流量、水嘴前后压力，以及流体密度、水嘴面积梯度等确定速度系数，从而建立初始的测试模型。随后每次测调过程中，不断修正模型，并丰富测试模型，后续测试得到水嘴前后压力，就能得出对应的流量。
所述减阻电机10为优选减阻电机，满足高压条件下水嘴调节扭矩需求，且井下长期密封性好。
如图3所示，所述叠状控制水嘴12为双层叠状布置水嘴，减阻电机10通过传动机构带动水嘴选择，从而调节水嘴开度，由于叠状水嘴调节精度高，可控制性强，大幅提升水量调节精度。水嘴前后设计压力传感器用于测试水嘴前后压力，进而计算水嘴过流量。所述的叠状控制水嘴12为双层叠状布置水嘴，叠状控制水嘴12设置在出水口13和入水口14之间的位置；包括两个上下叠放的圆盘，每个圆盘相同位置上均设置有放水孔，上圆盘与传动机构11连接，减阻电机通过传动机构带动叠状控制水嘴12的上下圆盘转动以调节水嘴开度。优选地，每个圆盘上的放水孔为两个以圆盘中心对称的扇形口。在传动机构带动下，两个圆盘的扇形口进行重叠或交错，重叠时放水量最大，完全错开，水流不能通过。
所述主过流通道7为水流主通道，出水口13、叠状控制水嘴12及入水口14构成分层注水过程中分层水流通道。
本发明还提供了一种井下智能配水器的控制方法，包括以下步骤：
上述的控制模块9接收到地面流量测试装置测试并通过载波技术传输的流量信号，通过解码得到所需流量数据，同时叠状控制水嘴前后压力传感器测试水嘴前后压力，控制模块通过计算得出流量模型参数，并为后续流量自学习过程建立初始模型。正常注水后，控制模块通过不断搜集叠状控制水嘴前后压力传感器测试水嘴前后压力及对应叠状控制水嘴等效面积等数据，进而不断修正流量调节模型参数，并结合计算流量数据与设计地质配注量进行对比，若结果满足配注要求，则水嘴不动，否则，减阻电机带动叠状控制水嘴调节分层水量大小。
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。
尽管以上结合附图对本发明的具体实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的、而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明的权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。
Claims (10)
1.一种井下智能配水器，其特征在于，包括上套筒(6)、主过流通道(7)、下套筒(15)及注水调节装置；
所述的上套筒(6)、主过流通道(7)及下套筒(15)依次连接，
所述的注水调节装置设置在主过流通道(7)一旁，注水调节装置包括依次连接的串联电池组(8)、控制模块(9)、减阻电机(10)及注水筒(16)，串联电池组(8)、控制模块(9)、减阻电机(10)电连接；串联电池组(8)与上套筒(6)连接，注水筒(16)与下套筒(15)连接；
所述的注水筒(16)上设置有与主过流通道(7)连通的入水口(14)和与外部连通的出水口(13)；注水筒(16)内设置有传动机构(11)和叠状控制水嘴(12)，减阻电机(10)通过传动机构(11)和叠状控制水嘴(12)连接；出水口(13)、叠状控制水嘴(12)及入水口(14)构成分层注水过程中分层水流通道。
2.根据权利要求1所述的井下智能配水器，其特征在于，所述的叠状控制水嘴(12)为双层叠状布置水嘴，包括两个上下叠放的圆盘，每个圆盘相同位置上均设置有放水孔，上圆盘与传动机构(11)连接，减阻电机通过传动机构带动叠状控制水嘴(12)的上下圆盘转动以调节水嘴开度。
3.根据权利要求1所述的井下智能配水器，其特征在于，所述的叠状控制水嘴(12)的进出水口均设置有压力传感器，压力传感器与控制模块(9)电连接。
4.根据权利要求3所述的井下智能配水器，其特征在于，所述的控制模块(9)，用于建立分层配水器水嘴节流模型，采用水嘴前后压力传感器测试绝对压力，参考叠状控制水嘴(12)等效面积计算得出水嘴流量，进而与预设地质配注量进行对比，以执行水嘴调节。
5.根据权利要求4所述的井下智能配水器，其特征在于，所述的控制模块(9)，还用于建立模型后，根据测试数据量不断修正模型参数。
6.根据权利要求4所述的井下智能配水器，其特征在于，所述的控制模块(9)为单片机或逻辑电路，控制模块(9)与地面流量测试装置通信连接。
7.根据权利要求1所述的井下智能配水器，其特征在于，所述的上套筒(6)、下套筒(15)与主过流通道(7)采用丝扣连接；上套筒(6)、下套筒(7)与注水调节装置采用插接连接并密封。
8.根据权利要求1所述的井下智能配水器，其特征在于，所述的串联电池组(8)、控制模块(9)、减阻电机(10)及注水筒(16)均采用插入式连接，连接处用双胶圈密封。
9.根据权利要求1所述的井下智能配水器，其特征在于，所述的上套筒(6)、下套筒(15)通过丝扣与油管连接，每个配水器上端均连接一注水封隔器。
10.如权利要求1至9任意一项所述的井下智能配水器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
控制模块(9)接收到地面流量测试装置的测试流量数据，同时叠状控制水嘴(12)前后压力传感器测试水嘴前后压力，控制模块(9)通过计算得出流量模型参数，并为后续流量自学习过程建立初始模型；
正常注水后，控制模块(9)通过不断搜集叠状控制水嘴(12)前后压力传感器测试水嘴前后压力及对应叠状控制水嘴等效面积数据，进而不断修正流量调节模型参数，并结合计算流量数据与地质配注量进行对比，若结果满足配注要求，则水嘴不动，否则，减阻电机带动叠状控制水嘴调节分层水量大小。
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