CN110608026B - 基于压力波通信的井下多级压裂智能滑套控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于压力波通信的井下多级压裂智能滑套控制系统及方法，包括地面控制装置和压裂滑套控制终端，其中，地面控制装置包括控制阀和与控制阀外接的控制阀系统，控制阀的开度状态通过控制阀系统自动控制，使得井筒内产生符合编码的特定压力波信号;压裂滑套控制终端包括监测单元、解码单元和执行单元，所述压力波信号监测单元检测井筒内压力波动信号，并通过解码单元读取压力波中包含的信息，控制执行单元做出相应的动作。通过该方法，使得多级多簇分段压裂的油气井中，每一级的压裂滑套可以被独立控制分别实现压裂滑套打开和关闭动作，施工人员可以根据需要，实施对特定产层开展精准压裂。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气钻采领域，尤其涉及一种基于压力波通信的井下多级压裂智能滑套控制系统及方法。
背景技术
压裂技术作为一种增产的重要手段，广泛应用于石油天然气的开采，为了产生更多有效的压裂缝网，形成更多石油与天然气有效的流通通道，分段压裂技术应运而生。传统的封隔器与滑套配合的压裂技术，压裂一级投一次封堵球，打开一个滑套，完成一级水力压裂，压裂下一级采用更小尺寸的封堵球打开滑套。由于受井眼尺寸的限制，压裂级数受到的限制。随着产层的渗透率越来越低，需要压裂改造的级数需要不断增加，因此传统的压裂滑套的局限性也显得尤为明显，传统的压裂滑套结构繁琐，操作复杂。
发明内容
发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于压力波通信的井下多级压裂智能滑套控制系统及方法，每一级压裂滑套都可以被独立控制，在开启或关闭某一级滑套的时候，不影响其余滑套的动作，可以根据施工人员的需求，对任意井段组合进行滑套控制及压裂操作，实现精确、高效压裂的目的。
一种基于压力波通信的井下多级压裂智能滑套控制系统，包括地面控制装置和压裂滑套控制终端，所述地面控制装置将包含编码信息的压力波信号传输至井下的压裂滑套控制终端，其中，地面控制装置包括控制阀和与控制阀外接的控制阀系统，控制阀的开度状态通过控制阀系统自动控制，使得井筒内产生符合编码的特定压力波信号; 压裂滑套控制终端包括监测单元、解码单元和执行单元，所述监测单元检测井筒内压力波动信号，并通过解码单元读取压力波中包含的信息，控制执行单元做出相应的动作。
进一步地，所述地面控制装置还包括压裂泵组、阀门组、压力波信号发射泵、管汇和井口，所述阀门组设置于连接裂泵组和压力波信号发射泵的管汇。
进一步地，所述地面控制系统的组合方式为压裂泵组、压力波信号发射泵、控制阀和井口依次串联，其中，控制阀为节流式。
进一步地，所述地面控制系统的组合方式为压裂泵组、压力波信号发射泵、井口和控制阀依次串联，控制阀为泄压式。
进一步地，所述压力波信号发射泵采用压裂车、水泥车或者泥浆泵中的一种或多种。
一种基于压力波通信的井下多级压裂智能滑套控制方法，包括如下步骤：
地面控制系统在压力波信号发射泵小排量运行时，控制阀系统按照设定的编码操纵控制阀的开度有规律变化，产生含编码信息的压力波信号；
压裂滑套控制终端接收地面控制系统发射的压力波信号，判断编码信息是否与本级滑套的预设信息匹配。
进一步地，所述编码信息包括地址信息和动作信息。
进一步地，所述判断编码信息是否与本级滑套的预设信息匹配包括如下步骤：
S1：监测单元将压力波信号中的编码信息传输至解码单元解码；
S2：解码单元获取地址码和操作码信息，并与本级压裂滑套的地址进行匹配；
S3：若匹配成功，控制执行单元执行操作码动作；
S4：若匹配失败，保持压裂滑套现有状态。
发明的有益效果包括如下：
1.本发明的控制阀通过预先设定的编码方法，以压裂液或者其他液体作为介质，将信息转化为液体压力波动的形式传递至井下压裂滑套，避免使用线缆、管线或者投球的方式进行信息传送，降低了压裂作业前期工作的复杂程度；
2. 压裂滑套控制终端，包括: 监测单元、解码单元以及执行单元，其中压力检测单元用于检测井筒内的压力波动，解码单元对压力波信号中的所包含的地址信息和动作信息进行解码，并匹配压力波中的地址和本地地址，匹配成功后向动作执行单元发送压力波中的操作信息的指令，使得包含在压力波中的操作信息在智能压裂滑套中得到解析与动作体现；
3. 压裂滑套控制终端的动作执行单元包含内置的液压或机械运动系统（例如液压推动或丝杆推动，包括但不限于此）以及独立电源，使得滑套的运动更易被操作，同时也方便施工人员对多个滑套独立控制；
4. 根据预设的编码方法，自动控制控制阀开度变化进而产生压力波序列，压力波中携带着信息包括地址信息和操作信息传播至井下的智能滑套，使得施工人员可以在远程精确控制每个智能压裂滑套的运动和状态。
附图说明
图1是本发明的节流式控制方案示意图；
图2是本发明的溢流式控制方案示意图；
图3是本发明的控制流程图。
具体实施方式
为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明发明的具体实施方式。
本实施例中，如图1和图2所示，一种基于压力波通信的井下多级压裂智能滑套控制系统及方法，地面控制装置中的控制阀6安装在压力波信号发射泵4与井口8之间或者井口8下游，压裂泵组2作业前，通过压力波信号发射泵4小排量运行，控制泄压式控制阀6或者节流式控制阀6的按指定序列开度变化，在井筒内产生压力变化并发射压力波。
人员根据施工需要，将滑套的地址和操作按照编码器进行编码，通过控制阀控制系统7，让控制阀的开度在一定时间内进行特定系列的变大、减小、打开或关闭动作，井筒内将形成以压裂液或其他流体介质为载体的压力波。通过控制阀控制系统7，对控制阀6的开度状态进行自动控制，并形成特定的压力波并随流体介质传至井下。
所述压力波中携带了地址信息和动作信息随压裂介质流经每一级智能压裂滑套。
压裂滑套9的监测单元检测井筒内压力波动，并将数据传输至解码单元对压力波中所携带的地址信息和动作信息进行解码。
若地址信息与该智能压裂滑套匹配，则发送指令至动作执行系统控制滑套打开、关闭、增加或者减小开度等操作信息；若地址信息与该智能压裂滑套不匹配，则保持原先的状态，使得地面操作人员可对每级智能压裂滑套进行独立控制，提高压裂精度和效率。
以上显示和描述了发明的基本原理和主要特征和发明的优点。本行业的技术人员应该了解，发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明发明的原理，在不脱离发明精神和范围的前提下，发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种基于压力波通信的井下多级压裂智能滑套控制系统，其特征在于，包括地面控制装置（1）和压裂滑套控制终端（9），所述地面控制装置（1）将包含编码信息的压力波信号传输至井下的压裂滑套控制终端（9），其中，地面控制装置（1）包括控制阀（6）和与控制阀（6）外接的控制阀系统（7），所述地面控制装置（1）还包括压裂泵组（2）、阀门组(3)、压力波信号发射泵（4）、管汇（5）和井口（8），所述阀门组（3）设置于连接压裂泵组（2）和压力波信号发射泵（4）的管汇，控制阀（6）的开度状态通过控制阀系统（7）自动控制，使得井筒内产生符合编码的特定压力波信号，所述压力波中携带了地址信息和动作信息随压裂介质流经每一级智能压裂滑套；压裂滑套控制终端（9）包括监测单元、解码单元和执行单元，所述监测单元检测井筒内压力波信号，并通过解码单元读取压力波中包含的信息，控制执行单元做出相应的动作；若地址信息与该智能压裂滑套的预设信息匹配，则发送指令至动作执行单元控制滑套打开、关闭、增加或者减小开度；若地址信息与该智能压裂滑套的预设信息不匹配，则保持原先的状态，使得地面操作人员可对每级智能压裂滑套进行独立控制，提高压裂精度和效率。
2.根据权利要求1所述的一种基于压力波通信的井下多级压裂智能滑套控制系统，其特征在于，所述地面控制装置（1）的组合方式为压裂泵组（2）、压力波信号发射泵（4）、控制阀（6）和井口（8）依次串联，其中，控制阀（6）为节流式。
3.根据权利要求1所述的一种基于压力波通信的井下多级压裂智能滑套控制系统，其特征在于，所述地面控制装置（1）的组合方式为压裂泵组（2）、压力波信号发射泵（4）、井口（8）和控制阀（6）依次串联，控制阀（6）为泄压式。
4.根据权利要求1所述的一种基于压力波通信的井下多级压裂智能滑套控制系统，其特征在于，所述压力波信号发射泵（4）采用泥浆泵。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种基于压力波通信的井下多级压裂智能滑套控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
地面控制装置在压力波信号发射泵小排量运行时，控制阀系统按照设定的编码操纵控制阀的开度有规律变化，产生含编码信息的压力波信号，所述编码信息包括地址信息和动作信息；
压裂滑套控制终端接收地面控制装置发射的压力波信号，判断地址信息是否与本级滑套的预设信息匹配。
6.根据权利要求5所述的控制方法，所述判断地址信息是否与本级滑套的预设信息匹配包括如下步骤：
S1：监测单元将压力波信号中的编码信息传输至解码单元解码；
S2：解码单元获取地址码和操作码信息，并与本级智能压裂滑套的地址进行匹配；
S3：若匹配成功，控制执行单元执行操作码动作；
S4：若匹配失败，保持智能压裂滑套现有状态。
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