CN114000870A - 基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置，包括进口、手动阀、出口、电磁阀和控制与采集系统，该基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置位于井口注水流程上，该进口接来水，该出口接井口注入端，该进口与该出口之间部分分为主路与旁路，二者并排安装，主路为该手动阀，旁路为该电磁阀，该控制与采集系统连接于该电磁阀，控制该电磁阀连续动作，产生相应的负压脉冲信号，形成控制指令，通过注水管柱进行下传。该基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置解决了注水井地面控制指令与井下注水信息无线双向传输问题，可以进行水量调配或实注信息采集。

Description

基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置

技术领域

本发明涉及油田注水工艺技术领域，特别是涉及到一种基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置。

背景技术

油田进入高含水开发后期，分注井数量增多，层系划分更细，注水测调工作量增大；提高水驱开发质量对提高“三率”提出了更高的要求，对测试资料要求更全面。目前，国内分层注水技术主要包括活动式分层注水技术、测调一体化技术和有缆式分注技术。活动式分层注水技术需逐层进行水嘴投捞调配，钢丝起下频繁。测调一体化技术测试仪器与可调水嘴对接后可边测边调，井下数据上传采用有线传输方式。有缆式分注技术电缆常置井下，可以实时进行数据传输，但是作业过程中存在电缆磕碰、断脱的风险，影响信号的传输。随着油田智能化、信息化的发展，迫切需要发展无线智能测调技术。

目前无线传输技术主要有：(1)随钻测量(MWD)、随钻测井(LWD)中已开展了泥浆压力脉冲传输技术、电磁波无线传输技术以及声波无线传输技术的研究；电磁波无线传输技术受井深和地质条件影响较大，应用范围受限，声波无线传输技术还处于试验研究阶段；钻井用泥浆压力脉冲传输技术泥浆排量大。上述钻井中用的无线传输技术只能实现信号的上传；(2)压控开关智能配水技术，能实现地面信息下传到井下，发送信号过程中通过控制进入管柱的水量来产生负压脉冲信号，需要回水管线或收水罐车，给现场施工带来了不便。

在申请号：CN201610092470.4的中国专利申请中，涉及到一种负压力连续波脉冲发生装置，包括悬挂短节和设置在悬挂短节内部的控制短节、驱动机构、上阀和下阀，其中控制短节、驱动机构和上阀依次连接后通过定位环同轴安装于悬挂短节内部，下阀的下阀阀面与上阀的上阀阀面为密封面，密封面周边至少开设2个轴向的阀口，下阀内设有泄流通道，悬挂短节上开设的泄流孔，下阀的阀口、泄流通道和悬挂短节上的泄流孔构成一一对应连通，悬挂短节泄流孔内安装有防冲环及限流锁紧装置。该系统上阀阀面与下阀阀面采用相同的结构，由密封面和阀口组成，通过控制短节与驱动机构实现上阀相对于下阀系统的可控连续旋转，转动过程中密封面与阀口交替重合，控制由下阀泄流通道释放至环空的泥浆流量连续变化，从而使钻具内压力产生负压力连续波脉冲。该专利涉及石油钻井工程装置领域，具体是一种用于无线随钻测量的泥浆脉冲发生装置，流体介质为泥浆，泥浆通过下阀泄流通道释放至环空产生负压脉冲，对地层和零部件的冲蚀破坏作用较强，存在污染。该装置将钻井工艺参数、井眼轨迹和地层参数编码后进行上传，不涉及下传控制指令的解析，是单向传输过程。

在申请号：201910803867.3的中国专利申请中，涉及到一种正负压力脉冲发生装置及发生方法，所述发生装置包括发生装置本体、悬挂器、主体轴、驱动机构、泄流阀、升降机构、主阀阀芯以及限流阀，发生装置为中空结构，悬挂器、泄压阀以及限流阀沿竖直方向从上至下依次设置在所述身部的中空结构中；主体轴的一端垂直设置在所述悬挂器上，另一端贯穿所述泄压阀后与升降结构连接述驱动机构设置在所述主体轴上，驱动推拉杆能够驱动所述泄流阀沿竖直方向运动；泄流阀与所述驱动机构连接；升降机构能够控制所述主阀阀芯沿竖直方向运动；主阀阀芯呈倒圆锥形结构；所述限流环与所述头部连接。本发明的发生装置结构设置合理，能够减少主阀阀芯的开关次数，能够延长主阀阀芯的使用寿命。该专利涉及油气井钻探技术领域，具体是一种正负压力脉冲发生装置及正负压力脉冲发生方法，该装置能够同时产生正脉冲和负脉冲，借助脉冲信号将井斜、方位、工具面等井眼轨迹参数上传，不涉及地面下传控制指令的解析和执行，是单向传输过程。

为此我们发明了一种新的基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决了注水井地面控制指令与井下注水信息无线双向传输问题，可以进行水量调配或实注信息采集的基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置，该基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置包括进口、手动阀、出口、电磁阀和控制与采集系统，该基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置位于井口注水流程上，该进口接来水，该出口接井口注入端，该进口与该出口之间部分分为主路与旁路，二者并排安装，主路为该手动阀，旁路为该电磁阀，该控制与采集系统连接于该电磁阀，控制该电磁阀连续动作，产生相应的负压脉冲信号，形成控制指令，通过注水管柱进行下传。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：

该基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置还包括压力传感器，该压力传感器位于该出口处，当下传控制指令时，该压力传感器采集该基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置产生的负压脉冲信号，并传输给该控制与采集系统；当采集井下实注信息时，该压力传感器采集井下上传的压力信号，并将接收到的压力信号传输给该控制与采集系统。

该手动阀开度根据主路、旁路的直径和该基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置产生的负压脉冲信号幅值，在0～100％之间连续可调。

正常注水状态下该手动阀开度调到最大，该电磁阀常开；当需要下传控制指令时，局部开启该手动阀，该控制与采集系统控制该电磁阀开关产生负压脉冲信号。

该控制与采集系统包括工控电脑、继电器和电源，该继电器位于该电源和该电磁阀之间，该工控电脑连接于该电源和该继电器，根据设定的通信协议产生高低电平序列，通过控制该继电器的通断，来控制该电磁阀连续动作，产生相应的负压脉冲信号。

该控制与采集系统还包括信号采集卡，该信号采集卡连接于该压力传感器，接收该压力传感器采集的压力信号或负压脉冲信号，并进行滤波、降噪后传给该工控电脑，该工控电脑解析获得相应的实注信息或负压脉冲信号的信号幅值，并进行显示。

正常注水过程中，主路该手动阀和旁路该电磁阀常开，流道面积固定，不产生下传信号；

需要下传控制指令时，该手动阀局部开启，该工控电脑根据通信协议将指令转换为高低电平序列，通过该电源和该继电器控制该电磁阀有规律的开关，该电磁阀通道关闭时出水口水流减少，压力降低，产生负压脉冲信号；该压力传感器采集负压脉冲信号，并传输给该信号采集卡，该信号采集卡将信号滤波、降噪后传给该工控电脑，该工控电脑解析获得负压脉冲信号的信号幅值，并进行显示；

需要采集井下实注信息时，该手动阀和该电磁阀恢复至正常注水状态，该压力传感器采集井下上传的压力信号，并将采集到的压力信号转变为电信号传递给该信号采集卡，该信号采集卡将电信号进行滤波、降噪，传递给该工控电脑，该工控电脑将信号进行运算、放大、解码，按照通信协议将电信号解码为井下实际注水信息，并通过该工控电脑进行显示。

本发明中的基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置，通过对适用于注水井的地面到井下压力脉冲信号传输技术研究，满足注水井地面控制调节指令下传和对井下上传信号解析的需求。本发明是为了解决地面测调指令实时下传和井下上传信号解析问题，从而提供一种适用于注水井流程特点在小流量条件下产生脉冲信号的地面基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置。该装置将控制指令转化为负压脉冲信号并传输至井下，井下信号接收系统接收到压力信号进行解析，获得正确的指令，进行水量调配或实注信息采集。

本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：

1.形成一种适合注水井地面流程特点的负压脉冲发生装置；

2.采用并列管路设计，通过电磁阀动作产生下传负压信号，阀门动作响应迅速，幅值高，无需回水流程，安装简单方便，不会对井场造成污染，不需要收水车辆；

3.装置上游(注水流程上)安装缓冲气瓶，可以有效避免对流程的扰动，信号产生时间短，不影响正常注水工况；

4.控制采集系统通过继电器控制电磁阀动作，通过采集卡接收、处理压力传感器数据，集成度高，安装方便。

附图说明

图1为本发明的基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置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控制与采集系统的结构图；

图3为本发明的一具体实施例中，正常注水/采集井下实注信息时主路与旁路状态图；

图4为本发明的一具体实施例中，下传测调指令时主路与旁路状态图。

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为本发明的基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置的结构图。

基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置包括进口1、手动阀2、出口3、传感器4、电磁阀5、控制与采集系统6。如图2所示，图2为该装置中的控制与采集系统6，包括采集卡6-1、继电器6-2、电源6-3、工控电脑6-4等。

基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置位于井口注水流程上，进口1接来水，出口3接井口注入端。该装置的进口1与出口3之间部分分为主路与旁路，二者并排安装，主路为手动阀2，旁路为电磁阀3。手动阀2开度根据主路、旁路的直径和信号幅值可以在0～100％之间连续可调；正常注水状态下手动阀2开度调到最大，电磁阀3常开；当需要下传控制指令时，局部开启手动阀，通过有规律的控制电磁阀3开关产生负压脉冲信号。出口3处布置有压力传感器，主要检测产生的脉冲幅值，采集井下上传的压力信号。

控制与采集系统6包括控制部分与采集部分。控制部分由工控电脑6-4、继电器6-2和电源6-3组成。信号采集部分主要包括信号采集卡6-1和工控电脑6-4中的解析模块。如图2所示。

工控电脑6-4根据设定的通信协议产生高低电平序列，通过电源6-3和继电器6-2控制电磁阀5连续动作，产生相应的负压脉冲信号。传感器将采集到的压力信号传给信号采集卡6-1，采集卡通过滤波、降噪传给工控电脑，工控电脑6-4解析获得相应的实注信息或脉冲发生装置产生的信号幅值。

具体的信息传输过程为：传感器采集地面负压脉冲发生装置产生的压力信号或井下上传的脉冲信号并将采集到的压力信号转变为电信号传递给信号采集卡6-1，采集卡6-1经过滤波、降噪，传递给工控电脑6-4中的信号解析模块，通过信号解析模块的运算、放大处理，将电信号转换为相应物理量的数值，并通过工控电脑6-4进行显示。

正常注水过程中，主路手动阀2和旁路电磁阀5常开，流道面积固定，不产生下传信号。

需要下传控制指令时，手动阀2局部开启，工控电脑6-4根据通信协议将指令转换为高低电平序列，通过电源6-3和继电器6-2控制电磁阀5有规律的开关，电磁阀5通道关闭时出水口水流减少，压力降低，产生负压脉冲信号。

当需要采集井下实注信息时，负压脉冲发生装置的手动阀2和电磁阀5恢复至正常注水状态，出口传感器采集上传压力信号，并将采集到的压力信号转变为电信号传递给信号采集卡6-1，采集卡6-1经过滤波、降噪，传递给工控电脑6-4中的信号解析模块，通过信号解析模块的运算、放大、解码等处理，按照通信协议将电信号解码为井下实际注水信息，并通过工控电脑6-4进行显示。

以下结合附图对本发明做进一步的详述：参见附图3、4，本发明主要由进口1，手动阀2，出口3，传感器4，电磁阀5，控制与采集系统6组成。该负压脉冲发生装置通过进口1和出口3与注水流程相连，所述脉冲发生器通道分为主路手动阀2和旁路电磁阀5，出口位置安装有传感器4。控制与采集系统6通过导线与压力传感器4和电磁阀5相连。

正常注水过程参见附图3，主路手动阀2全部开启，旁路电磁阀5常开，保持正常注水，流道面积固定，不产生下传信号。

下传测调指令时参见附图4，首先，局部开启手动阀2，控制与采集系统6中的电源6-3和继电器6-2控制电磁阀5规律性关闭与开启，电磁阀5关闭时，出口水流减少，压力降低，电磁阀5打开时，压力恢复正常，电磁阀5周期性开关形成负压脉冲信号；考虑井深和油管尺寸，观察压力传感器4输出的信号幅值，当幅值小于设计值时，缓慢关闭手动阀2，直至产生满足设计指标的连续负压脉冲信号。正式下传测调指令时，保持手动阀2开度不变，工控电脑6-4根据通信协议将控制指令编码转换为高低电平序列，通过电源6-3和继电器6-2控制电磁阀5按指令开关，电磁阀5关闭时，出口水流减少，压力降低，电磁阀5打开时，压力恢复正常，电磁阀5按指令动作产生负压脉冲信号序列，通过注水管柱进行下传，井下传感器接收到压力脉冲信号，传递给井下中央控制系统，执行相应的命令。

当需要采集井下实注信息时参见附图3，负压脉冲发生装置的手动阀2和电磁阀5恢复至正常注水状态，出口传感器4采集上传压力信号，并将采集到的压力信号转变为电信号传递给信号采集卡，采集卡经过滤波、降噪，传递给工控电脑6-4中的信号解析模块，通过信号解析模块的运算、放大、解码等处理，按照通信协议将电信号转换为井下实际注水信息，并通过工控电脑6-4进行显示。

Claims (7)

1.基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置，其特征在于，该基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置包括进口、手动阀、出口、电磁阀和控制与采集系统，该基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置位于井口注水流程上，该进口接来水，该出口接井口注入端，该进口与该出口之间部分分为主路与旁路，二者并排安装，主路为该手动阀，旁路为该电磁阀，该控制与采集系统连接于该电磁阀，控制该电磁阀连续动作，产生相应的负压脉冲信号，形成控制指令，通过注水管柱进行下传。

2.根据权利要求1所述的基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置，其特征在于，该基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置还包括压力传感器，该压力传感器位于该出口处，当下传控制指令时，该压力传感器采集该基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置产生的负压脉冲信号，并传输给该控制与采集系统；当采集井下实注信息时，该压力传感器采集井下上传的压力信号，并将接收到的压力信号传输给该控制与采集系统。

3.根据权利要求2所述的基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置，其特征在于，该手动阀开度根据主路、旁路的直径和该基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置产生的负压脉冲信号幅值，在0～100％之间连续可调。

4.根据权利要求3所述的基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置，其特征在于，正常注水状态下该手动阀开度调到最大，该电磁阀常开；当需要下传控制指令时，局部开启该手动阀，该控制与采集系统控制该电磁阀开关产生负压脉冲信号。

5.根据权利要求2所述的基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置，其特征在于，该控制与采集系统包括工控电脑、继电器和电源，该继电器位于该电源和该电磁阀之间，该工控电脑连接于该电源和该继电器，根据设定的通信协议产生高低电平序列，通过控制该继电器的通断，来控制该电磁阀连续动作，产生相应的负压脉冲信号。

6.根据权利要求5所述的基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置，其特征在于，该控制与采集系统还包括信号采集卡，该信号采集卡连接于该压力传感器，接收该压力传感器采集的压力信号或负压脉冲信号，并进行滤波、降噪后传给该工控电脑，该工控电脑解析获得相应的实注信息或负压脉冲信号的信号幅值，并进行显示。

7.根据权利要求6所述的基于数据实时采集与控制指令下传的负压脉冲发生装置，其特征在于，正常注水过程中，主路该手动阀和旁路该电磁阀常开，流道面积固定，不产生下传信号；

需要下传控制指令时，该手动阀局部开启，该工控电脑根据通信协议将指令转换为高低电平序列，通过该电源和该继电器控制该电磁阀有规律的开关，该电磁阀通道关闭时出水口水流减少，压力降低，产生负压脉冲信号；该压力传感器采集负压脉冲信号，并传输给该信号采集卡，该信号采集卡将信号滤波、降噪后传给该工控电脑，该工控电脑解析获得负压脉冲信号的信号幅值，并进行显示；

需要采集井下实注信息时，该手动阀和该电磁阀恢复至正常注水状态，该压力传感器采集井下上传的压力信号，并将采集到的压力信号转变为电信号传递给该信号采集卡，该信号采集卡将电信号进行滤波、降噪，传递给该工控电脑，该工控电脑将信号进行运算、放大、解码，按照通信协议将电信号解码为井下实际注水信息，并通过该工控电脑进行显示。

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