CN110984927B - 一种自发电式智能无线配水器 - Google Patents
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Abstract
一种自发电式智能无线配水器。包括涡轮压电混合式发电装置、声波收发装置以及温度、压力、流量信号采集和处理系统，以及数控堵塞器；其中，涡轮压电混合式发电装置，用于将注入水的动能通过发电机和压电装置转化为电能；所述声波收发装置用于实现远程无线双向通信；所述数控堵塞器为磁力耦合传动，且可将高扭矩直流电机的触发转化为软启动，将动密封转化为静密封，用来完成对流量出口大小的调节。本种配水器解决了现有注水工艺中需要起注水管柱、无法建立通讯以及无法自供电等问题，可以提高注采效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于油田注水开采领域中的配水器。
背景技术
在油田，油藏按层发布，各层吸水效果差异很大，只有分层注水才能解决各层注水不均衡问题。分层注水工艺进入了智能测调时代，以“桥式偏心+钢管电缆直读测调”为主体的智能化分层注水技术，在油田注水中已得到大规模推广应用，大幅度提高了注水井测调效率，缩短了测调时间。但是，目前的分层注水工艺技术水平仍然面临较多的问题：测调周期逐年缩短、层间矛盾加剧、无法进行油藏模拟等，为了进一步满足生产要求，有必要发展智能化分层注水技术，扩大注入水的波及体积，提高注水驱油效率，实现对注水层的精细控水。
目前，国内智能分注工艺主要有三种：第一种是可投捞式实时监测分层注水工艺技术，主要适用于直井分层注水，配水器可投捞更换，发生故障或更换电池时无须起管柱；第二种是可充电式分层注水工艺技术，可以下人充电设备对电池进行充电，不需要投捞配水器，实现了连续监测、加密测调同期等功能。第三种是预置电缆实时监测分层注水技术，在完井时候将电缆随管柱下人，长期放在井下，地面实时读取数据,并随时调整配水量。
配水器是实现分层注水工艺的核心设备，目前批量投入使用的配水器存在普遍需要投捞配水器芯体、需要起注水管柱、无法建立通讯、无法自供电等难以克服的问题，对生产而言就是作业复杂、成功率低、效率低、成本高、因作业力量不足而无法满足需求等。
发明内容
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种自发电式智能无线配水器，解决了注水工艺中需要起注水管柱、无法建立通讯、无法自供电等问题，大大提高注采效率。
本发明的技术方案是：该种自发电式智能无线配水器包括：上接头、发电装置、连接主体、中心管、涡街流量计、数控堵塞器、电池组、下接头、温度传感器、上压力传感器、下压力传感器、控制板、声波收发装置。其中发电装置一端与上接头螺纹连接，另一端与连接主体螺纹连接，连接主体与下接头通过外套筒实现连接固定，两端连接处通过螺纹和O型圈的组合实现密封固定，并将中心管和涡街流量计在二者之间压紧，中心管和涡街流量计两端设有密封圈完成其密封，在外套筒与中心管中间形成环形密封腔体，温度传感器、控制板、下压力传感器依次通过螺纹连接固定在下接头端面上，上压力传感器、声波收发装置、电池组依次通过螺纹连接固定在连接主体下端面上。
所述发电装置包括：中心流管、固定叶轮、发电组外壳、旋转叶轮、压电拨片、压电触头、发电机齿轮、主动齿轮、发电机。其中，上接头与发电组外壳203螺纹连接，发电组外壳与连接主体螺纹连接；中心流管与连接主体螺纹连接并插接在上接头上，固定叶轮叶片如图3所示内封装有压电陶瓷板如图4所示并焊接在固定叶轮的管壁上，固定叶轮与中心流管焊接在一起，液流通过冲击固定叶轮激励压电陶瓷板产生电能；旋转叶轮底部设有主动齿轮，主动齿轮与发电机齿轮啮合，发电机插套在连接主体上的三号孔和四号孔上，固定发电机；旋转叶轮中部设有压电触头，安装时，压电触头通过压迫压电拨片底部使其弯曲变形，压电拨片内设有压电陶瓷安装孔，压电陶瓷片如图7所示依次插入压电陶瓷安装孔，密封环如图8所示通过焊接将压电陶瓷密封在压电拨片内，压电拨片通过双头螺栓固定在连接主体上；工作时，液流经过固定叶轮后形成稳定流场，通冲击旋转叶轮使其转动，并带动发电机上的电机齿轮转动，使发电机发电，与此同时，压电触头绕中心轴线转动依次拨动压电拨片使其振动产生电能，最终液流一部分通过出水口进入中心流道，另一部分进入涡街流量计管道通向堵塞器。
所述涡街流量计包括涡街流量计管道、安装主体、O型圈组、涡街探头、卡套式管螺母。安装主体上设有安装涡街探头孔，安装孔中开有四个密封沟槽，涡街探头安装时涡街探头圆柱表面与O型圈形成柔性密封，另外四组O型圈可以防止涡街探头与安装孔刚性接触，直接避免了安装主体振动对涡街探头产生的影响；安装主体上设有定位槽，涡街探头上设有定位平面，涡街探头安装时，定位槽与定位平面通过过盈配合，保证涡街探头振片窄面垂直于水流方向，再将卡套式管螺母与安装主体的螺纹段拧紧配合，将涡街探头压紧固定，完成对涡街探头的定位安装；安装主体焊接在涡街流量计管道上的安装槽内，在安装槽上设有涡街探头孔和直槽孔，分别对应安装主体上涡街探头和旋涡发生体的位置。
所述磁耦合传动数控堵塞器是由上压头、堵塞器主体、钛合金轴、永磁片固定套、联轴器、十字槽半沉头螺钉、高扭矩直流电机外壳、阀套、内六角花形半沉头螺钉、阀芯、胶圈、金属挡圈、传动轴、永磁片、减速器、高扭矩直流电机、绝对值编码器、永磁铁。其中磁耦合传动装置中，堵塞器主体与钛合金轴采用螺纹连接，并用O形圈组实现静密封；永磁片固定套的六个安装孔中依次各装有1个永磁片，并用强力胶封装固定，一端通过联轴器与减速器输出轴连接，永磁片固定套的套孔套放在钛合金轴上，二者为间隙配合；其中在堵塞器主体中，永磁轴和传动轴采用榫卯结构连接，传动轴设有卯孔，永磁轴一端设有榫轴，工作时高扭矩电机带动永磁片固定套转动，永磁轴在永磁片固定套内强磁场的作用下转动；上压头与堵塞器主体采用螺纹连接，堵塞器主体和阀套采用过渡配合，阀套上端与胶圈侧嵌套配合，金属挡圈与胶圈另一侧嵌套配合，堵塞器主体上设置有定位轴肩；安装时，通过上压头将阀套、胶圈、金属挡圈轴向固定在堵塞器主体内，用一字定位螺钉穿过堵塞器主体上的定位孔进入阀套上的定位孔实现阀套的径向定位。阀芯与传动轴采用螺钉连接，阀套和阀芯采用间隙配合，阀芯运动至胶圈处与胶圈紧配，实现出水口全闭；传动轴上半部分设计有传动螺纹，与堵塞器主体螺纹孔螺纹配合，数控堵塞器工作时，此结构将堵塞器传动轴转动转换为阀芯的直线运动，从而达到调节阀芯和阀套间的节流口面积对流量进行调节；高扭矩直流电机固定在高扭矩电机外壳内，高扭矩电机外壳通过焊接方式固定在中心管上，继而实现对高扭矩直流电机的固定，高扭矩直流电机输出端连有减速器，用于提高输出扭矩，高扭矩直流电机尾部装有绝对值编码器，用于记录高扭矩电机转动圈数，间接确定阀芯位置。液流从堵塞器主体上的进水孔流入数控堵塞器，经过金属挡圈、胶圈、流量阀组件后，由出水口流出。
所述声波收发装置通过螺纹连接固定在连接主体上，其内部包括声发射转换模块和声波接收模块，工作时，井下温度、压力、流量信号通过声发射转换模块将电信号转换成声信号，沿注水管柱实时地将信号传输到井上；同时，井上传输至井下的声波信号可由声波接收模块转换成电信号输入单片机控制板内，经过单片机处理完成对井下执行部件的控制，最终实现井上井下双向远程无线通讯。
本发明具有如下有益效果：
本发明中信号以注水管住作为通讯媒介，利用声波远程无线双向通讯，实现了井上井下数据的实时传输；并且通过井下涡轮压电式自发电装置，不仅能够为井下配水器中各路传感器和控制板提供电能，更解决了声波收发装置高电能消耗的问题；采用磁力耦合传动技术，将动密封转化为静密封，避免了复杂的动密封结构和加工成本问题，大大降低了密封难度，并且将高扭矩直流电机的触发转化为软启动，提高了系统安全性和可靠性。分层注采时，通过本发明提供的配水器可以实时观测井下流量、温度、压力信号，从而完成判断封隔器座封情况和实时测调注水流量作业，并且通过智能控制系统可以实现井下注采数据的存储和采集，并完成自适应流量调节。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中的发电装置结构示意图。
图3是图2中固定叶轮的叶片。
图4是放入图3叶片中的压电陶瓷板。
图5是图1中的连接主体。
图6是连接主题与压电拨片的结构示意图。
图7是放入图6压电拨片中的压电陶瓷片。
图8是本发明密封环的零件图。
图9是本发明发电装置的流道示意图。
图10图1中涡街流量计的结构示意图。
图11是图10涡街流量计的剖视图。
图12是图11中安装主体的结构示意图。
图13是图1中涡街探头的结构示意图。
图14是图11中涡街流量计管道的结构示意图。
图15是图11中的卡套式管螺母零件图。
图16是图1中数控堵塞器的结构示意图。
图17是图16数控堵塞器的剖视图。
图18是图16中堵塞器主体的零件图。
图19是图17中阀套的零件图。
图20是图1中声波收发装置的远程双向无线通讯示意图。
图中：上接头-1、发电装置-2、连接主体-3、中心管-4、涡街流量计-5、数控堵塞器-6、电池组-7、下接头-8、温度传感器-9、上压力传感器-10、下压力传感器-11、控制板-12、声波收发装置-13、外套筒-14、中心流管-201、固定叶轮-202、发电组外壳-203、旋转叶轮-204、压电拨片-205、压电触头-206、发电机齿轮-207、主动齿轮-208、发电机-209、三号孔-210、四号孔-211、双头螺栓-212、出水口-213、中心流道-214、涡街流量计管道-215、压电陶瓷安装孔-216、涡街流量计管道-501、安装主体-502、O型圈组-503、涡街探头-504、卡套式管螺母-505、涡街探头圆柱表面-506、安装孔-507、定位槽-508、定位平面-509、涡街探头振片窄面-510、水流方向-511、涡街探头孔-513、直槽孔-514、旋涡发生器-515、安装槽-516、上压头-601、堵塞器主体-602、钛合金轴--603、永磁片固定套604、联轴器--605、十字槽半沉头螺钉606、高扭矩直流电机外壳-607、阀套-608、内六角花形半沉头螺钉-609、阀芯-610、胶圈--611、金属挡圈-612、传动轴613、永磁片--614、减速器-615、高扭矩直流电机-616、绝对值编码器-617、永磁铁-618、O型圈组--619、定位轴肩620、出水口--621、进水孔622、定位孔-623、阀套上的定位孔-624。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本发明部件包括：上接头1、发电装置2、连接主体3、中心管4、涡街流量计5、数控堵塞器6、电池组7、下接头8、温度传感器9、上压力传感器10、下压力传感器11、控制板12、声波收发装置13、外套筒14。其中发电装置2一端与上接头1螺纹连接，另一端与连接主体3螺纹连接，连接主体3与下接头8通过外套筒14实现连接固定，两端连接处通过螺纹和O型圈的组合实现密封固定，并将中心管4和涡街流量计5在二者之间压紧，中心管4和涡街流量计5两端设有密封圈完成其密封，在外套筒14与中心管4中间形成环形密封腔体，温度传感器9、控制板12、下压力传感器11依次通过螺纹连接固定在下接头8端面上，上压力传感器10、声波收发装置13、电池组7依次通过螺纹连接固定在连接主体3下端面上。
所述发电装置包括：中心流管201、固定叶轮202、发电组外壳203、旋转叶轮204、压电拨片205、压电触头206、发电机齿轮207、主动齿轮208、发电机209。其中，上接头1与发电组外壳203螺纹连接，发电组外壳203与连接主体3螺纹连接；中心流管201与连接主体3螺纹连接并插接在上接头1上，固定叶轮202叶片如图3所示内封装有压电陶瓷板如图4所示并焊接在固定叶轮202的管壁上，固定叶轮202与中心流管201焊接在一起，液流通过冲击固定叶轮202激励压电陶瓷板产生电能；旋转叶轮204底部设有主动齿轮208，主动齿轮208与发电机齿轮207啮合，发电机209插套在连接主体3上的三号孔210和四号孔211上，固定发电机209；旋转叶轮204中部设有压电触头206，安装时，压电触头206通过压迫压电拨片205底部使其弯曲变形，压电拨片205内设有压电陶瓷安装孔，压电陶瓷片如图7所示依次插入压电陶瓷安装孔216，密封环如图8所示通过焊接将压电陶瓷密封在压电拨片205内，压电拨片205通过双头螺栓212固定在连接体上；工作时，液流经过固定叶轮202后形成稳定流场，通冲击旋转叶轮204使其转动，并带动发电机209上的电机齿轮207转动，使发电机发电，与此同时，压电触头206绕中心轴线转动依次拨动压电拨片205使其振动产生电能，最终液流一部分通过出水口213进入中心流道214，另一部分进入涡街流量计管道215通向堵塞器6。
所述涡街流量计5包括：涡街流量计管道501、安装主体502、O型圈组503、涡街探头504、卡套式管螺母505。安装主体502上设有安装涡街探头孔513，安装孔中开有四个密封沟槽，涡街探头504安装时涡街探头圆柱表面506与O型圈形成柔性密封，另外四组O型圈可以防止涡街探头504与安装孔507刚性接触，直接避免了安装主体502振动对涡街探头504产生的影响；安装主体502上设有定位槽508，涡街探头504上设有定位平面509，涡街探头504安装时，定位槽508与定位平面509通过过盈配合，保证涡街探头振片窄面510垂直于水流方向511，再将卡套式管螺母505与安装主体502的螺纹段拧紧配合，将涡街探头504压紧固定，完成对涡街探头504的定位安装；安装主体502焊接在涡街流量计管道501上的安装槽516内，在安装槽516上设有涡街探头孔512和直槽孔514，分别对应安装主体502上涡街探头504和旋涡发生体515的位置。
所述磁耦合传动数控堵塞器6是由上压头601、堵塞器主体602、钛合金轴603、永磁片固定套604、联轴器605、十字槽半沉头螺钉606、高扭矩直流电机外壳607、阀套608、内六角花形半沉头螺钉609、阀芯610、胶圈611、金属挡圈612、传动轴613、永磁片614、减速器615、高扭矩直流电机616、绝对值编码器617、永磁铁618。其中磁耦合传动装置中，堵塞器主体602与钛合金轴603采用螺纹连接，并用O形圈组619实现静密封；永磁片固定套604的六个安装孔中依次各装有1个永磁片614，并用强力胶封装固定，一端通过联轴器605与减速器输出轴625连接，永磁片固定套604的套孔套放在钛合金轴603上，二者为间隙配合；其中在堵塞器主体602中，永磁轴618和传动轴613采用榫卯结构连接，传动轴613设有卯孔，永磁轴618一端设有榫轴，工作时高扭矩电机616带动永磁片固定套604转动，永磁轴618在永磁片固定套604内强磁场的作用下转动；上压头601与堵塞器主体602采用螺纹连接，堵塞器主体602和阀套608采用过渡配合，阀套608上端与胶圈611侧嵌套配合，金属挡圈612与胶圈611另一侧嵌套配合，堵塞器主体602上设置有定位轴肩620；安装时，通过上压头601将阀套608、胶圈611、金属挡圈612轴向固定在堵塞器主体602内，用一字定位螺钉626穿过堵塞器主体上的定位孔623进入阀套608上的定位孔624实现阀套608的径向定位。阀芯610与传动轴613采用螺钉连接，阀套608和阀芯610采用间隙配合，阀芯610运动至胶圈611处与胶圈611紧配，实现出水口621全闭；传动轴613上半部分设计有传动螺纹，与堵塞器主体602螺纹孔螺纹配合，数控堵塞器6工作时，此结构将堵塞器传动轴613转动转换为阀芯610的直线运动，从而达到调节阀芯610和阀套608间的节流口面积对流量进行调节；高扭矩直流电机616固定在高扭矩电机外壳607内，高扭矩电机外壳607通过焊接方式固定在中心管4上，继而实现对高扭矩直流电机616的固定，高扭矩直流电机616输出端连有减速器615，用于提高输出扭矩，高扭矩直流电机616尾部装有绝对值编码器617，用于记录高扭矩电机转动圈数，间接确定阀芯610位置。液流从堵塞器主体602上的进水孔622流入数控堵塞器6，经过金属挡圈612、胶圈611、流量阀组件后，由出水口621流出。
所述声波收发装置13通过螺纹连接固定在连接主体3上，其内部包括声发射转换模块和声波接收模块。
模块（包括声波发射和接受）选取型号：ADXL103。ADXL203是一款双轴、低噪声、温度稳定型加速度计。ADXL203的尺寸很小，可以轻松将加速度计安装在现有系统上而不需要额外硬件，并且对系统和加速度计的性能影响极小。生产公司：Analog Devices(简称ADI)。产品信息：在单芯片IC上实现高性能、单轴加速度计； 5 mm × 5 mm × 2 mm LCC 封装；分辨率：1 mg (60 Hz)；低功耗：700 µA（VS = 5 V 典型值）； 高零偏稳定性； 高灵敏度精度；温度范围：–40°C至+125°C；X轴和Y轴对齐精度：0.1°（典型值）；利用单个电容调整带宽；单电源供电；抗冲击能力：3500 g ； 符合RoHS标准。
工作时，井下温度、压力、流量信号通过声发射转换模块将电信号转换成声信号，沿注水管柱实时地将信号传输到井上；同时，井上传输至井下的声波信号可由声波接收模块转换成电信号输入单片机控制板内，经过单片机处理完成对井下执行部件的控制，最终实现井上井下双向远程无线通讯。
本发明中信号以注水管柱作为通讯媒介，利用声波远程无线双向通讯，实现了井上井下数据的实时传输；并且通过井下涡轮压电式自发电装置，不仅能够为井下配水器中各路传感器和控制板提供电能，更解决了声波收发装置高电能消耗的问题；采用磁力耦合传动技术，将动密封转化为静密封，避免了复杂的动密封结构和加工成本问题，大大降低了密封难度，并且将高扭矩直流电机的触发转化为软启动，提高了系统安全性和可靠性。分层注采时，通过本发明提供的配水器可以实时观测井下流量、温度、压力信号，从而完成判断封隔器座封情况和实时测调注水流量作业，并且通过智能控制系统可以实现井下注采数据的存储和采集，并完成自适应流量调节。
Claims (1)
1.一种自发电式智能无线配水器，包括上接头(1)、下接头(8)、外套筒(14)、连接主体(3)以及中心管(4)，其特征在于：所述配水器还包括发电装置(2)、涡街流量计(5)、数控堵塞器(6)、电池组(7)、温度传感器(9)、上压力传感器(10)、下压力传感器(11)、控制板(12)以及声波收发装置(13)；
其中，所述发电装置包括中心流管(201)、固定叶轮(202)、发电组外壳(203)、旋转叶轮(204)、压电拨片(205)、压电触头(206)、发电机齿轮(207)、主动齿轮(208)、发电机(209)；其中，上接头(1)与发电组外壳(203)螺纹连接，发电组外壳(203)与连接主体(3)螺纹连接；中心流管(201)与连接主体(3)螺纹连接并插接在上接头(1)上，固定叶轮(202)叶片内封装有压电陶瓷板并焊接在固定叶轮(202)的管壁上，固定叶轮(202)与中心流管(201)焊接在一起，液流通过冲击固定叶轮(202)激励压电陶瓷板产生电能；旋转叶轮(204)底部设有主动齿轮(208)，主动齿轮(208)与发电机齿轮(207)啮合，发电机(209)插套在连接主体(3)上的三号孔(210)和四号孔(211)上，固定发电机(209)；旋转叶轮(204)中部设有压电触头(206)；安装时，压电触头(206)通过压迫压电拨片(205)底部使其弯曲变形，压电拨片(205)内设有压电陶瓷安装孔(216)，压电陶瓷片依次插入压电陶瓷安装孔(216)，密封环通过焊接将压电陶瓷片密封在压电拨片(205)内，压电拨片(205)通过双头螺栓(212)固定在连接主体(3)上；液流一部分通过出水口(213)进入中心流道(214)，另一部分进入涡街流量计管道(215)通向数控堵塞器(6)；
所述涡街流量计(5)包括涡街流量计管道(501)、安装主体(502)、O型圈组(503)、涡街探头(504)以及卡套式管螺母(505)；安装主体(502)上设有安装涡街探孔，安装涡街探孔中开有四个密封沟槽，涡街探头(504)安装时涡街探头圆柱表面(506)与O型圈形成柔性密封，四组O型圈可以防止涡街探头(504)与安装孔(507)刚性接触，直接避免了安装主体(502)振动对涡街探头(504)产生的影响；安装主体(502)上设有定位槽(508)，涡街探头(504)上设有定位平面(509)，涡街探头(504)安装时，定位槽(508)与定位平面(509)通过过盈配合，保证涡街探头振片窄面(510)垂直于水流方向(511)，再将卡套式管螺母(505)与安装主体(502)的螺纹段拧紧配合，将涡街探头(504)压紧固定，完成对涡街探头(504)的定位安装；安装主体(502)焊接在涡街流量计管道(501)上的安装槽(516)内，在安装槽(516)上设有涡街探头孔(512)和直槽孔(514)，分别对应安装主体(502)上涡街探头(504)和旋涡发生体(515)的位置；
所述数控堵塞器(6)采用磁耦合传动，包括上压头(601)、堵塞器主体(602)、钛合金轴(603)、永磁片固定套(604)、联轴器(605)、十字槽半沉头螺钉(606)、高扭矩直流电机外壳(607)、阀套(608)、内六角花形半沉头螺钉(609)、阀芯(610)、胶圈(611)、金属挡圈(612)、传动轴(613)、永磁片(614)、减速器(615)、高扭矩直流电机(616)、绝对值编码器(617)以及永磁铁(618)；其中堵塞器主体(602)与钛合金轴(603)采用螺纹连接，并用O形圈组(619)实现静密封；永磁片固定套(604)的六个安装孔中依次各装有1个永磁片(614)，并用强力胶封装固定，一端通过联轴器(605)与减速器输出轴(625)连接，永磁片固定套(604)的套孔套放在钛合金轴(603)上，二者为间隙配合；其中在堵塞器主体(602)中，永磁铁 (618)和传动轴(613)采用榫卯结构连接，传动轴(613)设有卯孔，永磁铁 (618)一端设有榫轴；上压头(601)与堵塞器主体(602)采用螺纹连接，堵塞器主体(602)和阀套(608)采用过渡配合，阀套(608)上端与胶圈(611)侧嵌套配合，金属挡圈(612)与胶圈(611)另一侧嵌套配合，堵塞器主体(602)上设置有定位轴肩(620)；安装时，通过上压头(601)将阀套(608)、胶圈(611)、金属挡圈(612)轴向固定在堵塞器主体(602)内，用一字定位螺钉(626)穿过堵塞器主体上的定位孔(623)进入阀套(608)上的定位孔(624)实现阀套(608)的径向定位；阀芯(610)与传动轴(613)采用螺钉连接，阀套(608)和阀芯(610)采用间隙配合，阀芯(610)运动至胶圈(611)处与胶圈(611)紧配，实现出水口(621)全闭；传动轴(613)上半部分有传动螺纹，与堵塞器主体(602)螺纹孔螺纹配合，数控堵塞器(6)工作时，此结构将堵塞器传动轴(613)转动转换为阀芯(610)的直线运动，从而达到调节阀芯(610)和阀套(608)间的节流口面积对流量进行调节；高扭矩直流电机(616)固定在高扭矩直流电机外壳(607)内，高扭矩直流电机外壳(607)通过焊接方式固定在中心管(4)上，继而实现对高扭矩直流电机(616)的固定，高扭矩直流电机(616)输出端连有减速器(615)，高扭矩直流电机(616)尾部装有绝对值编码器(617)，间接确定阀芯(610)位置；
所述声波收发装置(13)通过螺纹连接固定在连接主体(3)上，其内部包括声发射转换模块和声波接收模块；工作时，井下温度、压力、流量信号通过声发射转换模块将电信号转换成声信号，沿注水管柱实时地将信号传输到井上；同时，井上传输至井下的声波信号可由声波接收模块转换成电信号输入单片机控制板内，经过单片机处理完成对井下执行部件的控制，最终实现井上井下双向远程无线通讯；
所述发电装置(2)一端与上接头(1)螺纹连接，另一端与连接主体(3) 螺纹连接，连接主体(3)与下接头(8)通过外套筒(14)实现连接固定，两端连接处通过螺纹和O型圈的组合实现密封固定，并将中心管(4)和涡街流量计(5)在二者之间压紧；中心管(4)和涡街流量计(5)两端设有密封圈完成其密封，在外套筒(14)与中心管(4)中间形成环形密封腔体，温度传感器(9)、控制板(12)、下压力传感器(11)依次通过螺纹连接固定在下接头(8)端面上，上压力传感器(10)、声波收发装置(13)、电池组(7)依次通过螺纹连接固定在连接主体(3)下端面上。
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| CN117189050B (zh) * | 2023-10-10 | 2024-04-26 | 安徽金大仪器有限公司 | 一种模块化流量配水装置 |
| CN117595604B (zh) * | 2024-01-18 | 2024-04-12 | 东营千禧龙科工贸有限公司 | 一种管道用振动发电机 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101334301A (zh) * | 2008-06-24 | 2008-12-31 | 上海星空自动化仪表有限公司 | 新型涡街流量计 |
| CN101871340A (zh) * | 2010-06-18 | 2010-10-27 | 杨忠芳 | 超声波测控配水装置 |
| CN104612670A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-05-13 | 东营市天庚石油技术有限公司 | 一种石油钻井用磁传动隔离式泥浆压力波快速数据传输装置 |
| CN106050201A (zh) * | 2016-08-09 | 2016-10-26 | 中国海洋石油总公司 | 可实现井下流量、压力和温度监测的无缆式分层注水方法 |
| CN108005623A (zh) * | 2018-01-17 | 2018-05-08 | 大庆市天德忠石油科技有限公司 | 井下智能配水器 |
| CN109083623A (zh) * | 2018-08-23 | 2018-12-25 | 东北石油大学 | 井下分层注水流量智能调节系统 |
| CN109372492A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-02-22 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种集成无线通讯和电磁流量计的智能配水器及使用方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2552426A (en) * | 2015-03-31 | 2018-01-24 | Halliburton Energy Services Inc | Actuator controlled variable flow area stator for flow splitting in down-hole tools |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101334301A (zh) * | 2008-06-24 | 2008-12-31 | 上海星空自动化仪表有限公司 | 新型涡街流量计 |
| CN101871340A (zh) * | 2010-06-18 | 2010-10-27 | 杨忠芳 | 超声波测控配水装置 |
| CN104612670A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-05-13 | 东营市天庚石油技术有限公司 | 一种石油钻井用磁传动隔离式泥浆压力波快速数据传输装置 |
| CN106050201A (zh) * | 2016-08-09 | 2016-10-26 | 中国海洋石油总公司 | 可实现井下流量、压力和温度监测的无缆式分层注水方法 |
| CN108005623A (zh) * | 2018-01-17 | 2018-05-08 | 大庆市天德忠石油科技有限公司 | 井下智能配水器 |
| CN109083623A (zh) * | 2018-08-23 | 2018-12-25 | 东北石油大学 | 井下分层注水流量智能调节系统 |
| CN109372492A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-02-22 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种集成无线通讯和电磁流量计的智能配水器及使用方法 |
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