CN111042781A - 一种智能配水器及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种智能配水器及其使用方法，包括上接头、外护筒和下接头，外护筒内设有过流通道，过流通道与外护筒之间的环形空间内设有电机控制单元、流量测量单元、数据处理单元、电池总成、水嘴总成；流量测量单元、电机控制单元、电池总成均与数据处理单元电连接，电机控制单元、电池总成均与水嘴总成电连接，数据处理单元用于接收流量测量单元的流量信号，并与预设的配注量进行对比，当相差量在误差范围外时，发送信号给电机控制单元和电池总成，电机控制单元用于根据数据处理单元的信号调节水嘴总成。可以长期监测井下分层流量等生产动态数据；井下分层流量自动测调，确保分层注水量长期达到分层配注要求，大幅提升分层配注合格率。
Description
技术领域
本发明属于油田智能注水技术领域，具体涉及一种智能配水器及其使用方法。
背景技术
目前分注工艺采用常规机械式原理为主，只能通过人工作业进行井下分层流量的测试与调节，现场需要配套大量的人力物力，年配套测试费用高，工作量大，同时对井筒环境要求高，测试调配遇阻遇卡风险大。同时受成本因素影响，分注井年测调频次比较低，分层流量受地面系统压力波动、地层吸水能力等因素影响，分注合格率下降快，制约了分层注水开发效果。最后，常规工艺只能采用定周期人工测试动态数据，无法连续监测分层动态信息，油藏注水开发政策动态调整难度大。
随着油田开发的深入，分注井逐年增多，测调工作量大，配套测调费用逐年升高；测调遇阻频发，导致后期检串、带压作业费用高；受压力波动、地层吸水能力变化等因素影响，检配合格率下降快，难以满足油田精细分层注水需要；同时为进一步提高注水数字化水平，开展了数字式分注工艺研究与试验，研制了系列数字式配水器及各类井下无线通讯方式，但井下智能配水器采用井下一次性锂电池供电，电量有限，导致井下智能配水器服役时间有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能配水器，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，而且有效延长智能配水器井下使用时间。
本发明的另一个目的在于提供一种智能配水器的使用方法，确保分层注水量长期达到分层配注要求，大幅提升分层配注合格率。
为此，本发明提供的技术方案如下：
一种智能配水器，包括从上至下依次连接的上接头、外护筒和下接头，所述外护筒内设有过流通道，所述过流通道与外护筒之间的环形空间内设有电机控制单元、流量测量单元、数据处理单元、电池总成、水嘴总成和感应线圈；
所述流量测量单元、电机控制单元、电池总成均与数据处理单元电连接，所述电机控制单元、电池总成均与水嘴总成电连接，所述数据处理单元用于接收流量测量单元的流量信号，并与预设的配注量进行对比，当相差量在误差范围外时，发送信号给电机控制单元和电池总成，所述电机控制单元用于根据数据处理单元的信号调节水嘴总成。
所述水嘴总成包括从上至下依次连接的堵头、外管和行程架，所述外管内设有密封头和连杆，所述连杆可在外管内往复运动；
所述行程架上固设有T型丝杠组件，所述T型丝杠组件一端通过联轴器连接有电机输出轴连接，另一端与连杆连接，所述电机固定在电机机座上，所述电机机座下设有压紧环，所述外管内设有平衡阀套，所述平衡阀套上设有出水口，所述连杆上设有平衡阀芯，所述行程架上设有两处限位开关，分别用于控制出水口打开和关闭的极限位置，所述T型丝杠组件上设有竖板，所述电机、两处限位开关均与电路板电连接。
所述电池总成包括从上至下依次连接的打捞杆、限位块和电池仓，所述电池仓下部与感应线圈连接。
所述过流通道与外护筒之间的环形空间内还设有验封测量单元。
所述两处限位开关之间的位置按百分比逐个百分点依次标定，并与出水口开口大小相互比对。
所述上接头、下接头均与过流通道通过丝扣连接，所述电池总成采用插接固定在过流通道与外护筒之间的环形空间内。
一种智能配水器的使用方法，注入水从上接头流入，一部分水从下接头流到下层去，一部分水从进水口流入流量测量单元，然后从水嘴总成的出水口出来进入地层，流量测量单元计算出流经的流量，然后与预设的配注量进行对比，当两者相差在误差范围外时，发送信号给电机控制单元和电池总成，电机控制单元控制电机调节水嘴总成开大或关小，执行水嘴调节过程，确保分层注水量长期达到分层配注要求。
当智能配水器的电池总成电量耗尽时，下入井下投捞器将电池总成捞出地面，更换后投送安装在智能配水器内。
所述井下投捞器包括壳体，所述壳体上从上至下设有第一锁止结构、打捞臂、空腔、第二锁止结构和导向臂，第一弹簧、第二弹簧，所述第一锁止结构与打捞臂连接，所述第一锁止结构与打捞臂之间设有第一弹簧，所述第二锁止结构与导向臂连接，所述第二锁止结构与导向臂之间设有第二弹簧。
当智能配水器电量减少至无法工作后，采用电缆试井车电缆连接井下投捞器，打捞时，过目的层智能配水器时，上提井下投捞器，第一锁止结构和第二锁止结构受阻并打开，打捞臂和导向臂分别在第一弹簧和第二弹簧的作用下张开；打捞臂下端的投捞爪与电池总成连接后，向上提起井下投捞器，将电池总成从智能配水器的偏心孔中取出，电池总成被提出后，收回到井下投捞器的空腔，测试车上提电缆将电池总成提出至地面；
投放时，电缆试井车连接井下投捞器下入注水井油管内，过目的层智能配水器时，上提井下投捞器，第一锁止结构和第二锁止结构受阻并打开，打捞臂和导向臂分别在第一弹簧和第二弹簧的作用下张开；向下将电池总成送到位，投捞爪与电池总成分开后，向上提起井下投捞器，将电池总成送入配水器中。
本发明的有益效果是：
本发明提供的这种智能配水器，可以长期监测井下分层流量、油管压力及地层压力等生产动态数据；井下分层流量自动测调，确保分层注水量长期达到分层配注要求，大幅提升分层配注合格率。
当电池总成电量耗尽的时候，下入井下投捞器可以将智能配水器内的电池总成捞出地面，然后更换新的电量充足的电池总成，将其投送下去，安装在智能配水器内，可以有效延长配水器井下使用时间。
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。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明智能配水器的一种实施方式结构示意图；
图2是智能配水器局部示意图；
图3是电池总成结构示意图；
图4是水嘴总成结构示意图；
图5是井下投捞器结构示意图；
图6是井下投捞器与电池总成连接示意图；
图7是电池总成被提出示意图；
图8是电池总成进入井下投捞器内腔示意图。
附图标记说明：
1、上接头；2、外护筒；3、验封测量单元；4、水嘴总成；5、电机控制单元；6、流量测量单元；7、数据处理单元；8、出水口；9、过流通道；10、进水口；11、下接头；12、电池总成；13、感应线圈；14、打捞杆；15、限位块；16、电池仓；17、堵头；18、密封头；19、平衡阀套；20、平衡阀芯；21、异型密封圈；22、异型密封圈垫环；23、连杆；24、行程架；25、磁簧开关；26、第一锁止结构；27、第一弹簧；28、第二锁止结构；29、第二弹簧；30、打捞臂；31、导向臂；32、空腔；33、井下投捞器；34、偏心孔；35、隔套；36、联轴器；37、电机座；38、减震垫圈；39、压紧环；40、密封挡圈；41、开关座；42、外管；43、T型丝杠组件。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的智能配水器的上、下、左、右。
现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
实施例1：
本实施例提供了一种智能配水器，包括从上至下依次连接的上接头1、外护筒2和下接头11，所述外护筒2内设有过流通道9，所述过流通道9与外护筒2之间的环形空间内设有电机控制单元5、流量测量单元6、数据处理单元7、电池总成12、水嘴总成4和感应线圈13；
所述流量测量单元6、电机控制单元5、电池总成12均与数据处理单元7电连接，所述电机控制单元5、电池总成12均与水嘴总成4电连接，所述数据处理单元7用于接收流量测量单元6的流量信号，并与预设的配注量进行对比，当相差量在误差范围外时，发送信号给电机控制单元5和电池总成12，所述电机控制单元5用于根据数据处理单元7的信号调节水嘴总成4。
具体地说，本实施例提供的智能配水器工作过程或应用过程如下：
注入水从上接头1流入，一部分水从下接头11流到下层去，一部分水从进水口10流入，流入流量测量单元6，然后从出水口8出来进入地层，流量计可以计算出流经的流量，然后与预设地质配注量进行对比，当计算出的流量与地质配注相差在误差范围外时，电机电池组供电，促使水嘴总成4开大或关小，执行水嘴调节过程，确保分层注水量长期达到分层配注要求，同时监测的分层流量、分层压力可以存储在智能配水器内，最终实现分层动态参数井下监测及分层流量的自动调配。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种智能配水器，所述水嘴总成4包括从上至下依次连接的堵头17、外管42和行程架24，所述外管42内设有密封头18和连杆23，所述连杆23可在外管42内往复运动；
所述行程架24上固设有T型丝杠组件43，所述T型丝杠组件43一端通过联轴器36连接有电机输出轴连接，另一端与连杆23连接，所述电机固定在电机机座上，所述电机机座下设有压紧环39，所述外管42内设有平衡阀套19，所述平衡阀套19上设有出水口8，所述连杆23上设有平衡阀芯20，所述行程架24上设有两处限位开关，分别用于控制出水口8打开和关闭的极限位置，所述T型丝杠组件43上设有竖板，所述电机、两处限位开关均与电路板电连接。
其中，电路板在过流通道9与外护筒2之间的环形空间内。
如图4所示，水嘴总成4包括堵头17、密封头18、平衡阀套19、平衡阀芯20、异型密封圈21、异型密封圈垫环22、连杆23、行程架24、隔套35、联轴器36、电机座37、减震垫圈38、压紧环39、密封挡圈40、开关座41、外管42、T型丝杠组件43、螺纹压环。
电机采用丝扣连接固定在电机座37，后用压紧环39压紧；前端可转动电机轴通过联轴器36与T型丝杠组件43相连，通过T型丝杠组件43把旋转运动转换成往复运动。T型丝杠组件43用轴承以及螺纹压环固定于行程架24，T型丝杠组件43的另一端通过丝扣与连杆23连接；T型丝杠组件43上设有竖板，在防止T型丝杠组件43转动的同时也作为限位开关的触碰板。行程架24上设有两处限位开关，分别控制水嘴打开和关闭的极限位置（T型丝杠连接连杆23前进后退的极限位置）。行程架24前端通过丝扣与外管42连接，外管42里设有异型密封圈垫环22、异型密封圈21、平衡阀套19。平衡阀套19上设有长槽型开口。连杆23上设有多道密封圈以及平衡阀芯20；连杆23置于外管42中前后运动，通过平衡阀套19与平衡阀芯20的相对滑动，露出的长槽型开口的大小来调节水流大小。最后，外管42通过丝扣连接密封头18、堵头17，前端的密封连接完成。水嘴的流量大小是通过测试标定好的，两个限位开关之间各位置按百分比逐个百分点依次标定，并与理论开口大小相互比对，而给出最终的准确流量值。
实施例3：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种智能配水器，所述电池总成12包括从上至下依次连接的打捞杆14、限位块15和电池仓16，所述电池仓16下部与感应线圈13连接。如图2、图3所示。
所述上接头1、下接头11均与过流通道9通过丝扣连接，所述电池总成12采用插接固定在过流通道9与外护筒2之间的环形空间（偏心孔34）内。
当电池总成12电量耗尽的时候，下入井下投捞器33可以将智能配水器内的电池总成12捞出地面，然后更换新的电量充足的电池总成12，将其投送下去，安装在智能配水器内，可以有效延长配水器井下使用时间。
实施例4：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种智能配水器，所述过流通道9与外护筒2之间的环形空间内还设有验封测量单元3。
验封测量单元3可以实现对层间封隔器的实时验封，判断封隔器是否正常密封。验封测量单元3属于现有技术。
在本实施例中，流量测量单元6是小型化的孔板压差流量计，与下接头11丝扣连接。如图1所示，智能配水器中上接头1、下接头11与过流通道9采用丝扣连接，以固定配水器主体结构及达到密封仪器，电机控制单元5、流量测量单元6、验封测量单元3、数据处理单元7、电池总成12、感应线圈13等电器元件组均集成在过流通道9与承压外管42所构成的环形空间（偏心孔34）内。而上接头1、下接头11与电器元件组采用插接方式，接头均采用O型密封圈密封。
实施例5：
本实施例提供了一种智能配水器的使用方法，注入水从上接头1流入，一部分水从下接头11流到下层去，一部分水从进水口10流入流量测量单元6，然后从水嘴总成4的出水口8出来进入地层，流量测量单元6计算出流经的流量，然后与预设的配注量进行对比，当两者相差在误差范围外时，发送信号给电机控制单元5和电池总成12，电机控制单元5控制电机调节水嘴总成4开大或关小，执行水嘴调节过程，确保分层注水量长期达到分层配注要求。
同时监测的分层流量、分层压力可以存储在配水器内，最终实现分层动态参数井下监测及分层流量的自动调配，大幅提升分层配注合格率。
实施例6：
在实施例5的基础上，本实施例提供了一种智能配水器的使用方法，当智能配水器的电池总成12电量耗尽时，下入井下投捞器33将电池总成12捞出地面，更换后投送安装在智能配水器内。
如图5所示，所述井下投捞器33包括壳体，所述壳体上从上至下设有第一锁止结构26、打捞臂30、空腔32、第二锁止结构28和导向臂31，第一弹簧27、第二弹簧29，所述第一锁止结构26与打捞臂30连接，所述第一锁止结构26与打捞臂30之间设有第一弹簧27，所述第二锁止结构28与导向臂31连接，所述第二锁止结构28与导向臂31之间设有第二弹簧29。
实施例7：
在实施例5的基础上，本实施例提供了一种智能配水器的使用方法，当智能配水器电量减少至无法工作后，采用电缆试井车电缆连接井下投捞器33，打捞时，过目的层智能配水器时，上提井下投捞器33，第一锁止结构26和第二锁止结构28受阻并打开，打捞臂30和导向臂31分别在第一弹簧27和第二弹簧29的作用下张开；打捞臂30下端的投捞爪与电池总成12连接（（如图6所示）后，向上提起井下投捞器33，将电池总成12从智能配水器的偏心孔34中取出，电池总成12被提出（如图7所示）后，收回到井下投捞器33的空腔32（如图8所示），测试车上提电缆将电池总成12提出至地面；
投放时，电缆试井车连接井下投捞器33下入注水井油管内，过目的层智能配水器时，上提井下投捞器33，第一锁止结构26和第二锁止结构28受阻并打开，打捞臂30和导向臂31分别在第一弹簧27和第二弹簧29的作用下张开；向下将电池总成12送到位，投捞爪与电池总成12分开后，向上提起井下投捞器33，将电池总成12送入配水器中。
当井下投捞器33下入井中，达到智能配水器附近时，智能配水器通过磁簧开关被找到，并唤醒电路板后，井下投捞器33与配水器的感应线圈13无线通讯将井下流量、压力数据实时录取出来。
综上所述，本发明提供的这种智能配水器，可以长期监测井下分层流量、油管压力及地层压力等生产动态数据；井下分层流量自动测调，确保分层注水量长期达到分层配注要求，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，提升分层配注合格率，为大数据处理与应用奠定了基础。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
Claims (10)
1.一种智能配水器，其特征在于：包括从上至下依次连接的上接头（1）、外护筒（2）和下接头（11），所述外护筒（2）内设有过流通道（9），所述过流通道（9）与外护筒（2）之间的环形空间内设有电机控制单元（5）、流量测量单元（6）、数据处理单元（7）、电池总成（12）、水嘴总成（4）和感应线圈（13）；
所述流量测量单元（6）、电机控制单元（5）、电池总成（12）均与数据处理单元（7）电连接，所述电机控制单元（5）、电池总成（12）均与水嘴总成（4）电连接，所述数据处理单元（7）用于接收流量测量单元（6）的流量信号，并与预设的配注量进行对比，当相差量在误差范围外时，发送信号给电机控制单元（5）和电池总成（12），所述电机控制单元（5）用于根据数据处理单元（7）的信号调节水嘴总成（4）。
2.根据权利要求1所述的一种智能配水器，其特征在于：所述水嘴总成（4）包括从上至下依次连接的堵头（17）、外管（42）和行程架（24），所述外管（42）内设有密封头（18）和连杆（23），所述连杆（23）可在外管（42）内往复运动；
所述行程架（24）上固设有T型丝杠组件(43），所述T型丝杠组件（43）一端通过联轴器（36）连接有电机输出轴连接，另一端与连杆（23）连接，所述电机固定在电机机座上，所述电机机座下设有压紧环（39），所述外管（42）内设有平衡阀套（19），所述平衡阀套（19）上设有出水口（8），所述连杆（23）上设有平衡阀芯(20），所述行程架（24）上设有两处限位开关，分别用于控制出水口（8）打开和关闭的极限位置，所述T型丝杠组件（43）上设有竖板，所述电机、两处限位开关均与电路板电连接。
3.根据权利要求1所述的一种智能配水器，其特征在于：所述电池总成（12）包括从上至下依次连接的打捞杆（14）、限位块（15）和电池仓（16），所述电池仓（16）下部与感应线圈（13）连接。
4.根据权利要求1所述的一种智能配水器，其特征在于：所述过流通道（9）与外护筒（2）之间的环形空间内还设有验封测量单元（3）。
5.根据权利要求2所述的一种智能配水器，其特征在于：所述两处限位开关之间的位置按百分比逐个百分点依次标定，并与出水口（8）开口大小相互比对。
6.根据权利要求1所述的一种智能配水器，其特征在于：所述上接头（1）、下接头（11）均与过流通（9）道通过丝扣连接，所述电池总成（12）采用插接固定在过流通道（9）与外护筒（2）之间的环形空间内。
7.根据权利要求1所述的一种智能配水器的使用方法，其特征在于：注入水从上接头（1）流入，一部分水从下接头（11）流到下层去，一部分水从进水口（10）流入流量测量单元（6），然后从水嘴总成（4）的出水口（8）出来进入地层，流量测量单元（6）计算出流经的流量，然后与预设的配注量进行对比，当两者相差在误差范围外时，发送信号给电机控制单元（5）和电池总成（12），电机控制单元（5）控制电机调节水嘴总成（4）开大或关小，执行水嘴调节过程，确保分层注水量长期达到分层配注要求。
8.根据权利要求7所述的一种智能配水器的使用方法，其特征在于：当智能配水器的电池总成（12）电量耗尽时，下入井下投捞器（33）将电池总成（12）捞出地面，更换后投送安装在智能配水器内。
9.根据权利要求8所述的一种智能配水器的使用方法，其特征在于：所述井下投捞器（33）包括壳体，所述壳体上从上至下设有第一锁止结构（26）、打捞臂（30）、空腔（32）、第二锁止结构（28）和导向臂（31），第一弹簧（27）、第二弹簧（29，所述第一锁止结构（26）与打捞臂（30连接，所述第一锁止结构（26）与打捞臂（30）之间设有第一弹簧（27），所述第二锁止结构（28）与导向臂（31）连接，所述第二锁止结构（28）与导向臂（31）之间设有第二弹簧（29）。
10.根据权利要求9所述的一种智能配水器的使用方法，其特征在于：当智能配水器电量减少至无法工作后，采用电缆试井车电缆连接井下投捞器（33），打捞时，过目的层智能配水器时，上提井下投捞器（33），第一锁止结构（26）和第二锁止结构（28）受阻并打开，打捞臂（30）和导向臂（31）分别在第一弹簧（27）和第二弹簧（29）的作用下张开；打捞臂（30）下端的投捞爪与电池总成（12）连接后，向上提起井下投捞器（33），将电池总成（12）从智能配水器的偏心孔（34）中取出，电池总成(12）被提出后，收回到井下投捞器（33）的空腔（32），测试车上提电缆将电池总成（12）提出至地面；
投放时，电缆试井车连接井下投捞器（33）下入注水井油管内，过目的层智能配水器时，上提井下投捞器（33），第一锁止结构（26）和第二锁止结构（28）受阻并打开，打捞臂（30）和导向臂（31）分别在第一弹簧（27）和第二弹簧（29）的作用下张开；向下将电池总成（12）送到位，投捞爪与电池总成（12）分开后，向上提起井下投捞器（33），将电池总成（12）送入配水器中。
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