CN110067540B - 实现分注测调井信号传递的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实现分注测调井信号传递的系统及方法，该系统包括多个井下智能配水器，数据处理装置，地面控制装置和计算机，所述多个井下智能配水器分别位于井下的分层配水管柱上对应每个注水层位处，采集井下的流量、压力、温度这些井下信息，并通过调节该层井下智能配水器的水嘴，以此形成流量波，通过流量波将井下信息传输给该数据处理装置，该数据处理装置将流量波进行编码、滤波、放大后形成载波信号，然后通过注入水将此载波信号传递至地面的该地面控制装置，该地面控制装置通过解码，将载波信号翻译成井下信息信号，并将井下信息信号传输给该计算机。该系统及方法能够实现井下流量的自动调节，实现井下采集数据及时准确地上传。

Description

实现分注测调井信号传递的系统

技术领域

本发明涉及分层注水工艺技术领域，特别是涉及到一种实现分注测调井信号传递的系统。

背景技术

随着油藏精细开发的需求，测调分注井及分注层数越来越多，对注水工艺和测调工艺提出了更高的要求。在注水开发时，采油开发工作者需要随时方便了解井下各层实际注入量及温度变化，便于日后调整地层配注，达到有效均衡开发的目的。目前从获取井下数据的方式上分类，主要有三种方式。

一种是以申请号为200910018261.5的中国专利申请《同心式一体化测调注水工艺装置》为代表的有缆式测调一体化技术，通过绞车用单芯钢丝电缆作业，把一个集中了(流量与压力、温度)测试仪、定位装置和动力系统的测调仪器下入到可调式配水装置内，通过地面控制，发出测试、调配指令，完成测试和调配工作，同时上传至地面，可以实时显示测调数据，包括井下每层温度、流量及压力，解决了传统空心配水工艺分层级数的受限问题，实现了不限级数的分层注水，但是随着分注井数和测调工作量将大幅度上升，按照每季度测调一次的原则，测调工作量快速增长与设备和人员不足的矛盾成为制约分层合格率及分注率的重要因素。同时，该技术受井斜影响及结垢较大，当井斜超过50°或者结垢严重时，仪器下入困难，进一步制约了注水层段合格率及分注率。

第二种是以申请号为201110446514.6的中国专利申请《一种电缆式注水井调配装置及方法》为代表的电缆式测调一体化技术，该技术在地面将各注水层井下测调配水器的设定流量值输入地面控制芯片，经地面控制芯片的地面编解码单元编码后传送至各井下控制芯片(包括流量传感器)的井下编解码单元；将井下编解码单元解码后的设定流量值发送给各注水层的电机控制单元，电机控制水嘴达到流量控制的目的。该技术提出了智能化的理念，一定程度上解决了智能完井的需求。但是在完井时需要跟随下入电缆，电缆连接各个配水器的同时，还需要穿越分层封隔器，下入过程中风险较大，薄弱点较多，受工况变化，管柱蠕动极容易造成接头破损。重要的是铠装电缆价格昂贵，不适用于目前低油价下的注水开发。

第三种是以申请号为201110171724.9的中国专利申请《一种用压力脉冲实现分层配水的方法》、申请号为200410061228.8的中国专利申请《用压力波调控分层配水的方法》为代表的利用压力波调配注水技术，该类技术包括一组能够接收地面压力信号的压控配水器、压力脉冲程控发生器、地面数据处理设备等，其中压控配水器包括控制单元、解码单元、流量传感器、温度传感器等，该技术的压力脉冲程控发生器通过制造包括位置及动作的压力信号编码，通过注水压力波介质传递到相应的压控配水器，通过压控配水器的解码单元后将设置的流量值发送给电机控制单元，从而达到流量调配的目的。该技术总体来说，作业施工简单，后期调配方便。但是由于目前注水日配注量普遍较低，加上注水单向的工作特点，不同于钻井钻井液大排量的脉冲信息传输方式，井下压力脉冲信号逆向衰减较快，地面装置很难接受到井下传递上来的压力波信号，开发工作者不能及时准确的获得每层的流量、温度计压力信号。为此我们发明了一种新的实现分注测调井信号传递的系统，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种分注测调井信号传递的系统，该分注测调井信号传递的系统能够实现井下流量的自动调节，实现井下采集数据及时准确地上传。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：实现分注测调井信号传递的系统，该实现分注测调井信号传递的系统包括多个井下智能配水器，数据处理装置，地面控制装置和计算机，所述多个井下智能配水器连接于该数据处理装置，分别位于井下的分层配水管柱上对应每个注水层位处，所述井下智能配水器采集井下的流量、压力、温度这些井下信息，并通过调节该层井下智能配水器的水嘴，以此形成流量波，通过流量波将井下信息传输给该数据处理装置，该数据处理装置连接于该地面控制装置，将流量波进行编码、滤波、放大后形成载波信号，然后通过注入水将此载波信号传递至地面的该地面控制装置，该地面控制装置连接于该计算机，通过解码，将载波信号翻译成井下信息信号，并将井下信息信号传输给该计算机。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该实现分注测调井信号传递的系统还包括压力脉冲发生装置，该压力脉冲发生装置位于井口，通过通讯电缆连接于该地面控制装置，当需要采集井下的流量、压力、温度这些信息时，该计算机向该地面控制装置发射唤醒指令，该地面控制装置将唤醒指令发送给该压力脉冲发生装置，该压力脉冲发生装置根据唤醒指令产生唤醒压力脉冲信号，并传输给该井下智能配水器，该井下智能配水器接收到唤醒压力脉冲信号后，采集井下的流量、压力、温度这些井下信息，调节该层井下智能配水器的水嘴，以形成流量波。

在需要对水嘴进行测调时，该计算机向该地面控制装置发射测调指令，该地面控制装置将测调指令发送给该压力脉冲发生装置，在接收到测调指令后，该压力脉冲发生装置根据测调指令要求，产生带有地址码、动作码这些信息的测调压力脉冲信号，并传输给该井下智能配水器，该井下智能配水器将测调压力脉冲信号解码后，进行水嘴大小调节，同时与目标值的比较，决定是否执行下一轮的调节控制。

该井下智能配水器包括流量传感器、压力传感器、温度传感器、信号存储单元、MPU和数据处理单元，该流量传感器连接于该信号储存单元，采集井下的流量信息，并将流量信息传输给该信号储存单元，该压力传感器连接于该信号储存单元，采集井下的压力信息，并将压力信息传输给该信号储存单元，该温度传感器连接于该信号储存单元，采集井下的温度信息，并将温度信息传输给该信号储存单元，该信号储存单元连接于该MPU，存储井下的流量、压力、温度这些信息，该数据处理单元连接于该压力脉冲发生装置，接收该压力脉冲发生装置发送的唤醒压力脉冲信号，并将唤醒压力脉冲信号解码后形成唤醒二进制波形传输给该MPU。

该井下智能配水器包括信号处理单元和反馈控制电机，该信号处理单元连接于该MPU，接收该MPU传输过来的唤醒二进制波形，并将唤醒二进制波形分析后传输调节指令给该反馈控制电机，该反馈控制电机同时为调节电机，连接于该数据处理装置和该信号处理单元，根据该信号处理单元传输过来的调节指令，调节水嘴大小，以形成流量波，通过流量波将井下信息传输给该数据处理装置。

该井下智能配水器还包括运算控制单元、调节控制电路、调节电机和反馈控制单元，该数据处理单元接收测调压力脉冲信号，将测调压力脉冲信号解码后形成测调二进制波形传输给该MPU，该运算控制单元连接于该MPU，接收测调二进制波形，根据测调二进制波形发送控制指令给调节控制电路，该调节控制电路连接于该运算控制单元，在该运算控制单元的控制下，控制该调节电机的水嘴进行大小调节，该调节电机连接于该调节控制电路，并将水嘴大小数据传输给该反馈控制单元，该反馈控制单元连接于该调节电机和该运算控制单元，将水嘴大小数据与目标值的比较，决定是否执行下一轮的调节控制，并将是否再次进行调节控制的信号传输给该运算控制单元。

该实现分注测调井信号传递的系统采用的流量波为一组二进制数，并顺序执行指令中的各个二进制数：

当执行二进制数“1”时，该信号处理单元不作反应，继续维持正常注水流量，并维持30秒；当执行二进制数“0”时，该信号处理单元控制该反馈控制电机，关闭或者关小该层井下智能配水器的水嘴，此时井筒中的流量小于正常注水时的流量，并维持30秒。

该实现分注测调井信号传递的系统还包括多个电池，所述多个电池分别连接于所述多个井下智能配水器，以提供电源支持。

该实现分注测调井信号传递的系统还包括多个封隔器，所述多个封隔器将位于井下的分层配水管柱坐封在各个层位上。

该井下智能配水器定时启动，采集井下的流量、压力、温度这些井下信息后，调节该层井下智能配水器的水嘴，以形成流量波。

本发明的目的也可通过如下技术措施来实现：实现分注测调井信号传递的方法，该实现分注测调井信号传递的方法采用权利要求1所述的实现分注测调井信号传递的系统，该方法包括：步骤1，通过调节该层井下智能配水器的水嘴，以此形成流量波，通过流量波将井下信息传输给数据处理装置；步骤2，数据处理装置将流量波进行编码、滤波、放大后形成载波信号，然后通过注入水将此载波信号传递至地面的地面控制装置；步骤3，地面控制装置通过解码，将载波信号翻译成井下信息信号，并将井下信息信号传输给计算机。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该实现分注测调井信号传递的方法还包括，在步骤1之前，当需要采集井下的流量、压力、温度这些信息时，计算机向地面控制装置发射唤醒指令，地面控制装置将唤醒指令发送给压力脉冲发生装置，压力脉冲发生装置根据唤醒指令产生唤醒压力脉冲信号，并传输给井下智能配水器，井下智能配水器接收到唤醒压力脉冲信号后，采集井下的流量、压力、温度这些井下信息。

该实现分注测调井信号传递的方法还包括，在步骤1之前，井下智能配水器定时启动，采集井下的流量、压力、温度这些井下信息。

本发明中的实现分注测调井信号传递的系统，针对现有技术的不足和缺点，通过设置压力脉冲调控模块，在地面实现压力脉冲对井下配水器的流量调节，该部分设置的自反馈调节控制部分，又能够实现井下流量的自动调节，不需要向地面反馈，同时设置流量波反馈数据模块，通过能量较大的流量波传递载体，实现井下采集数据及时准确地上传。

附图说明

图1为本发明的实现分注测调井信号传递的系统的一具体实施例的结构图；

图2为本发明的一具体实施例中井下智能配水器的结构图。

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为本发明的实现分注测调井信号传递的系统的结构图。该实现分注测调井信号传递的系统包括计算机1、地面控制装置2、压力脉冲发生装置3、封隔器4、井下智能配水器5和数据处理装置8组成。

地面控制装置2连接于计算机1，在需要测调时，计算机1向该地面控制装置2发射测调指令，该地面控制装置2将测调指令发送给该压力脉冲发生装置3。

压力脉冲发生装置3位于井口，通过通讯电缆连接于该地面控制装置2，在接收到该测调指令后，压力脉冲发生装置3根据指令要求，产生带有地址码、动作码等信息的压力脉冲信号，并传输给该井下智能配水器5。

井下智能配水器5具有多个，分别位于井下的分层配水管柱上对应每个注水层位处，井下智能配水器5接收压力脉冲信号，将其解码后，控制水嘴电机进行大小调节，同时与目标值的比较，决定是否执行下一轮的调节控制，至此井口至井下配水器的流量调控完成。

井下智能配水器5采集井下的流量、压力、温度等井下信息，当地面需要采集井下的流量、压力、温度等信息时，井下智能配水器5调节该层配水器的水嘴，以此形成一种流量波，通过流量波将井下信息传输给该数据处理装置8。在一实施例中，当需要采集井下的流量、压力、温度等信息时，计算机1向该地面控制装置2发射唤醒指令，该地面控制装置2将唤醒指令发送给该压力脉冲发生装置3，压力脉冲发生装置3根据唤醒指令产生压力脉冲信号，并传输给该井下智能配水器5，井下智能配水器5接收到压力脉冲信号后，采集井下的流量、压力、温度等井下信息，调节该层配水器的水嘴，以此形成一种流量波，通过流量波将井下信息传输给该数据处理装置8。

在另一实施例中，井下智能配水器5定时启动，采集井下的流量、压力、温度等井下信息后，调节该层配水器的水嘴，以此形成一种流量波，通过流量波将井下信息传输给该数据处理装置8。

数据处理装置8连接于该地面控制装置2，将流量波进行编码、滤波、放大后形成载波信号，然后通过注入水将此载波信号传递至地面的地面控制装置2。地面控制装置2通过解码，翻译成开发者需要的信号，随即完成信号的上传。

多个封隔器4将位于井下的分层配水管柱坐封在各个层位上。

井下智能配水器5主要包括反馈控制电机22、流量传感器11、压力传感器12、温度传感器13、信号处理单元21、信号存储单元14、MPU15、反馈控制单元19、调节电机18、运算控制单元16、调节控制电路17、数据处理单元20。

流量传感器11连接于信号储存单元14，采集井下的流量信息，并将流量信息传输给该信号储存单元14。

压力传感器12连接于信号储存单元14，采集井下的压力信息，并将压力信息传输给该信号储存单元14。

温度传感器13连接于信号储存单元14，采集井下的温度信息，并将温度信息传输给该信号储存单元14。

信号储存单元14连接于MPU15和信号处理单元21，存储井下的流量、压力、温度等信息。

信号处理单元21连接于MPU15，信号处理单元21接收MPU15传输过来的地面指令信息，这个指令信息代表要求配水器上传流量信息还是压力信息还是组合信息等，并将地面指令信息分析后传输给该反馈控制电机22。

MPU15按照预定好的编码规则不断地调节水嘴，使之形成能够传递各种信息的连续的二进制波形，形成流量波。

反馈控制电机22同时为调节电机，连接于数据处理装置8和信号处理单元21，根据信号处理单元21传输过来的指令，调节水嘴大小，以此形成一种流量波，通过流量波将井下信息传输给该数据处理装置8。当关闭或者关小配水器水嘴，若关小水嘴，流量较小量尽量在5m³/d以上，此时井筒中的流量会明显小于正常注水时的流量，所述的流量波就是由此时的流量与正常注水时的流量组合构成的，也可以调大水嘴，形成一种能够传递各种信息的流量波形

所述流量波为一组二进制数，并顺序执行指令中的各个二进制数：

当执行二进制数“1”时，所述的信号处理单元不作反应，继续维持正常注水流量，并维持30秒；当执行二进制数“0”时，所述的信号处理单元迅速控制所述的反馈控制电机，关闭或者关小该层配水器水嘴，此时井筒中的流量小于正常注水时的流量，并维持30秒；

所述的信号处理单元21可采取定期唤醒或者人工地面控制通过压力脉冲传递信号激活处理单元的方式发出信号。

数据处理单元20连接于压力脉冲发生装置3，接收压力脉冲发生装置3发送的压力脉冲信号，并将压力脉冲信号解码后形成二进制波形传输给MPU15。

运算控制单元16连接于MPU15，接收地面压力脉冲信号代表的二进制信息，发送控制指令给调节控制电路17。

调节控制电路17连接于运算控制单元16，在运算控制单元16的控制下，控制调节电机的水嘴进行大小调节。

调节电机18将水嘴大小数据传输给反馈控制单元19，反馈控制单元19与目标值的比较，决定是否执行下一轮的调节控制，并将是否再次进行调节控制的信号传输给该运算控制单元16。

电池为井下智能配水器5提供电源支持；

实施过程如下：

在井下的分层配水管柱上对应每个注水层位处装有一个所述的井下智能配水器，层位之间由所述的封隔器分隔，在井口安装所述的压力脉冲发生装置，压力脉冲发生装置通过通讯电缆与所述的地面控制装置连接，当需要测调时，地面控制装置发射指令，所述的脉冲发生装置根据指令要求，产生带有地址码、动作码等信息的压力脉冲信号，传至相应的井下配水器，所述的井下配水器中的数据处理单元将接受的压力脉冲编码信号解码后通过运算控制单元、调节控制电路，控制水嘴电机进行大小调节，同时反馈控制单元根据与目标值的比较，决定是否执行下一轮的调节控制，至此井口至井下配水器的流量调控完成，当地面需要采集井下的流量、压力、温度等信息时，井下配水器的信号处理单元发出指令，反馈控制电机根据指令需求，调节该层配水器的水嘴，以此形成一种流量波，通过数据处理装置不断地编码、滤波、放大后，然后通过注入水将此载波信号传递至地面的地面控制装置，该装置通过解码，翻译成开发者需要的信号，随即完成信号的上传。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。

Claims (3)

1.实现分注测调井信号传递的系统，其特征在于，该实现分注测调井信号传递的系统包括多个井下智能配水器，数据处理装置，地面控制装置和计算机，所述多个井下智能配水器连接于该数据处理装置，分别位于井下的分层配水管柱上对应每个注水层位处，所述井下智能配水器采集井下的流量、压力、温度这些井下信息，并通过调节该层井下智能配水器的水嘴，以此形成流量波，通过流量波将井下信息传输给该数据处理装置，该数据处理装置连接于该地面控制装置，将流量波进行编码、滤波、放大后形成载波信号，然后通过注入水将此载波信号传递至地面的该地面控制装置，该地面控制装置连接于该计算机，通过解码，将载波信号翻译成井下信息信号，并将井下信息信号传输给该计算机；还包括压力脉冲发生装置，该压力脉冲发生装置位于井口，通过通讯电缆连接于该地面控制装置，当需要采集井下的流量、压力、温度这些信息时，该计算机向该地面控制装置发射唤醒指令，该地面控制装置将唤醒指令发送给该压力脉冲发生装置，该压力脉冲发生装置根据唤醒指令产生唤醒压力脉冲信号，并传输给该井下智能配水器，该井下智能配水器接收到唤醒压力脉冲信号后，采集井下的流量、压力、温度这些井下信息，调节该层井下智能配水器的水嘴，以形成流量波；

在需要对水嘴进行测调时，该计算机向该地面控制装置发射测调指令，该地面控制装置将测调指令发送给该压力脉冲发生装置，在接收到测调指令后，该压力脉冲发生装置根据测调指令要求，产生带有地址码、动作码这些信息的测调压力脉冲信号，并传输给该井下智能配水器，该井下智能配水器将测调压力脉冲信号解码后，进行水嘴大小调节，同时与目标值的比较，决定是否执行下一轮的调节控制；

该井下智能配水器包括流量传感器、压力传感器、温度传感器、信号存储单元、MPU和数据处理单元，该流量传感器连接于该信号存储单元，采集井下的流量信息，并将流量信息传输给该信号存储单元，该压力传感器连接于该信号存储单元，采集井下的压力信息，并将压力信息传输给该信号存储单元，该温度传感器连接于该信号存储单元，采集井下的温度信息，并将温度信息传输给该信号存储单元，该信号存储单元连接于该MPU，存储井下的流量、压力、温度这些信息，该数据处理单元连接于该压力脉冲发生装置，接收该压力脉冲发生装置发送的唤醒压力脉冲信号，并将唤醒压力脉冲信号解码后形成唤醒二进制波形传输给该MPU；

该井下智能配水器包括信号处理单元和反馈控制电机，该信号处理单元连接于该MPU，接收该MPU传输过来的唤醒二进制波形，并将唤醒二进制波形分析后传输调节指令给该反馈控制电机，该反馈控制电机同时为调节电机，连接于该数据处理装置和该信号处理单元，根据该信号处理单元传输过来的调节指令，调节水嘴大小，以形成流量波，通过流量波将井下信息传输给该数据处理装置；

该井下智能配水器还包括运算控制单元、调节控制电路、调节电机和反馈控制单元，该数据处理单元接收测调压力脉冲信号，将测调压力脉冲信号解码后形成测调二进制波形传输给该MPU，该运算控制单元连接于该MPU，接收测调二进制波形，根据测调二进制波形发送控制指令给调节控制电路，该调节控制电路连接于该运算控制单元，在该运算控制单元的控制下，控制该调节电机的水嘴进行大小调节，该调节电机连接于该调节控制电路，并将水嘴大小数据传输给该反馈控制单元，该反馈控制单元连接于该调节电机和该运算控制单元，将水嘴大小数据与目标值的比较，决定是否执行下一轮的调节控制，并将是否再次进行调节控制的信号传输给该运算控制单元；

该实现分注测调井信号传递的系统还包括多个封隔器，所述多个封隔器将位于井下的分层配水管柱坐封在各个层位上；

该井下智能配水器定时启动，采集井下的流量、压力、温度这些井下信息后，调节该层井下智能配水器的水嘴，以形成流量波。

2.根据权利要求1所述的实现分注测调井信号传递的系统，其特征在于，该实现分注测调井信号传递的系统采用的流量波为一组二进制数，并顺序执行指令中的各个二进制数：当执行二进制数“1”时，该信号处理单元不作反应，继续维持正常注水流量，并维持30秒；当执行二进制数“0”时，该信号处理单元控制该反馈控制电机，关闭或者关小该层井下智能配水器的水嘴，此时井筒中的流量小于正常注水时的流量，并维持30秒。

3.根据权利要求1所述的实现分注测调井信号传递的系统，其特征在于，该实现分注测调井信号传递的系统还包括多个电池，所述多个电池分别连接于所述多个井下智能配水器，以提供电源支持。

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