CN110145283A - 一种无流量计井下流量自控方法及装置 - Google Patents

一种无流量计井下流量自控方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无流量计井下流量自控方法及装置，装置包括外护筒、长效电池组、存储控制模块、电机、传动轴、水嘴丝杠、水嘴、支撑套及内套筒。无流量计井下流量自控装置的存储控制模块接收压力传感器监测数据；测定水嘴开度，并存储开度数据；建立压差节流模型，将压力、水嘴开度数据带入节流模型模拟，修正节流模型，得出分层流量；将计算值与设置流量对比，调节水嘴开度，进而调节分层流量，直至达到要求。本发明未设计流量计，而是采用水嘴节流经典理论，进行分层流量测试，简化了井下自控装置的结构，提升了工具井下长期使用的可靠性。

Description

一种无流量计井下流量自控方法及装置
技术领域
本发明属于油田智能注水技术领域，具体涉及一种无流量计井下流量自控方法及装置。
背景技术
智能分层注水技术作为第四代分层注水技术，关键技术是分层流量自动测试调节以及井下动态实时监测，为了实现其预设功能，其核心部分即为井下分层流量的准确测试及自动控制结构，前期技术研究主要通过研发不同原理的小型化流量计，如孔板流量计、电磁流量计等。而作为流量测试的关键部分，小型化的流量计在井下高温高压井况条件下，流量测试难度大，且流量精度较地面降低程度大，流量计易堵塞或损坏，且流量精度较地面降低程度大，严重制约了分层流量测试功能的实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无流量计井下流量自控装置，该装置集成了长效电池组、存储控制模块、压力传感器、电机、水嘴等结构，通过测试分层流量、压力等数据，运用井下水嘴节流经验模型，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，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。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种无流量计井下流量自控方法，包括如下步骤：
S01，存储控制模块上端与长效电池组、下端与电机连接，同时与内压传感器、外压传感器连接，接收压力传感器监测数据；
S02，存储控制模块通过水嘴丝杠测定水嘴开度，并将开度数据存储于模块内；
S03，存储控制模块建立压差节流模型，将接收的压力数据、水嘴开度数据，并带入节流模型进行模拟，修正节流模型，进而得出分层流量；
S04，存储控制模块将计算得出的分层流量与设置流量对比分析，若满足合格标准，则不调节水嘴，否则模块发送指令，电机带动传动轴、水嘴丝杠，调节水嘴开度，进而调节分层流量，直至达到合格标准。
进一步，所述步骤S03中，压差节流模型如下：
式中：Q为流量，m3/d；Cd为速度系数，无因次；w为水嘴面积梯度，m；xv为可调水嘴位移量，m；ρ为水密度，kg/m3；P1为嘴前压力，MPa；P2为嘴后压力，MPa。
进一步，所述步骤S04)中，合格标准为流量Q与分层配注量之间的误差小于10％。
本发明进而给出了所述方法采用的无流量计井下流量自控装置，包括外护筒、依次设于外护筒内的长效电池组、存储控制模块、电机和水嘴丝杠，所述水嘴丝杠端部伸入水嘴中，水嘴上分别设有外压取压孔和出水孔；所述水嘴下方设有支撑套及内套筒；支撑套上设有入水孔；所述外压取压孔内安装压力传感器，并与存储控制模块连接。
进一步，所述长效电池组与存储控制模块插接，存储控制模块与电机丝扣连接，同时实现电连接。
进一步，所述电机连接传动轴，传动轴下端与水嘴丝杠连接，水嘴丝杠下端与水嘴固定连接。
进一步，所述外护筒下端与支撑套丝扣连接，实现内部密封。
进一步，所述外护筒上设有内压取压孔。
进一步，所述水嘴采用蝶状结构，水嘴上设有不同调节档位，并设有等效水嘴开度，进而便于所述存储控制模块井下模拟计算，提升水嘴计算调节效率。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
(1)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；
(2)采用蝶状控制水嘴设计，水嘴调节精度高，可控性强；
(3)采用简化配水器结构，大幅降低配水器成本；
(4)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；
(5)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。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为一种无流量计井下流量自控装置示意图；
图2为无流量计井下流量自控流程框图。
附图标记说明：1-外护筒；2-长效电池组；3-存储控制模块；4-内压取压孔；5-电机；6-传动轴；7-水嘴丝杠；8-外压取压孔；9-出水孔；10-水嘴；11-入水孔；12-支撑套；13-内套筒。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明的无流量计井下流量自控装置，包括外护筒1、长效电池组2、存储控制模块3、内压取压孔4、电机5、传动轴6、水嘴丝杠7、外压取压孔8、出水孔9、水嘴10、入水孔11、支撑套12及内套筒13。长效电池组2与存储控制模块3插接，存储控制模块3与电机5丝扣连接，同时实现电连接；电机5与传动轴6连接、传动轴6下端与水嘴丝杠7连接，水嘴丝杠7下端与水嘴10固定连接。长效电池组2、存储控制模块3、内压取压孔4、电机5、传动轴6、水嘴丝杠7套装在外护筒1内，外护筒1下端与支撑套12丝扣连接，实现内部密封。外护筒1上设计有内压取压孔4。支撑套12上设计入水孔11，出水孔9及外压取压孔8，其中外压取压孔8内安装压力传感器，并与存储控制模块连接。内压取压孔4内安装压力传感器，并与存储控制模块连接。该自控装置未设计流量计，而是采用水嘴节流经典理论，进行分层流量测试，简化了井下自控装置的结构，提升了工具井下长期使用的可靠性。
无流量计井下流量自控装置安装于井下配水器内部，进而连接在分注管柱上，实现井下流量分层测试与调节，提升分注工艺的自动控制及测试功能及可靠性。
外护筒需将长效电池组、存储控制模块、内压取压孔、电机、传动轴、水嘴丝杠套装，必须满足井下高压密封，确保井下长期应用。
水嘴采用蝶状设计，细分为不同调节档位，并设计等效水嘴开度，进而便于存储控制模块井下模拟计算，提升水嘴计算调节效率。
长效电池组采用三节锂电池串联而成，必须满足分注井井下应用三年以上。
如图2所示，本发明一种无流量计井下流量自控方法，包括如下步骤：
S01，存储控制模块上端与长效电池组、下端与电机连接，同时与内压传感器、外压传感器连接，接收压力传感器监测数据。
S02，存储控制模块通过水嘴丝杠测定水嘴开度，并将开度数据存储于模块内。
S03，存储控制模块建立压差节流模型，将接收的压力数据、水嘴开度数据，并带入节流模型进行模拟，修正节流模型，进而得出分层流量。
式中：Q为流量，m3/d；Cd为速度系数，无因次；w为水嘴面积梯度，m；xv为可调水嘴位移量，m；ρ为水密度，kg/m3；P1为嘴前压力，MPa；P2为嘴后压力，MPa。
模型的建立过程：P1、P2为井下电子压力计直接测试得出，xv为可调水嘴位移量，是测调时井下控制单元控制结果，w为水嘴面积梯度，ρ为水密度为已知量，因此流量Q是可以得出的。测试过程中，P1、P2、xv是在变化的，因此Q流量也是变化的，为了达到分层配注量要求，就要不断调节xv可调水嘴位移量，不断测试P1嘴前压力、P2嘴后压力，进而得出Q流量，通过大量测试，得出大量数据，从而得到如下图的数据云图。后期自动测试过程中，只需反馈P1嘴前压力、P2嘴后压力，地面控制单元应用人工智能理论，自动匹配出合理的分层流量，并上传到远程控制单元，减少井下到地面传递数据量，减少井下控制单元耗电，延长使用寿命。
S04)存储控制模块将计算得出的分层流量与设置流量对比分析，若满足流量Q与分层配注量之间的误差小于10％，则不调节水嘴，否则模块发送指令，电机带动传动轴、水嘴丝杠，调节水嘴开度，进而调节分层流量，直至达到合格标准。
下面给出实施例来进一步说明本发明。
本实施例对无流量计井下流量自控装置实施过程进行具体说明，上述的存储控制模块上端与长效电池组、下端与电机连接，同时与内压传感器、外压传感器连接，接收压力传感器监测数据。
一是井下动态实时监测：
步骤一：压力传感器通过内压取压孔4和外压取压孔8分别录取水嘴前后压力，并将测试数据存储于存储控制模块内；
步骤二：电机带动传动轴转动，进而通过水嘴丝杠带动水嘴调节，实现水嘴开度变化，最后将水嘴开度值存储于存储控制模块内；
步骤三：上述存储控制模块通过水嘴丝杠测定水嘴开度，并将开度数据存储于模块内。上述存储控制模块建立压差节流模型，将接收的压力数据、水嘴开度数据，并带入节流模型进行模拟，修正节流模型，进而得出分层流量。
二是分层流量自动测试调节
步骤一：在设定配注量下，井下流量自控装置自动打开水嘴，并记录水嘴位移量xv，在注水过程中，压力传感器测试水嘴的嘴前压力P1、嘴后压力P2，进而通过压差节流模型得出此时流量Q。
步骤二：通过下入电磁流量计对比测试，流量误差在10％以内，精度满足要求，将流量数据存储于存储控制模块内。
步骤三：若不满足合格标准，模块发送指令，电机带动传动轴、水嘴丝杠，调节水嘴开度，进而调节分层流量，直至达到合格标准。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种无流量计井下流量自控方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01，无流量计井下流量自控装置的存储控制模块接收压力传感器监测数据；
S02，通过水嘴丝杠测定水嘴开度，并将开度数据存储于模块内；
S03，存储控制模块建立压差节流模型，将接收的压力数据、水嘴开度数据，并带入节流模型进行模拟，修正节流模型，进而得出分层流量；
S04，存储控制模块将计算得出的分层流量与设置流量对比分析，若满足合格标准，则不调节水嘴，否则模块发送指令，电机带动传动轴、水嘴丝杠，调节水嘴开度，进而调节分层流量，直至达到合格标准。
2.根据权利要求1所述的一种无流量计井下流量自控方法，其特征在于，所述步骤S03中，压差节流模型如下：
式中：Q为流量，m3/d；Cd为速度系数，无因次；w为水嘴面积梯度，m；xv为可调水嘴位移量，m；ρ为水密度，kg/m3；P1为嘴前压力，MPa；P2为嘴后压力，MPa。
3.根据权利要求1所述的一种无流量计井下流量自控方法，其特征在于，所述步骤S04中，合格标准为流量Q与分层配注量之间的误差小于10％。
4.一种权利要求1-3任一项所述方法采用的无流量计井下流量自控装置，其特征在于，包括外护筒(1)、依次设于外护筒(1)内的长效电池组(2)、存储控制模块(3)、电机(5)和水嘴丝杠(7)，所述水嘴丝杠(7)端部伸入水嘴(10)中，水嘴(10)上分别设有外压取压孔(8)和出水孔(9)；所述水嘴(10)下方设有支撑套(12)及内套筒(13)；支撑套(12)上设有入水孔(11)；所述外压取压孔(8)内安装压力传感器，并与存储控制模块(3)连接。
5.根据权利要求4所述的无流量计井下流量自控装置，其特征在于，所述长效电池组(2)与存储控制模块(3)插接，存储控制模块(3)与电机(5)丝扣连接，同时实现电连接。
6.根据权利要求4所述的无流量计井下流量自控装置，其特征在于，所述电机(5)连接传动轴(6)，传动轴(6)下端与水嘴丝杠(7)连接，水嘴丝杠(7)下端与水嘴(10)固定连接。
7.根据权利要求4所述的无流量计井下流量自控装置，其特征在于，所述外护筒(1)下端与支撑套(12)丝扣连接。
8.根据权利要求4所述的无流量计井下流量自控装置，其特征在于，所述外护筒(1)上设有内压取压孔(4)。
9.根据权利要求4所述的无流量计井下流量自控装置，其特征在于，所述水嘴(10)采用蝶状结构，水嘴(10)上设有不同调节档位，并设有等效水嘴开度。
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