CN116556905A - 分体式智能配水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油田注水配水技术领域，尤其涉及一种分体式智能配水系统，包括地面控制器、供电通讯电缆、注水管道和配水装置，各所述的配水装置均包括配水器和测调仪两部分，配水器的中央设置有中央通道，测调仪插装在该中央通道内；所述配水器内设置有第一电气组件，所述供电通讯电缆引入配水器后与第一电气组件连接；所述测调仪的结构包括打捞头、流量计、第二电气组件、电机、支臂总成、蓄电池和引导头组件；打捞头位于测调仪的最上端；蓄电池为流量计和电机供电；第二电气组件与第一电气组件内设置有无线充电模块和无线通信模块。本发明通过采用分体式设计方案，将容易发生故障的部分集中在测调仪上，万一发生故障，直接更换测调仪即可。
Description
技术领域
本发明属于油田注水配水技术领域，尤其涉及一种分体式智能配水系统。
背景技术
在油田生产中，为了提高采油产量，常常需要在油井的周边设置注水井，通过注水井向地层内注水，使地层压力提升，以增加油井产量。注水时，需要在注水井井下设置与注水地层层数数量相同的配水装置，并通过调整各配水装置内水嘴处的通径来调整各地层的注水量。
目前，自动配水技术是最先进的配水技术，该技术中采用的配水装置通过供电通讯电缆与地面建立通信连接并实现供电，配水装置内含有用于调整水嘴开度的电机和用于监测注水流量的流量计。使用时，流量计将监测到的流量值上传至位于地面的控制器，控制器将监测到的流量值与预设值进行对比，并将根据对比的结果向电机发送动作指令，实现对水嘴开度的自动调节，进而实现自动配水。
现有的自动配水技术实施时，配水装置中的电路器件所在空间必须采用密封结构进行密封，否则会造成电路进水损坏。然而，在井下高温、高压、含酸(碱)以及零件加工精度和装配精度等多种因素作用下，长期使用后，保证密封结构百分之百的可靠是很难做到的，由于密封失效造成电路故障的情况时有发生。发生电路故障后，需要通过起管柱作业的方式将井下配水装置取出维修，因此，现有的自动配水技术运营后期维护成本急剧升高，严重削弱了自动配水技术本身的经济效益，也严重影响该技术推广。
发明内容
为了弥补现有自动配水技术的缺陷、解决其维护成本高、不利于推广的问题。本发明提供一种分体式智能配水系统。该分体式智能配水系统具有将现有自动配水技术中的配水装置分散开来、独立为配水器和测调仪两大组件，通过将简单可靠的部件设计在固定安装的配水器上，将易损部件集合到可方便更换的测调仪上。既保留了自动配水技术的自动化、智能化、低前期投入的优点，又避免了现有的自动配水装置的一损全损、维护难成本高的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种分体式智能配水系统，包括地面控制器、供电通讯电缆、注水管道和配水装置，其中，配水装置至少有一套，各配水装置通过注水管道串联安装在井下，地面控制器通过供电通讯电缆与配水装置连接，配水装置内设置有可调水嘴；
各所述的配水装置均包括配水器和测调仪两部分，配水器的中央设置有中央通道，测调仪插装在该中央通道内；
所述配水器内设置有第一电气组件，所述供电通讯电缆引入配水器后与第一电气组件连接；
所述测调仪的结构包括打捞头、流量计、第二电气组件、电机、支臂总成、蓄电池和引导头组件；打捞头位于测调仪的最上端，；蓄电池为流量计和电机供电；第二电气组件与第一电气组件内设置有无线充电模块和无线通信模块，第一电气组件通过无线充电模块向第二电气组件输送电能，第二电气组件再将电能储存在蓄电池中；
流量计采集到的数据和电机的参数汇总至第二电气组件，并通过无线通讯方式传输至第一电气组件，继而通过供电通讯电缆传输至地面控制器；同理，地面控制器发出的控制指令，依次经由供电通讯电缆和第一电气组件传输至、第二电气组件后传输至电机，通过电机输出的动力驱动可调水嘴，实现地层注水量的调整。
作为优选方案，所述流量计位于测调仪的上部，测调仪插入配水器最深处时，流量计仍然位于配水器上方。
作为优选方案，所述引导头组件包括导向体、自锁滑块、滑块弹簧、扶正弹片和解锁拉杆；
解锁拉杆滑动安装在导向体上部的中央，解锁拉杆的上端从导向体的上端伸出并与测调仪的其它部分固定连接，解锁拉杆与导向体之间设置有复位弹簧，解锁拉杆在复位弹簧的弹力作用下始终保持沿引导头的轴线向下滑动的趋势；
导向体的侧面设置有用于容纳自锁滑块的凹槽，自锁滑块的上端铰接在该凹槽内，所述滑块弹簧设置在自锁滑块的中部与凹槽的槽底之间，自锁滑块在滑块弹簧的弹力作用下始终保持向外张开的运动趋势；
自锁滑块下端的外侧固定设置有卡位钩，测调仪插入至配水器的中央通道内之后，卡位钩能够钩住配水器的内壁，从而将测调仪固定在配水器上；
所述解锁拉杆的下端和所述自锁滑块的上端均设置有钩状端头，并且两个钩状端头相互咬合，解锁拉杆相对于导向体向上滑动过程中，自锁滑块的下端在两个钩状端头的相互作用下向所述凹槽内收起，最终使卡位钩与配水器的内壁脱离；
所述扶正弹片固定安装在导向体的侧面并向外隆起。
作为优选方案，所述配水器内设置有两个传感器，分别称为内压传感器和外压传感器，内压传感器用于测量配水器内侧压力，外压传感器用于测量配水器外侧压力。
作为优选方案，所述第一电气组件内侧的结构件和第二电气组件外侧的结构件均由非金属材料制成。
作为优选方案，所述非金属材料为聚醚醚酮。
本发明具有如下有益效果：
本发明中，配水装置分为配水器和测调仪两部分，通过采用这种分体式设计方案，将容易发生故障的部分集中在测调仪上，万一发生故障，直接更换测调仪即可。既保留了现有的一体式自动配水系统的自动化、智能化、低前期投入的优点，又避免了一体式配水系统的一损全损、维护难成本高的问题。在实际应用中，可实现几个人、一台车、几个小时完成整口井的全部测调仪更换，避免了一体式维修需要至少十天半个月的全井管线的起出、下放作业，以及配套施工的若干大型机械设备、全班组人员的支持。为油田生产节俭了大量人力、物力、财力。节能减排效果明显。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是配水器的结构示意图。
图3是测调仪的结构示意图。
图4是引导头组件的结构示意图。
图5是配水器和测调仪组合后——即配水装置的结构示意图。
图中：1、地面控制器，2、供电通讯供电通讯电缆，3、配水器，4、测调仪，5、注水管道，6、主体，7、第一电气组件，8、可调水嘴，9、打捞头，10、流量计，11、第二电气组件，12、电机，13、支臂总成，14、蓄电池，15、自锁总成，16、引导头组件，17、中央通道，18、解锁拉杆，19、复位弹簧，20、导向体，21、钩状端头，22、自锁滑块，23、卡位钩，24、滑块弹簧，25、扶正弹片，26、凹槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护的范围。
如图1所示，本实施例包括地面控制器1、供电通讯电缆2、注水管道5和配水装置，其中，配水装置至少有一套，各配水装置通过注水管道5串联安装在井下，地面控制器1通过供电通讯电缆2与配水装置连接，配水装置内设置有可调水嘴8。井口安装有专用过供电通讯电缆2高压密封装置实现供电通讯电缆2在井口位置的进出。供电通讯电缆2在井下注水管道5沿线分布，直通井底，并有终端结尾保护。供电通讯电缆2经过各层配水器3，会将配水器3依次串联接入联通。使用时，通过地面控制器1接收井下配水装置监测到的流量数据，将监测数据与预设参数进行比对后，地面控制器1向井下的配水装置发送执行指令，使配水装置内的电机12启动，电机12驱动可调水嘴8动作，使可调水嘴8的开度发生变化，从而实现对注水流量的调节。
如1和5所示，各所述的配水装置均包括配水器3和测调仪4两部分，配水器3的中央设置有中央通道17，测调仪4插装在该中央通道17内，需要注意的是，注水管道5内注入的水需要经过测调仪4外侧和中央通道17内壁之间的环形空间到达可调水嘴8处，因此，中央通道17的直径应明显大于测调仪4的外径，以保证注入的水流经配水器3和测调仪4之间时不会被限流。地面控制器1与注水管道5上布设的供电通讯电缆2连接，供电通讯电缆2和与多个配水器3相连接。配水器3内可任意吊装测调仪4，二者间可通过无线方式供电及通讯。
通过采用上述的分体式设计方案，将容易发生故障的部分集中在测调仪4上，万一发生故障，直接更换测调仪4即可。既保留了现有的一体式自动配水系统的自动化、智能化、低前期投入的优点，又避免了一体式配水系统的一损全损、维护难成本高的问题。在实际应用中，可实现几个人、一台车、几个小时完成整口井的全部测调仪4更换，避免了一体式维修需要至少十天半个月的全井管线的起出、下放作业，以及配套施工的若干大型机械设备、全班组人员的支持。为油田生产节俭了大量人力、物力、财力。节能减排效果明显。
如图2所示，配水器3包括主体6、第一电气组件7和可调水嘴8，主体6整体为全金属筒状结构，其内部靠上部分内嵌第一电气组件7，所述供电通讯电缆2引入配水器3后与第一电气组件7连接，第一电气组件7内部集成有无线供电、通讯组件，还可集成内外压力传感器组件以及配套电路。本发明中，可调水嘴8为陶瓷可调水嘴8，以偏心方式安装于主体6的中心附近，配合主体6内导槽可与测调仪4的调节支臂对接，并由测调仪4电机12进行水量调控。
在配水器3中，根据电学知识，电气部分的无线供电、无线通讯和压力检测单元，全部为固定式结构，没有活动组件、能量存储组件、流量测试组件等易损组件，最大限度保证了配水器3设备的可靠性。保证了配水器3的可靠性之后，本发明采用的分体式配水装置的技术优势变得更加突出。
如图3所示，所述测调仪4的结构包括打捞头9、流量计10、第二电气组件11、电机12、支臂总成13、蓄电池14和引导头组件16。各组件自上而下依次相连，其中打捞头9连接流量计10，第二电气组件11和电机12共同控制支臂总成13，并由下方的蓄电池14供电。打捞头9位于测调仪4的最上端，引导头组件16位于测调仪4的最下端；蓄电池14为流量计10和电机12供电；第二电气组件11与第一电气组件7内设置有无线充电模块和无线通信模块，第一电气组件7通过无线充电模块向第二电气组件11输送电能，第二电气组件11再将电能储存在蓄电池14中；
流量计10采集到的数据和电机12的参数汇总至第二电气组件11，并通过无线通讯方式传输至第一电气组件7，继而通过供电通讯电缆2传输至地面控制器1；同理，地面控制器1发出的控制指令，依次经由供电通讯电缆2和第一电气组件7传输至、第二电气组件11后传输至电机12，通过电机12输出的动力驱动可调水嘴8，实现地层注水量的调整。
需要说明的是：
在配水装置中，可调水嘴8的安装结构，测调仪4上由电机12驱动的支臂总成13的结构，支臂总成13与可调水嘴8的对接结构以及可调水嘴8等结构，均为成熟的现有技术，本领域技术人员应该知晓这些现有技术，并借助这些现有技术理解并实施本实施例所述的技术方案，故在此不再做深度说明。
如图3所示，所述流量计10位于测调仪4的上部，测调仪4插入配水器3最深处时，流量计10仍然位于配水器3上方。
如图4所示，所述引导头组件16包括导向体20、自锁滑块22、滑块弹簧24、扶正弹片25和解锁拉杆18；解锁拉杆18滑动安装在导向体20上部的中央，解锁拉杆18的上端从导向体20的上端伸出并与测调仪4的其它部分固定连接，解锁拉杆18与导向体20之间设置有复位弹簧19，解锁拉杆18在复位弹簧19的弹力作用下始终保持沿引导头的轴线向下滑动的趋势。导向体20的侧面设置有用于容纳自锁滑块22的凹槽26，自锁滑块22的上端铰接在该凹槽26内，所述滑块弹簧24设置在自锁滑块22的中部与凹槽26的槽底之间，自锁滑块22在滑块弹簧24的弹力作用下始终保持向外张开的运动趋势。自锁滑块22下端的外侧固定设置有卡位钩23，测调仪4插入至配水器3的中央通道17内之后，卡位钩23能够钩住配水器3的内壁，从而将测调仪4固定在配水器3上。所述解锁拉杆18的下端和所述自锁滑块22的上端均设置有钩状端头21，并且两个钩状端头21相互咬合，解锁拉杆18相对于导向体20向上滑动过程中，自锁滑块22的下端在两个钩状端头21的相互作用下向所述凹槽26内收起，最终使卡位钩23与配水器3的内壁脱离。所述扶正弹片25固定安装在导向体20的侧面并向外隆起。
在测调仪4上，导向自锁滑块22依靠滑块弹簧24支撑，平时突出在下导向体20的体外，在测调仪4坐层过程中，自锁滑块22在配水器3内壁导轨槽中向下滑动，并带动测调仪4整体旋转使支臂对正配水器3内的可调水嘴8。自锁滑块22外沿设置有卡位钩23，可卡住配水器3下端对应位置。由于有滑块弹簧24以及扶正弹片25作为支撑，该结构在配水器3底端向上的反冲水流作用下不会松动，实现测调仪4坐层自锁的效果。当使用投捞器打捞测调仪4时，整体仪器上提受力，牵引解锁拉杆18使其向上移动，解锁拉杆18的拉动作用使自锁滑块22向内收缩，卡位钩23和配水器3脱离完成解锁动作，实现测调仪4起井操作。
作为优选方案，所述第一电气组件7内侧的结构件和第二电气组件11外侧的结构件均由非金属材料制成，以避免电磁波被屏蔽，保证无线充电和无线通讯的顺利进行。本实施例中，所述非金属材料为聚醚醚酮(也称PEEK)，结构强度、绝缘性能和耐温性能均有保证。
本发明的安装使用过程为：
实际使用时，将构成配水系统的多个配水器3和注水管道5按照设计要求的间距进行管道组合串接，边组合边下放，形成整根注水管道5系统。下放同时由供电通讯电缆2串联连接各配水器3形成电气通路，并延伸至井口控制器上。在井口控制器检测各层段连接无误后，用专用工具投捞器放置最底层的测调仪4，测调仪4坐层成功、建立无线连接并自锁好后完成本层测调仪4的投放。之后再放置其上面一层的测调仪4，直至所有层全部放置成功。测调仪4通过专用工具投捞器连接其打捞头9的方式下放，再提前开启支臂总成13的条件下，测调仪4到达配水器3内时，支臂总成13和可调水嘴8对接，并由下端导向自锁总成15自锁定，完成坐层操作。
地面控制器1此后可通过供电通讯电缆2与各层配水器3相通，获取某层地层压力、注水压力、温度及注水流量数据。地面控制器1可根据设置调控相应测调仪4内的电机12，由电机12带动支臂总成13，扭转可调水嘴8实现流量的控制。
当出现测调仪4内部组件出现损坏情况时，可由专用工具投捞器从上至下将损坏层及其上层测调仪4全起出，更换好后再又下至上分别投入即可完成维修工作，无需进行配水器3和注水管道5的起出作业。测调仪4需要上提出井时，由专用工具投捞器抓接其捞头后，施加上提拉力实现下端导向自锁总成15的自动脱钩动作。
以上尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种分体式智能配水系统，包括地面控制器(1)、供电通讯电缆(2)、注水管道(5)和配水装置，其中，配水装置至少有一套，各配水装置通过注水管道(5)串联安装在井下，地面控制器(1)通过供电通讯电缆(2)与配水装置连接，配水装置内设置有可调水嘴(8)，其特征在于：
各所述的配水装置均包括配水器(3)和测调仪(4)两部分，配水器(3)的中央设置有中央通道(17)，测调仪(4)插装在该中央通道(17)内；
所述配水器(3)内设置有第一电气组件(7)，所述供电通讯电缆(2)引入配水器(3)后与第一电气组件(7)连接；
所述测调仪(4)的结构包括打捞头(9)、流量计(10)、第二电气组件(11)、电机(12)、支臂总成(13)、蓄电池(14)和引导头组件(16)；打捞头(9)位于测调仪(4)的最上端，；蓄电池(14)为流量计(10)和电机(12)供电；第二电气组件(11)与第一电气组件(7)内设置有无线充电模块和无线通信模块，第一电气组件(7)通过无线充电模块向第二电气组件(11)输送电能，第二电气组件(11)再将电能储存在蓄电池(14)中；
流量计(10)采集到的数据和电机(12)的参数汇总至第二电气组件(11)，并通过无线通讯方式传输至第一电气组件(7)，继而通过供电通讯电缆(2)传输至地面控制器(1)；同理，地面控制器(1)发出的控制指令，依次经由供电通讯电缆(2)和第一电气组件(7)传输至、第二电气组件(11)后传输至电机(12)，通过电机(12)输出的动力驱动可调水嘴(8)，实现地层注水量的调整。
2.根据权利要求1所述的一种分体式智能配水系统，其特征在于：所述流量计(10)位于测调仪(4)的上部，测调仪(4)插入配水器(3)最深处时，流量计(10)仍然位于配水器(3)上方。
3.根据权利要求1所述的一种分体式智能配水系统，其特征在于：所述引导头组件(16)包括导向体(20)、自锁滑块(22)、滑块弹簧(24)、扶正弹片(25)和解锁拉杆(18)；
解锁拉杆(18)滑动安装在导向体(20)上部的中央，解锁拉杆(18)的上端从导向体(20)的上端伸出并与测调仪(4)的其它部分固定连接，解锁拉杆(18)与导向体(20)之间设置有复位弹簧(19)，解锁拉杆(18)在复位弹簧(19)的弹力作用下始终保持沿引导头的轴线向下滑动的趋势；
导向体(20)的侧面设置有用于容纳自锁滑块(22)的凹槽(26)，自锁滑块(22)的上端铰接在该凹槽(26)内，所述滑块弹簧(24)设置在自锁滑块(22)的中部与凹槽(26)的槽底之间，自锁滑块(22)在滑块弹簧(24)的弹力作用下始终保持向外张开的运动趋势；
自锁滑块(22)下端的外侧固定设置有卡位钩(23)，测调仪(4)插入至配水器(3)的中央通道(17)内之后，卡位钩(23)能够钩住配水器(3)的内壁，从而将测调仪(4)固定在配水器(3)上；
所述解锁拉杆(18)的下端和所述自锁滑块(22)的上端均设置有钩状端头(21)，并且两个钩状端头(21)相互咬合，解锁拉杆(18)相对于导向体(20)向上滑动过程中，自锁滑块(22)的下端在两个钩状端头(21)的相互作用下向所述凹槽(26)内收起，最终使卡位钩(23)与配水器(3)的内壁脱离；
所述扶正弹片(25)固定安装在导向体(20)的侧面并向外隆起。
4.根据权利要求1所述的一种分体式智能配水系统，其特征在于：所述配水器(3)内设置有两个传感器，分别称为内压传感器和外压传感器，内压传感器用于测量配水器(3)内侧压力，外压传感器用于测量配水器(3)外侧压力。
5.根据权利要求1所述的一种分体式智能配水系统，其特征在于：所述第一电气组件(7)内侧的结构件和第二电气组件(11)外侧的结构件均由非金属材料制成。
6.根据权利要求5所述的一种分体式智能配水系统，其特征在于：所述非金属材料为聚醚醚酮。
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