CN116006139B - 一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统，包括地面控制器、油管段和工具段，油管段包括油管和地面电缆，工具段包括井下控制器和若干层有缆智能分注仪，油管段和工具段之间设置有有缆无线传输短节，有缆无线传输短节上端通过地面电缆和油管分别连接地面控制器和井口采油树，有缆无线传输短节下端连接井下控制器，井下控制器从有缆无线传输短节获取地面控制器下行通信指令后通过电缆载波通信发送给有缆智能分注仪，井下控制器同时获取各层有缆智能分注仪的上行回复数据信号后传输给有缆无线传输短节，有缆无线传输短节通过电缆载波通信回传给地面控制器。本发明的有缆智能分注系统可实现无线电能传输与双向无线数据通信，通信效率高。

Description

一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统

技术领域

本发明属于油田分层注水技术领域，具体涉及到一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统。

背景技术

油田在开采一段时间以后，由于生产层产出液不断增加，地层能量随时间不断损失，导致采油效率减低，甚至采油工作无法进行。注水是油田补充地层能量、提高采收率最有效的方法之一。为了有效降低层间和层内差异，油田采用分层注水工艺技术来实现均衡注采开发。各大油田均陆续推广有缆智能分注技术。有缆智能分注技术实现了注水全过程的实时监测和注水量自动调配、自动验封等功能，大幅降低了人工测调成本，有力提升了油田的注水智能化和信息化水平。有缆智能分注技术尤其适合应用于大斜度井和水平井中，具备很高的推广价值。

常规的有缆智能分注技术中，有缆智能分注井下工艺管柱主要由工具段和油管段组成，其中油管段占主要长度，在工具段施工完成后，油管段的施工，地面电缆需要使用电缆护卡绑在油管外表面，从工具段一直延伸到井口，每根油管均需要绑一个电缆护卡，导致施工时间较长、工序较为繁琐、维护不便，作业费用也相对较高，且地面电缆在下放过程中还存在损伤风险。

使用湿接头技术的有缆智能分注系统可以有效的解决施工复杂的问题，降低了成本，但常规湿接头对接，不仅占用中心通道，导致无法下放其他测井仪器，而且重复性、稳定性差，使用周期短。

波码式无缆智能分注技术的油管段则无外绑电缆，地面与井下的双向通信使用波码形式完成，但存在通信效率低下的问题，完成一次通信往往需要几十分钟，且无法实时监测井下仪器的工作电压、电流、电池电量等工作状态参数是否正常，并且常规波码式无缆智能分注仪无法在仪器电池耗尽后补充电能，不可重复使用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统，其采用无线电能传输技术，以解决现有使用湿接头技术的有缆智能分注系统重复使用性差、施工复杂、维护困难及无缆智能分注技术通信效率低、无缆智能分注仪不可重复使用的问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统，包括地面控制器、井口采油树、油管段和工具段，所述油管段包括油管和穿设在所述油管内的地面电缆，所述工具段包括井下控制器和与所述井下控制器通过油管及钢管电缆连接的若干层过电缆封隔器和有缆智能分注仪，若干层的所述过电缆封隔器和有缆智能分注仪依次通过油管及钢管电缆串接，其特征在于：所述工具段还包括有缆无线传输短节，所述有缆无线传输短节的上端通过所述地面电缆连接所述地面控制器、通过所述油管连接所述井口采油树，所述有缆无线传输短节的下端连接所述的井下控制器，所述井下控制器从所述有缆无线传输短节获取所述地面控制器的下行通信指令后通过电缆载波通信发送给若干层的所述有缆智能分注仪，所述井下控制器同时获取各层所述有缆智能分注仪的上行回复数据信号后传输给所述的有缆无线传输短节，所述有缆无线传输短节通过电缆载波通信再将所述上行回复数据信号回传给所述的地面控制器。

进一步，所述的有缆无线传输短节包括发射短节和接收短节，所述的接收短节安装在所述工具段的上端，所述接收短节的上端通过油管延伸连接所述的井口采油树，所述接收短节的下端电连接所述的井下控制器，所述发射短节上端通过地面电缆连接所述的地面控制器，所述发射短节插接在所述的接收短节内时，所述发射短节与所述地面控制器之间通过双向电缆载波通信，所述发射短节与所述接收短节之间进行无线电能传输和双向无线数据通信。

进一步，所述井下控制器内设置有储能电池组和井下控制器控制组件；所述发射短节和所述接收短节对接时，所述的井下控制器控制组件与所述的接收短节通信连接，所述井下控制器控制组件通过所述的接收短节获取电源为所述的有缆智能分注仪供电，所述发射短节与所述接收短节分离时，所述的储能电池组为所述的有缆智能分注仪供电。

进一步，所述发射短节的轴向设置有发射短节中心过流通道，所述发射短节中心过流通道的外周设置有能量发射线圈和发射短节无线通信模块，所述接收短节的轴向设置有接收短节中心过流通道，所述接收短节中心过流通道的外周设置有能量接收线圈和接收短节无线通信模块；所述发射短节与所述接收短节对接时，所述能量发射线圈与所述能量接收线圈互感耦合，所述发射短节无线通信模块与所述接收短节无线通信模块双向无线数据通信。

进一步，所述发射短节内还设置有位于所述发射短节中心过流通道外周的发射短节控制组件，所述发射短节控制组件与所述的发射短节无线通信模块电连接；所述接收短节内还设置有位于所述接收短节中心过流通道外周的接收短节控制组件，所述接收短节无线通信模块电连接井下控制器控制组件。

进一步，所述发射短节控制组件包括发射短节发解码电路和与其电连接的发射短节主控电路，所述发射短节发解码电路将所述的下行通信指令解析处理后经过发射短节主控电路发送给所述的发射短节无线通信模块，所述发射短节无线通信模块再将下行通信指令无线发送给所述的接收短节无线通信模块；所述井下控制器控制组件包括井下控制器发解码电路和与其电连接的井下控制器主控电路，所述井下控制器主控电路从所述接收短节无线通信模块获取下行通信指令后通过所述的井下控制器发解码电路发送给所述的有缆智能分注仪；所述井下控制器发解码电路同时从所述有缆智能分注仪获取上行回复数据信号，所述井下控制器主控电路将所述上行回复数据信号回传给所述的接收短节无线通信模块，所述接收短节无线通信模块将再将所述上行回复数据信号无线发送给所述的发射短节无线通信模块；所述发射短节主控电路则从所述发射短节无线通信模块获取所述上行回复数据信号后回传给所述发射短节发解码电路，所述发射短节发解码电路再将所述上行回复数据信号回传给所述地面控制器。

进一步，所述发射短节控制组件还包括发射短节电源电路、驱动电路、逆变电路和与逆变电路电连接的发射补偿电路，所述发射短节主控电路将从发射短节电源电路获取的直流电源送入驱动电路与逆变电路处理后，由发射补偿电路传输给所述能量发射线圈；所接收短节控制组件还包括接收短节电源电路和与其连接的整流滤波电路及接收补偿电路，所述能量接收线圈将其与所述能量发射线圈互感耦合获得的交流电源通过所述接收补偿电路和整流滤波电路转变为直流电源传输给所述的接收短节电源电路；所述的井下控制器控制组件还包括井下控制器电源电路和与其连接的井下控制器主控电路，所述井下控制器电源电路从所述接收短节电源电路获取直流电源后通过所述的井下控制器主控电路为所述的储能电池组充电。

进一步，所述接收短节还包括接收短节外护管，所述接收短节外护管的上端设置有接收短节上接头，所述接收短节外护管的下端设置有接收短节下接头，所述接收短节中心过流通道设置在所述接收短节外护管的中心并贯通所述的接收短节上接头和接收短节下接头，所述能量接收线圈和所述接收短节无线通信模块设置在所述接收短节中心过流通道外周的接收短节外护管内；所述发射短节还包括发射短节外护管，所述发射短节外护管的上端设置有发射短节电缆接头，所述发射短节中心过流通道贯通所述发射短节外护管的轴心，所述能量发射线圈和所述发射短节无线通信模块设置在所述发射短节中心过流通道外周的发射短节外护管内。

进一步，所述接收短节上接头上设有与所述接收短节中心过流通道上端连通的第一液孔，所述接收短节下接头上设置有与所述接收短节中心过流通道下端连通的第二液孔，所述接收短节外护管内设置有与所述第一液孔和第二液孔连通的环形过流通道；所述发射短节外护管的上端设置有与所述发射短节中心过流通道径向贯通的第三液孔，所述发射短节外护管的下端设置有与所述发射短节中心过流通道轴向贯通的第四液孔。

进一步，所述的能量发射线圈和能量接收线圈均为螺旋结构，所述发射短节与所述接收短节对接时，所述能量接收线圈套设在所述能量发射线圈的外周两者呈螺旋互套式结构。

进一步，每层所述的电缆封隔器和有缆智能分注仪由有缆式电动测封一体化智能分注仪所替代。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明的有缆智能分注系统在施工时油管段外部无外露电缆，使用地面电缆挂接发射短节与安装在分注井井下的接收短节对接，发射短节内的能量发射线圈与接收短节内的能量接收线圈互感耦合实现无线电能传输，同时接收短节无线通信模块和发射短节无线通信模块实现双向无线数据通信，不仅有效避免了地面电缆损伤，施工效率相对常规有缆智能分注工艺大幅提高。

2、本发明的有缆智能分注系统由于发射短节和接收短节采用非接触式对接，两者之间无直接电气连接，对接方便、安全可靠，无对接次数限制，避免了湿接头对接工艺的电气绝缘失效风险；接收短节中心具有接收短节中心过流通道，对接状态下接收短节中心过流通道被占用，当发射短节上提后，接收短节中心过流通道空闲，此时接收短节中心过流通道可作为其他测井仪器的下放通道使用。

3、本发明的有缆智能分注系统在井下控制器中安装有储能电池组，当发射短节提出地面后，井下控制器从储能电池组中获得电能，为井下控制器自身以及井下控制器下方连接的各层有缆智能分注仪供电，当发射短节与接收短节对接后，能量发射线圈和能量接收线圈互感耦合可以为井下控制器中的储能电池组进行充电，使得本系统在没有地面电缆和发射短节时可以继续工作，有效扩展了有缆智能分注系统在油田的应用场景。

4、本发明的有缆智能分注系统中将过电缆封隔器和有缆智能分注仪更换为有缆式电动测封一体化智能分注仪，并使各层有缆式电动测封一体化智能分注仪之间的电缆从油管内部连接，便可实现分注系统整体带压作业，进一步扩大了有缆智能分注工艺在油田的应用范围。

附图说明

图1为本发明实施例1有缆智能分注系统结构示意图。

图2 为本发明实施例1有缆无线传输短节结构示意图。

图3为本发明实施例1接收短节结构示意图。

图4为本发明实施例1发射短节结构示意图。

图5为本发明实施例1井下控制器结构示意图。

图6为本发明实施例1发射短节控制组件原理框图。

图7为本发明实施例1接收短节控制组件原理框图。

图8为本发明实施例1井下控制器控制组件原理框图。

图9为本发明实施例1有缆智能分注系统原理框图。

图10为本发明实施例2有缆智能分注系统结构示意图。

附图标记如下：1-1地面控制器，1-2油管，1-3地面电缆，1-4发射短节，1-5接收短节，1-6井下控制器，1-7钢管电缆，1-8 过电缆封隔器，1-9 有缆智能分注仪， 1-10双作用凡尔，1-11筛管，1-12丝堵，1-13有缆式电动测封一体化智能分注仪；

2-1 接收短节上接头，2-2 接收短节外护管， 2-3 能量接收线圈，2-4 能量接收线圈骨架，2-5 接收短节无线通信模块，2-6环形过流通道，2-7 接收短节下接头，2-8 接收短节中心过流通道，2-9第一液孔，2-10第二液孔，2-11接收短节控制组件， 2-12密封护筒，2-13电器安装座；

3-1发射短节电缆接头，3-2 能量发射线圈磁芯，3-3 能量发射线圈，3-4 发射短节外护管，3-5 发射短节无线通信模块，3-6 发射短节中心过流通道，3-7 第三液孔，3-8第四液孔，3-9发射短节控制组件，3-10延长管；

4-1井下控制器上接头，4-2井下控制器控制组件，4-3井下控制器过流通道，4-4储能电池组，4-5井下控制器中心过流管，4-6井下控制器外护管，4-7井下控制器下接头。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

本发明通过在常规的有缆智能分注系统基础上，在工具段上端增加有缆无线传输短节和井下控制器，有缆无线传输短节由发射短节和接收短节组成；通过地面电缆携带有缆无线传输短节的发射短节与接收短节非接触式对接，实现了井下无线电能传输和无线数据通信，从而形成一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统，无需油管外部固定电缆，对接快速安全，施工效率高。

实施例1

如图1所示。一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统，包括地面控制器1-1、井口采油树、油管段和工具段，所述油管段包括油管1-2和穿设在所述油管1-2内的地面电缆1-3，所述工具段包括井下控制器1-6和与所述井下控制器通过油管1-2及钢管电缆1-7连接的若干层过电缆封隔器1-8和有缆智能分注仪1-9，若干层的过电缆封隔器1-8和有缆智能分注仪1-9依次通过油管1-2及钢管电缆1-7上下串接连接，其中：所述工具段还包括有缆无线传输短节，所述有缆无线传输短节的上端通过所述地面电缆1-3连接所述的地面控制器1-1，所述有缆无线传输短节的上端同时通过所述油管1-2连接所述井口采油树，所述有缆无线传输短节的下端连接所述的井下控制器1-6，所述井下控制器1-6从所述有缆无线传输短节上获取地面控制器1-1的下行通信指令后通过电缆载波通信的方式发送给下方若干层的有缆智能分注仪1-9，所述的井下控制器1-6同时获取各层有缆智能分注仪1-9的上行回复数据信号后传输给所述的有缆无线传输短节，有缆无线传输短节则再次通过电缆载波通信的方式将上行回复数据信号回传给所述的地面控制器1-1。

具体的说，所述地面控制器1-1、油管段和工具段三部分统一按照从上到下的连接顺序进行布置连接，所述地面控制器1-1设置在地面上，油管段和工具段设置在注入井的井下套管内，工具段的每层过电缆封隔器1-8和有缆智能分注仪1-9均通过油管1-2及钢管电缆1-7上下连接，每层的过电缆封隔器1-8和有缆智能分注仪1-9则设置在相应的注水层面上，每层的过电缆封隔器1-8用于密封上下相邻的注水层，最上层的有缆智能分注仪1-9通过油管1-2及钢管电缆1-7穿过所述过电缆封隔器1-8后与所述的井下控制器1-6连接，最下层的有缆智能分注仪1-9则通过油管1-2及钢管电缆1-7依次连接有双作用凡尔1-10、筛管1-11和丝堵1-12。所述地面电缆1-3优选为单芯铠装电缆或测井电缆。

进一步，所述的有缆无线传输短节包括发射短节1-4和接收短节1-5，所述的接收短节1-5安装在所述工具段的上端，所述接收短节1-5的上端通过油管1-2延伸连接所述的井口采油树，所述接收短节1-5的下端电连接所述的井下控制器1-6，所述发射短节1-4上端通过地面电缆1-3连接所述的地面控制器1-1，所述发射短节1-4插接在所述的接收短节1-5内时，所述发射短节1-4与所述地面控制器1-1之间通过双向电缆载波通信，所述发射短节1-4与所述接收短节1-5之间进行无线电能传输和双向无线数据通信。

具体的说，所述地面控制器1-1主要用来发送下行通信指令，同时接收并处理由发射短节1-4返回的上行回复数据信号。所述地面电缆1-3的上端连接地面控制器1-1，地面电缆1-3的下端连接发射短节1-4，其作用主要是给发射短节1-4供电和传输载波信号。过电缆封隔器1-8作用是坐封后将注水层隔开，同时可以直穿地面电缆1-3。有缆智能分注仪1-9则实现注入井井下的分层流量、温度、压力及水嘴开度的实时监测、以及注入井井下通过调节水嘴实现注入液量的实时控制，同时配合过电缆封隔器1-8实现在线直读验封功能。所述的过电缆封隔器1-8和有缆智能分注仪1-9为现有技术。

所述井下控制器1-6从接收短节1-5上获取地面控制器1-1的下行通信指令后通过电缆载波通信的方式发送给下方若干层的有缆智能分注仪1-9，所述的井下控制器1-6同时获取各层有缆智能分注仪1-9的上行回复数据信号后传输给所述有缆无线传输短节的接收短节1-5，接收短节1-5通过无线通信方式将上行数据信号发送给发射短节1-4，发射短节1-4则再次通过电缆载波通信的方式将上行回复数据信号回传给所述的地面控制器1-1。

进一步，如图2-图4所示。所述发射短节1-4的轴向设置有发射短节中心过流通道3-6，所述发射短节中心过流通道3-6的外周设置有能量发射线圈3-3和发射短节无线通信模块3-5，所述接收短节1-5的轴向设置有接收短节中心过流通道2-8，所述接收短节中心过流通道2-8的外周设置有能量接收线圈2-3和接收短节无线通信模块2-5；所述发射短节1-4与所述接收短节1-5对接时，所述能量发射线圈3-3与所述能量接收线圈2-3互感耦合；所述发射短节无线通信模块3-5与所述接收短节无线通信模块2-5双向无线数据通信。

具体的说，接收短节中心过流通道2-8设置在接收短节1-5的轴向中心，所述接收短节中心过流通道2-8从接收短节1-5的上端延伸至接收短节1-5的下端，接收短节中心过流通道2-8与接收短节1-5为同心结构。发射短节1-4和接收短节1-5对接状态下接收短节中心过流通道2-8被占用，所述能量接收线圈2-3与能量发射线圈3-3则互感耦合提供电能，当发射短节1-4上提后，接收短节中心过流通道2-8则空闲，此时接收短节中心过流通道2-8可作为其他测井仪器的下放通道使用。发射短节与接收短节对接同时实现发射短节与接收短节之间的互感耦合无线电能传输和无线双向数据通信。

进一步，所述接收短节1-5还包括接收短节外护管2-2，所述接收短节外护管2-2的上端设置有接收短节上接头2-1，接收短节外护管2-2的下端设置有接收短节下接头2-7，所述接收短节中心过流通道2-8设置在所述接收短节外护管2-2的中心并贯通所述的接收短节上接头2-1和接收短节下接头2-7，所述能量接收线圈 2-3和接收短节无线通信模块2-5设置在所述接收短节中心过流通道2-8外周的接收短节外护管2-2内；所述发射短节1-4还包括发射短节外护管3-4，所述发射短节外护管3-4的上端设置有发射短节电缆接头3-1，发射短节电缆接头3-1上端连接所述的地面电缆1-3；所述发射短节中心过流通道3-6贯通所述发射短节外护管3-4的轴心，所述能量发射线圈 3-3和发射短节无线通信模块3-5设置在所述发射短节中心过流通道3-6外周的发射短节外护管3-4内。

所述发射短节外护管3-4内设置有位于所述发射短节中心过流通道3-6外周的发射短节控制组件3-9，所述发射短节控制组件3-9与所述的发射短节无线通信模块3-5电连接；所述接收短节外护管2-2内设置有位于所述接收短节中心过流通道2-8外周的接收短节控制组件2-11，所述接收短节控制组件2-11与所述的接收短节无线通信模块2-5电连接。

所述接收短节外护管2-2内还设置有密封护筒2-12和电器安装座2-13，所述密封护筒2-12和电器安装座2-13上下连接套设在所述接收短节中心过流通道2-8的外周，所述的密封护筒2-12内设置有套设在所述接收短节中心过流通道2-8的外周的能量接收线圈骨架2-4；所述的能量接收线圈2-3套设在所述的能量接收线圈骨架2-4上，所述的接收短节无线通信模块2-5和接收短节控制组件2-11设置在所述密封护筒2-12内的电器安装座2-13上。

具体的说，所述接收短节上接头2-1和接收短节下接头2-7均为上下贯通的管状结构，接收短节上接头2-1、接收短节外护管2-2和接收短节下接头2-7三者使用螺纹密封上中下依次连接构成接收短节的外层钢体密封结构。接收短节外护管2-2下端内设置插接在接收短节下接头2-7上的电器安装座2-13，电器安装座2-13为偏心筒状结构。电器安装座2-13上端设置套设在接收短节外护管2-2内的密封护筒2-12，密封护筒2-12与电器安装座2-13螺纹密封连接构成接收短节的内层钢体密封结构。接收短节中心过流通道2-8则上下贯通设置在密封护筒2-12内与接收短节外护管2-2同心并从接收短节上接头2-1贯穿至接收短节下接头2-7。能量接收线圈 2-3则套设在密封护筒2-12内的能量接收线圈骨架2-4上外被能量接收线圈骨架2-4固定，能量接收线圈骨架2-4的上端螺母套在接收短节中心过流通道2-8外周的密封护筒2-12内，能量接收线圈骨架2-4下端的密封护筒2-12内部设置所述的接收短节控制组件2-11和所述的接收短节无线通信模块2-5，接收短节控制组件2-11电连接控制所述的接收短节无线通信模块2-5和能量接收线圈2-3。

在发射短节外护管3-4下端内部的发射短节中心过流通道3-6外周设置所述的发射短节控制组件3-9和发射短节无线通信模块3-5，发射短节无线通信模块3-5与所述的发射短节控制组件3-9相对设置，能量发射线圈 3-3则设置在发射短节控制组件3-9和发射短节无线通信模块3-5的上端，发射短节控制组件3-9则电连接控制所述能量发射线圈3-3和发射短节无线通信模块3-5。

为了便于能量发射线圈 3-3、发射短节无线通信模块3-5及发射短节控制组件3-9安装在发射短节外护管3-4内，发射短节外护管3-4的上端设置有与其同轴连接的延长管3-10，延长管3-10的上端设置了用于连接地面电缆1-3的发射短节电缆接头3-1，发射短节中心过流通道3-6同时向上延伸贯通所述延长管3-10的轴心。

为了增强能量发射线圈 3-3和能量接收线圈2-3之间的互感强度，在能量发射线圈 3-3内套设有能量发射线圈磁芯3-2，能量发射线圈磁芯3-2套设在发射短节中心过流通道3-6外部的延长管3-10下端。

当发射短节1-4与接收短节1-5进行对接后，一方面能量发射线圈3-3和能量接收线圈2-3进行互感耦合实现发射短节与接收短节之间的无线电能传输，互感耦合为磁耦合谐振方式。另一方面通过发射短节无线通信模块3-5和接收短节无线通信模块2-5之间实现发射短节1-4与接收短节1-5之间的无线双向数据通信，无线双向数据通信具体包括来自地面控制器1-1的下行通信指令和来自有缆智能分注仪1-9的上行回复数据信号。

进一步，所述接收短节上接头2-1上设有与所述接收短节中心过流通道2-8上端连通的第一液孔2-9，所述接收短节下接头2-7上设置有与所述接收短节中心过流通道2-8下端连通的第二液孔2-10，所述接收短节外护管2-2内设置有与所述第一液孔2-9和第二液孔2-10连通的环形过流通道2-6；所述发射短节外护管3-4的上端设置有与所述发射短节中心过流通道3-6径向贯通的第三液孔3-7，所述发射短节外护管3-4的下端设置有与所述发射短节中心过流通道3-6轴向贯通的第四液孔3-8。

具体的说，所述接收短节1-5上的第一液孔2-9和第二液孔2-10的纵向截面分别为上下相对设置的L型结构，第一液孔2-9和第二液孔2-10的横向截面为环形结构，接收短节外护管2-2内周与密封护筒2-12外周之间形成上下贯通的环形过流通道2-6，环形过流通道2-6的横向截面与第一液孔2-9和第二液孔2-10相通以实现环形过流通道2-6的上、下端分别与第一液孔2-9和第二液孔2-10上下密封贯通。

所述发射短节1-4上的第三液孔3-7径向设置在延长管3-10的上端并贯通延长管3-10的外周，第三液孔3-7径向与延长管3-10的轴向中心的发射短节中心过流通道3-6相贯通，所述的第四液孔3-8则设置在发射短节外护管3-4的下端轴向中心，第四液孔3-8的上端与发射短节中心过流通道3-6的下端贯通连接，第四液孔3-8的下端贯通发射短节外护管3-4的下端面。

作为一种优选，所述的第四液孔3-8可以与发射短节中心过流通道3-6为一体设置，即发射短节中心过流通道3-6的下端作为第四液孔3-8。

当所述发射短节1-4与接收短节1-5对接完成后，注入井内的注入液体可以从发射短节1-4上的第三液孔3-7流入，经过发射短节中心过流通道3-6后从第四液孔3-8流出，进入下方的工具段，然后通过有缆智能分注仪1-9的水嘴注入地层。

然而由于发射短节1-4与接收短节1-5对接后，接收短节中心过流通道2-8被占用，虽然仍然存在间隙，但过流能力不足，因此在接收短节1-5内设置环形过流通道2-6，这样可以使注入液体从接收短节1-5上端第一液孔2-9流入，经过环形过流通道2-6后从第二液孔2-10流出，进入下方的工具段，然后通过有缆智能分注仪1-9的水嘴注入地层，使得注入液体通过两个注入通道实现分流过流后最后再注入地层。

进一步，所述的能量发射线圈3-3和能量接收线圈2-3均为螺旋结构，所述发射短节1-4与所述接收短节1-5对接时，所述能量接收线圈2-3套设在所述能量发射线圈3-3的外周两者呈螺旋互套式结构。螺旋互套式结构可以形成磁耦合谐振式的互感耦合。

进一步，所述井下控制器1-6连接在所述接收短节1-5的下端，所述井下控制器1-6与所述有缆智能分注仪1-9通过双向电缆载波数据通信连接。

如图5所示。所述井下控制器1-6内设置有储能电池组4-4和井下控制器控制组件4-2，所述发射短节1-4和所述接收短节1-5对接时，所述井下控制器控制组件4-2与所述的接收短节无线通信模块2-5电连接。井下控制器1-6的井下控制器控制组件4-2可通过所述的接收短节1-5获取直流电源为所述的有缆智能分注仪1-9供电；所述发射短节1-4与所述接收短节1-5分离时，所述井下控制器1-6则可通过所述的储能电池组4-4获取直流电源为所述的有缆智能分注仪1-9供电。发射短节1-4与接收短节1-5对接时，井下控制器1-6从有缆无线传输接收短节1-5获取直流电源，一方面给下方连接的若干层有缆智能分注仪1-9进行供电，另一方面可实现与有缆智能分注仪1-9的双向电缆载波数据通信。

具体的说，所述井下控制器1-6包括井下控制器上接头4-1和井下控制器下接头4-7，井下控制器上接头4-1和井下控制器下接头4-7之间设置有井下控制器外护管4-6，井下控制器上接头4-1和井下控制器下接头4-7分别通过螺纹密封连接在井下控制器外护管4-6的上下端，井下控制器外护管4-6 内轴向中心套设有井下控制器中心过流管4-5，井下控制器中心过流管4-5的轴向中心形成贯通井下控制器上接头4-1和井下控制器下接头4-7的井下控制器过流通道4-3。井下控制器中心过流管4-5外周的井下控制器外护管4-6 内设置井下控制器控制组件4-2和储能电池组4-4，井下控制器控制组件4-2和储能电池组4-4相对安装在井下控制器下接头4-7上端两侧，井下控制器控制组件4-2电连接控制所述的储能电池组4-4。井下控制器上接头4-1与所述接收短节下接头2-7连接贯通，使得井下控制器过流通道4-3与接收短节中心过流通道2-8和环形过流通道2-6贯通。井下控制器下接头4-7则通过油管1-2及钢管电缆1-7连接过电缆封隔器1-8和有缆智能分注仪1-9。

当发射短节1-4提出地面后，发射短节与接收短节分离，井下控制器1-6从储能电池组4-4中获得电能为井下控制器1-6自身和有缆智能分注仪1-9进行供电，当有缆无线传输发射短节1-4与有缆无线传输接收短节1-5对接后，通过发射短节和接收短节可以为井下控制器1-6中的储能电池组4-4进行充电。

如图6所示。发射短节1-4内部集成了发射短节控制组件3-9、发射短节无线通信模块3-5、能量发射线圈3-3和能量发射线圈磁芯3-2。其中，发射短节控制组件3-9包括发射短节电源电路和依次电连接的发射短节发解码电路、发射短节主控电路、驱动电路、逆变电路和发射补偿电路。所述的驱动电路优选为半桥驱动电路或全桥驱动电路，所述的逆变电路可以优选为半桥逆变电路或全桥逆变电路。

发射短节电源电路的输入端电连接所述地面电缆1-3，发射短节电源电路的输出端分别电连接所述的发射短节主控电路、驱动电路和逆变电路。发射短节电源电路从所述的地面电缆1-3上获取电源，并且转换为多种不同规格的电压为发射短节主控电路、驱动电路和逆变电路进行供电。

发射短节发解码电路则通过连接地面电缆1-3实现发射短节1-4与地面控制器1-1之间的双向电缆载波通信。

发射短节主控电路则处理由地面控制器1-1发出的下行通信指令和由有缆智能分注仪1-9发出的上行回复数据信号，并向驱动电路提供互补PWM控制信号，驱动电路则向逆变电路提供PWM驱动信号，逆变电路则向发射补偿电路和能量发射线圈3-3提供高频（频率范围10K~200K）交流电源。发射补偿电路则补偿能量发射线圈，在适当的频率实现能量发射线圈3-3与能量接收线圈2-3之间的磁耦合谐振。发射短节主控电路同时控制所述的发射短节无线通信模块3-5。

如图7所示。接收短节1-5内部集成了接收短节控制组件2-11、接收短节无线通信模块2-5和能量接收线圈2-3。其中，接收短节控制组件2-11包括依次电连接的接收短节电源电路、接收补偿电路和整流滤波电路。

接收补偿电路通过补偿能量接收线圈2-3在适当的频率实现能量发射线圈3-3与能量接收线圈2-3的磁耦合谐振，整流滤波电路则通过将能量接收线圈2-3接收到的高频交流电源整流滤波后，输出直流电源到接收短节电源电路，接收短节电源电路则将整流滤波电路输出的直流电源进行初步稳压和滤波处理后输送给井下控制器1-6内的井下控制器控制组件4-2，最后供给井下控制器电源电路。

如图8所示。所述井下控制器控制组件4-2包括依次电连接的井下控制器电源电路、井下控制器主控电路和井下控制器发解码电路，井下控制器电源电路连接所述的储能电池组4-4。

井下控制器电源电路从接收短节电源电路获取直流电源后，进行稳压处理后得到井下控制器控制组件4-2需要的各种电压，井下控制器电源电路同时为储能电池组4-4进行充电。井下控制器发解码电路则通过连接钢管电缆1-7实现井下控制器1-6与各层的有缆智能分注仪1-9之间的双向电缆载波通信。

作为一种优选，井下控制器1-6可以集成在接收短节1-5的内部。即将井下控制器控制组件4-2与接收短节控制组件2-11连接集成在一起，而将储能电池组4-4安装在接收短节1-5的内部。

如图9所示。本实施例的有缆智能分注系统的供电路径如下：

发射短节1-4连接地面电缆1-3后下井，地面电缆1-3的另一端连接地面控制器1-1，地面控制器1-1通过地面电缆1-3为发射短节1-4提供发射端直流电源，发射短节电源电路从地面电缆1-3上获取直流电源，并且经变换得到多种规格电压为发射短节主控电路、驱动电路和逆变电路进行供电。

发射短节主控电路控制所述驱动电路来驱动所述的逆变电路，将直流电源逆变为高频（频率范围10K~200K）交流电源，经发射补偿电路传输给能量发射线圈3-3，在能量发射线圈3-3和能量接收线圈2-3之间产生高频交变磁场。高频交变磁场穿过发射短节外护管3-4、接收短节中心过流通道2-8后被能量接收线圈2-3接收。能量接收线圈2-3从高频交变磁场感应得到高频交流电源，经接收补偿电路和整流滤波电路后形成稳定的直流电源。接收短节电源电路将整流滤波电路输出的直流电源初步稳压和滤波处理后，输送给井下控制器电源电路。井下控制器电源电路可以变换稳压得到井下控制器控制组件4-2需要的各种电压。井下控制器电源电路同时为储能电池组4-4充电，储能电池组4-4的作用是通过井下控制器发解码电路连接钢管电缆1-7为有缆智能分注仪1-9供电。井下控制器主控电路可以对储能电池组4-4的充电状态进行检测和控制，同时也可以对储能电池组4-4的供电状态进行控制。

本实施例的有缆智能分注系统的通信原理如下：

首先，地面控制器1-1通过其内部的发解码电路，将发送给各层的有缆智能分注仪1-9的下行通信指令耦合到地面电缆1-3上，然后通过电缆载波通信的方式传输给发射短节1-4。

发射短节1-4的发射短节发解码电路将下行通信指令解析处理后经过发射短节主控电路发送给发射短节无线通信模块3-5，发射短节无线通信模块3-5再将下行通信指令无线发送到接收短节无线通信模块2-5上。

井下控制器主控电路从接收短节无线通信模块2-5获取地面控制器1-1的下行通信指令，并通过井下控制器发解码电路将下行通信指令再次通过电缆载波通信的方式发送给下方若干层的有缆智能分注仪1-9，井下控制器主控电路同时从钢管电缆1-7的总线上获取各层有缆智能分注仪1-9的上行回复数据信号，上行回复数据信号则通过井下控制器发解码电路解析处理后，再传输给接收短节无线通信模块2-5，由接收短节无线通信模块2-5无线发送给发射短节无线通信模块3-5。

发射短节1-4的发射短节主控电路则从发射短节无线通信模块3-5获取上行回复数据信号，通过发射短节发解码电路将上行回复数据信号耦合到地面电缆1-3上，再通过电缆载波通信的方式回传给地面控制器1-1，地面控制器1-1则解码获取到有缆智能分注仪1-9上传的上行回复数据信号。

发射短节无线通信模块3-5和接收短节无线通信模块2-5为现有通信模块，优选通信频率为433MHz/230MHz或采用LORA技术的耐高温无线通信模块。

本实施例的有缆智能分注系统在使用时，具体包括下述步骤：

步骤1）工具段管柱施工从分注井的井口采油树上端下入工具段的管柱，工具段的管柱连接顺序依次从下到上，并且根据分注层数量确定下入的过电缆封隔器1-8和有缆智能分注仪1-9的数量；

步骤2）工具段最上端连接所述有缆无线传输短节的接收短节1-5，接收接收短节1-5上端通过连接多根油管1-2一直延伸到井口采油树，接收短节1-5的上方为油管段施工，整个管柱施工只需要一次下管柱操作；

步骤3）工具段和油管段的管柱施工完成后进行地面施工，地面施工包括井口施工和地面控制器1-1的安装施工；

步骤4）地面施工完成后，地面电缆1-3下端挂接有缆无线传输短节的发射短节1-4进入分注井，将发射短节1-4与接收短节1-5进行对接，对接完成后，所述地面控制器1-1上电，即可在有缆无线传输短节的无线电能传输和双向无线数据通信的状态下完成对各层的有缆智能分注仪1-9的数据直读、水嘴调节、自动测调和自动在线验封等功能；

步骤5）当发射短节1-4上提后，接收短节中心过流通道2-8空闲，此时接收短节中心过流通道2-8可作为其他测井仪器的下放通道使用。

实施例2

如图10所示。与实施例1不同的是，实施例2中采用有缆式电动测封一体化智能分注仪13 替代实施例1中的过电缆封隔器1-8和有缆智能分注仪1-9。每层注水层上均设置有缆式电动测封一体化智能分注仪13 ，每层的有缆式电动测封一体化智能分注仪13均通过油管1-2及钢管电缆1-7相互连接，最上层的有缆式电动测封一体化智能分注仪13通过油管1-2及钢管电缆1-7连接至所述的井下控制器1-6，最下层的有缆式电动测封一体化智能分注仪13通过油管1-2及钢管电缆1-7依次连接所述的双作用凡尔1-10、筛管1-11和丝堵1-12 。本实施例的有缆式电动测封一体化智能分注仪13 同样为现有技术。

本实施例中的有缆式电动测封一体化智能分注仪13同时具有过电缆封隔器1-8和有缆智能分注仪1-9的功能和作用。同时将过电缆封隔器和有缆智能分注仪1-9更换为电动测封一体化智能分注仪1-13后，并使各层电动测封一体化智能分注仪13之间钢管电缆1-7从油管1-2内部连接通过，使得分注系统的整个管柱没有外露电缆，在施工时可实现整体带压作业，进一步扩大了有缆智能分注工艺在油田的应用范围。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统，包括地面控制器（1-1）、井口采油树、油管段和工具段，所述油管段包括油管（1-2）和穿设在所述油管（1-2）内的地面电缆（1-3），所述工具段包括井下控制器（1-6）和与所述井下控制器通过油管（1-2）及钢管电缆（1-7）连接的若干层过电缆封隔器（1-8）和有缆智能分注仪（1-9），若干层的所述过电缆封隔器（1-8）和有缆智能分注仪（1-9）依次通过油管（1-2）及钢管电缆（1-7）串接，其特征在于：所述工具段还包括有缆无线传输短节，所述有缆无线传输短节的上端通过所述地面电缆（1-3）连接所述地面控制器（1-1）、通过所述油管（1-2）连接所述井口采油树，所述有缆无线传输短节的下端连接所述的井下控制器（1-6），所述井下控制器（1-6）从所述有缆无线传输短节获取所述地面控制器（1-1）的下行通信指令后通过电缆载波通信发送给若干层的所述有缆智能分注仪（1-9），所述井下控制器（1-6）同时获取各层所述有缆智能分注仪（1-9）的上行回复数据信号后传输给所述的有缆无线传输短节，所述有缆无线传输短节通过电缆载波通信再将所述上行回复数据信号回传给所述的地面控制器（1-1）；所述的有缆无线传输短节包括发射短节（1-4）和接收短节（1-5），所述发射短节（1-4）内设置有能量发射线圈（3-3）和发射短节无线通信模块（3-5），所述接收短节（1-5）内设置有能量接收线圈（2-3）和接收短节无线通信模块（2-5）；所述接收短节（1-5）的下端电连接所述的井下控制器（1-6），所述发射短节（1-4）上端通过地面电缆（1-3）连接所述的地面控制器（1-1），所述发射短节（1-4）插接在所述的接收短节（1-5）内时，所述发射短节（1-4）与所述地面控制器（1-1）之间通过双向电缆载波通信，所述发射短节（1-4）与所述接收短节（1-5）之间进行无线电能传输和双向无线数据通信；所述井下控制器（1-6）内设置有储能电池组（4-4）和井下控制器控制组件（4-2）；当发射短节提出地面后，井下控制器从储能电池组中获得电能，为井下控制器自身以及井下控制器下方连接的各层有缆智能分注仪供电；所述发射短节（1-4）和所述接收短节（1-5）对接时，所述的井下控制器控制组件（4-2）与所述的接收短节（1-5）通信连接双向电缆载波数据通信，所述井下控制器控制组件（4-2）通过所述的接收短节（1-5）获取电源为所述的有缆智能分注仪（1-9）供电，所述能量发射线圈（3-3）和能量接收线圈（2-3）互感耦合可以为井下控制器（1-6）中的储能电池组（4-4）进行充电；所述发射短节无线通信模块（3-5）与所述接收短节无线通信模块（2-5）双向无线数据通信。

2.根据权利要求1所述的一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统，其特征在于：所述发射短节（1-4）的轴向设置有发射短节中心过流通道（3-6），所述发射短节中心过流通道（3-6）的外周设置所述能量发射线圈（3-3）和发射短节无线通信模块（3-5），所述接收短节（1-5）的轴向设置有接收短节中心过流通道（2-8），所述接收短节中心过流通道（2-8）的外周设置所述能量接收线圈（2-3）和接收短节无线通信模块（2-5）。

3.根据权利要求2所述的一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统，其特征在于：所述发射短节（1-4）内还设置有位于所述发射短节中心过流通道（3-6）外周的发射短节控制组件（3-9），所述发射短节控制组件（3-9）与所述的发射短节无线通信模块（3-5）电连接；所述接收短节（1-5）内还设置有位于所述接收短节中心过流通道（2-8）外周的接收短节控制组件（2-11），所述的接收短节无线通信模块（2-5）电连接所述井下控制器控制组件（4-2）。

4.根据权利要求3所述的一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统，其特征在于：所述发射短节控制组件（3-9）包括发射短节发解码电路和与其电连接的发射短节主控电路，所述发射短节发解码电路将所述的下行通信指令解析处理后经过发射短节主控电路发送给所述的发射短节无线通信模块（3-5），所述发射短节无线通信模块（3-5）再将下行通信指令无线发送给所述的接收短节无线通信模块（2-5）；所述井下控制器控制组件（4-2）包括井下控制器发解码电路和与其电连接的井下控制器主控电路，所述井下控制器主控电路从所述接收短节无线通信模块（2-5）获取下行通信指令后通过所述的井下控制器发解码电路发送给所述的有缆智能分注仪（1-9）；所述井下控制器发解码电路同时从所述有缆智能分注仪（1-9）获取上行回复数据信号，所述井下控制器主控电路将所述上行回复数据信号回传给所述的接收短节无线通信模块（2-5），所述接收短节无线通信模块（2-5）将再将所述上行回复数据信号无线发送给所述的发射短节无线通信模块（3-5）；所述发射短节主控电路则从所述发射短节无线通信模块（3-5）获取所述上行回复数据信号后回传给所述发射短节发解码电路，所述发射短节发解码电路再将所述上行回复数据信号回传给所述地面控制器（1-1）。

5.根据权利要求4所述的一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统，其特征在于：所述发射短节控制组件（3-9）还包括发射短节电源电路、驱动电路、逆变电路和与逆变电路电连接的发射补偿电路，所述发射短节主控电路将从发射短节电源电路获取的直流电源送入驱动电路与逆变电路处理后，由发射补偿电路传输给所述能量发射线圈（3-3）；所述接收短节控制组件（2-11）还包括接收短节电源电路和与其连接的整流滤波电路及接收补偿电路，所述能量接收线圈（2-3）将其与所述能量发射线圈（3-3）互感耦合获得的交流电源通过所述接收补偿电路和整流滤波电路转变为直流电源传输给所述的接收短节电源电路；所述的井下控制器控制组件（4-2）还包括井下控制器电源电路和与其连接的井下控制器主控电路，所述井下控制器电源电路从所述接收短节电源电路获取直流电源后通过所述的井下控制器主控电路为所述的储能电池组（4-4）充电。

6.根据权利要求4所述的一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统，其特征在于：所述接收短节（1-5）还包括接收短节外护管（2-2），所述接收短节外护管（2-2）的上端设置有接收短节上接头（2-1），所述接收短节外护管（2-2）的下端设置有接收短节下接头（2-7），所述接收短节中心过流通道（2-8）设置在所述接收短节外护管（2-2）的中心并贯通所述的接收短节上接头（2-1）和接收短节下接头（2-7），所述能量接收线圈 （2-3）和所述接收短节无线通信模块（2-5）设置在所述接收短节中心过流通道（2-8）外周的接收短节外护管（2-2）内；所述发射短节（1-4）还包括发射短节外护管（3-4），所述发射短节外护管（3-4）的上端设置有发射短节电缆接头（3-1），所述发射短节中心过流通道（3-6）贯通所述发射短节外护管（3-4）的轴心，所述能量发射线圈（3-3）和所述发射短节无线通信模块（3-5）设置在所述发射短节中心过流通道（3-6）外周的发射短节外护管（3-4）内。

7.根据权利要求6所述的一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统，其特征在于：所述接收短节上接头（2-1）上设有与所述接收短节中心过流通道（2-8）上端连通的第一液孔（2-9），所述接收短节下接头（2-7）上设置有与所述接收短节中心过流通道（2-8）下端连通的第二液孔（2-10），所述接收短节外护管（2-2）内设置有与所述第一液孔（2-9）和第二液孔（2-10）连通的环形过流通道（2-6）；所述发射短节外护管（3-4）的上端设置有与所述发射短节中心过流通道（3-6）径向贯通的第三液孔（3-7），所述发射短节外护管（3-4）的下端设置有与所述发射短节中心过流通道（3-6）轴向贯通的第四液孔（3-8）。

8.根据权利要求7所述的一种使用无线电能传输的有缆智能分注系统，其特征在于：所述的能量发射线圈（3-3）和能量接收线圈（2-3）均为螺旋结构，所述发射短节（1-4）与所述接收短节（1-5）对接时，所述能量接收线圈（2-3）套设在所述能量发射线圈（3-3）的外周两者呈螺旋互套式结构。

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