CN116696295A - 一种用于注水井的注水调控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于注水井的注水调控系统，包括：游子限位装置，其设置在井口，用于在接收到激活指令时释放游子；地面输水装置，其出口与游子限位装置的内部空间连通，用于通过游子限位装置向井下注水；游子，其用于在配水工况下，接收用来对各井下配水装置进行配水调控的配水指令，并在被释放后随水流进入注水管柱，以及完成数据收集后上浮至井口；每个配水装置设置于目标层处并安装在管柱的侧壁外，用于监测目标层的生产数据，并在探测到游子时，将生产数据与游子所携带的配水指令进行交换，以利用配水指令进行配水调控。本发明缩短了数据传输及信号控制的距离，受环境干扰弱，数据交换速度更快、更稳定。

Description

一种用于注水井的注水调控系统及方法

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，尤其是涉及一种用于注水井的注水调控系统及方法。

背景技术

在油田开发后期，注水开发是为地层补能的重要手段，然而由于油藏层间矛盾的存在，笼统注水会产生各层间吸水不均，达不到良好的水驱效果，因此分层注水工艺尤为重要。分层注水技术历经固定式分层注水、活动式分层注水、偏心分层注水、桥式同心分层注水以及最新一代的智能化分层注水等技术发展阶段。

常规分层注水需要使用钢丝作业实现分层调控，作业耗时长、效率低；而井下智能调控设备多使用电缆进行供电及数据传输，起下工艺复杂且作业成本较高。现有井下智能注水装置一般使用电磁波或者压力脉冲进行指令控制及数据传输，受井筒及地层环境影响较大，对于复杂及较深储层、复杂井身结构井适应性较差。因而更需要发明一种受环境影响小、数据传输效率高的井下智能数据传输方法，以及所配套适用的高稳定性、低作业施工运用难度、低操作成本且不需频繁维护的智能注水系统。

因而，现有技术需要提供一种用于注水井的注水调控方案，从而有效解决上述一个或多个技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于注水井的注水调控系统，包括：游子限位装置，其设置在井口，用于在接收到激活指令时释放游子；地面输水装置，其出口与所述游子限位装置的内部空间连通，用于通过所述游子限位装置向井下注水；所述游子，其用于在配水工况下，接收用来对各井下配水装置进行配水调控的配水指令，并在被释放后随水流进入注水管柱，以及完成数据收集后上浮至井口；多个井下配水装置，每个配水装置设置于目标层处并安装在所述注水管柱的侧壁外，用于监测目标层的生产数据，并在探测到所述游子时，将所述生产数据与所述游子所携带的关于自身的所述配水指令进行交换，以利用所述配水指令进行配水调控。

优选地，所述游子限位装置包括：与所述地面输水装置的出口相连通的井口设备，其底部与井口连通，用于为所述游子提供井口容纳空间；捕捉装置，其设置在所述井口设备的上端部，用于对所述游子进行限位固定控制及释放控制；井口信号交换装置，其设置在所述井口设备的外部并安装在所述捕捉装置上，用于通过与所述游子通讯，来促使所述游子获得所述配水指令，并读取所述游子收集到的所有生产数据。

优选地，所述井口信号交换装置，其还与所述捕捉装置通讯，用于在配水工况下向所述捕捉装置发送所述激活指令，以及实时探测所述游子是否靠近捕捉装置，并在探测到所述游子时，生成捕捉指令，从而将所述捕捉指令发送至所述捕捉装置。

优选地，所述游子包括：承压外壳；设置于所述承压外壳内部的第一信号收发设备，其用于持续发出第一探测信号；设置于所述承压外壳内部的第一数据存储及处理设备，其与所述第一信号收发设备连接，用于在靠近相应目标配水层的水下配水装置时，在所述第一信号收发设备的配合下，与当前井下配水装置进行无线通讯，以实现配水指令与生产数据的信息交换；设置于所述承压外壳内部的轻质绝缘填充部。

优选地，所述井下配水装置包括：设置于注水管柱的侧壁上的配水短节本体，所述配水短节本体的两端设置有上接口和下接口；与所述注水管柱连通的注水出口，所述注水出口设置在所述配水短节本体的侧壁上；第二信号收发设备；第二数据存储及处理设备，其与所述第二信号收发设备连接，用于在探测到所述第一探测信号时与所述游子进行无线通讯，从而实现配水指令与生产数据的信息交换；同时与所述注水出口和所述第二数据存储及处理设备连接的动力设备，其用于在所述配水指令的控制下，对所述注水出口的流速和/或出口口径进行调控。

优选地，所述注水调控系统还包括：设置于所述井筒底部的防溢收口装置，所述防溢收口装置用于在所述游子随水流经过所有井下配水装置后进行井底限位。

优选地，所述地面输水装置包括：第一注水管线，其出口与所述游子限位装置内的井口设备的侧壁连通，用于在注水工况下与所述井口设备连通，并在所述配水工况下不与所述井口设备的侧壁连通；第二注水管线，其第一端与所述第一注水管线的侧壁连通，所述第二注水管线的第二端与所述游子限位装置内的井口设备的侧壁连通，用于在配水工况下与所述井口设备连通。

优选地，所述地面输水装置，还包括：靠近于所述第一注水管线的入口处的第一注入阀；设置于所述第二注水管线内的第二注入阀；靠近于所述第一注水管线的出口处的第三注入阀。

优选地，所述游子限位装置，其还用于监测装置内部空间的动态压力，以判断所述游子到达井筒底部的时机，基于此，生成停止注水指令，以使得注水装置停止注水。

另一方面，提供了一种用于注水井的注水调控方法，所述注水调控方法利用如上述所述的注水调控系统来实现，其中，所述注水调控方法包括：将地面输水装置与游子限位装置连通，并通过所述游子限位装置向井下注水；在配水工况下，所述游子接收用来对各井下配水装置进行配水调控的配水指令；利用所述游子限位装置来在接收到激活指令时释放游子，使得所述游子在被释放后随水流进入注水管柱；利用每个设置于目标层处并安装在所述注水管柱的侧壁外的井下配水装置来监测目标层的生产数据，并在探测到所述游子时，将所述生产数据与所述游子所携带的关于自身的所述配水指令进行交换，以利用所述配水指令进行配水调控；所述游子完成数据收集后上浮至井口。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明提出了一种用于注水井的注水调控系统及方法。该系统及方法使用智能游子进行井下数据传输及注水调控的智能注水调控，实现对分层注水井各注水段实时无线智能测调及数据监控。本发明通过形成一种特殊的井下数据信号双向传输方法，不仅缩短了数据传输及信号控制的距离，使得数据与指令的交换传输场景受环境干扰弱，数据交换速度更快、更稳定，可解决现有无线传输测调装置使用电磁波或脉冲传导等技术受环境因素干扰较大、使用深度受限等难题，对实现高效、低成本智能油田具备现实意义。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本申请实施例的用于注水井的注水调控系统的整体结构示意图。

图2为本申请实施例的用于注水井的注水调控系统的应用环境及具体结构示意图。

图3为本申请实施例的用于注水井的注水调控系统中的游子的结构示意图。

图4为本申请实施例的用于注水井的注水调控系统中的井下配水装置的结构示意图。

图5为本申请实施例的用于注水井的注水调控系统的运行过程示意图。

图6为本申请实施例的用于注水井的注水调控方法的步骤图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

另外，附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在油田开发后期，注水开发是为地层补能的重要手段，然而由于油藏层间矛盾的存在，笼统注水会产生各层间吸水不均，达不到良好的水驱效果，因此分层注水工艺尤为重要。分层注水技术历经固定式分层注水、活动式分层注水、偏心分层注水、桥式同心分层注水以及最新一代的智能化分层注水等技术发展阶段。

常规分层注水需要使用钢丝作业实现分层调控，作业耗时长、效率低；而井下智能调控设备多使用电缆进行供电及数据传输，起下工艺复杂且作业成本较高。现有井下智能注水装置一般使用电磁波或者压力脉冲进行指令控制及数据传输，受井筒及地层环境影响较大，对于复杂及较深储层、复杂井身结构井适应性较差。因而更需要发明一种受环境影响小、数据传输效率高的井下智能数据传输方法，以及所配套适用的高稳定性、低作业施工运用难度、低操作成本且不需频繁维护的智能注水系统。

2019年，谭绍栩等介绍了一种海上平台分层注水的系统设备。该套系统通过井下压力传感器和液控滑套进行数据实时采集和流量控制，实现地面与井下的监控与数据交换。该套系统数据交换使用了一种永久式井下压力计，该压力计带有两个传感器可以检测套管中轻微的压力波动、温度波动及流量波动，并讲所监测数据通过电缆传输至地面。然而使用有缆信号传输工具入井作业复杂，管线较多，易出现管线破损、电缆绝缘失效等问题，增加了起下井作业难度及时间及成本。

申请号201220122870.2的《油田注水井细分注水投球调剖一体化管柱》提出了一种使用投球调剖的一体化管柱，该管柱可通过井口投球进行井下分层注水的配水调控。然而该方法只能进行特定的注水量调控，且调控次数有限，并且无法同时进行井下生产数据的监控与传输反馈。

申请号201821966297.7的《一种缆控式智能分层注水装置系统》提出了一种缆控式智能分层注水装置系统。该系统使用电缆对井下智能配注工具串进行控制，以达到对分层注水时各层段注水调配及分段流量的自动测调。然而该装置使用电缆作为电信号及能源传输媒体，起入井作业时施工较为复杂，且电缆易受环境影响损坏，损坏后作业维修时间长，增大了运营维护成本。

申请号201821544813.7的《一种注水井压力波码智能分层注水系统》提出了一种在注水井运用的使用压力波码进行调控的分层注水系统。该方法通过井口向注水通道发射压力波码，井下精准流量监测装置收到波码后命令智能注水系统进行配水调节。该方法的使用避免了传统钢丝及电缆调控及有缆智能配水系统所带来的作业费用高等问题，然后该方法所使用的井下流量计不稳定、易损坏，且井内环境复杂，压力波受环境影响大导致监测误差调控难度大，使得该方法信号调控较难适用于复杂井筒及流量环境。

因此，为了解决上述一个或多个技术问题，本申请实施例提出了一种用于注水井的注水调控系统及方法。该系统及方法包括作为地面智能井口的游子限位装置、地面输水装置、油管智能信号交换游子、井下智能分层配水测调装置。通过特制的一般停留在井口处的信号交换游子，使用时该游子能在注水管柱内自由上下移动，移动至注水段智能测调装置时可以进行数据交换，驱动测调装置进行水嘴调控，并同时收集包括井下温压、流量等生产监测数据，完成所有测调装置的信息交换及生产数据收集任务后，通过浮力快速返回井口并传输所携带数据。本发明能够解决现有无线传输测调装置使用电磁波或脉冲传导等技术受环境因素干扰较大、使用深度受限等难题，对实现高效、低成本智能油田具备现实意义。

需要说明的是，在本发明实施例中所涉及的“上方”、“下方”均为相对方向，具体地，将指向天空的方向称为“上方”，将指向井下的方向称为“下方”。

图1为本申请实施例的用于注水井的注水调控系统的整体结构示意图。如图1所示，本发明实施例所述的用于注水井的注水调控系统(以下简称“注水调控系统”)至少包括：游子限位装置A、地面输水装置B、游子C和多个井下配水装置D。游子限位装置A设置在井口，具体设置在注水管柱(注水井筒)11的井口处。进一步，游子限位装置A的内部空间构造成井口空间，游子限位装置A的底部(内部)与注水管柱11的井口相连通。地面输水装置B设置在地面，并且地面输水装置B的出口与游子限位装置A的内部空间相连通。其中，通过在套管12与注水管柱11之间设置位于不同井深位置处的封隔器(参见图2中的封隔器13、15)来将不同注水层内的射孔段间隔开来。每个井下配水装置D分别设置于不同注水层内。进一步，每个井下配水装置D均设置在不同目标层(参见图2中的目标层1、目标层2)的射孔段(参见图2中的目标层1的射孔段13、目标层2的射孔段16)处，并且，环绕安装在相应目标层所在注水管柱11的侧壁外。也就是说，每个注水层内的射孔段处所对应的注水管柱11的外侧均安装有相对应的井下配水装置D。

具体地，游子限位装置A用于对设置在井口的游子C进行限位固定，其中，在接收到(游子)激活指令时，释放游子C。地面输水装置B用来通过游子限位装置A和注水管柱11向井下注水。

游子C用于在配水工况下，接收用来对各个井下配水装置D进行配水(量)调控的配水指令，并在被释放后随水流进入，以及完成数据收集后上浮至井口，以被游子限位装置A进行限位固定。需要说明的是，在本发明实施例中，注水调控系统分别具有两种工况，分别为注水工况和配水工况。配水工况为一个或多个井下配水装置D进行井下配水和/或生产数据采集时所对应的配水指令传输及生产数据收集过程；注水工况为按照配水工况为井下配水装置D所配置的配水参数(包括：注水出口流速和/或注水出口口径)进行注水作业的过程。

每个井下配水装置D均用于实时监测所在目标层的生产数据，并实时检测游子C是否靠近并经过相应配水装置D，其中，在检测到游子C靠近自身相应目标层的射孔段时(在探测到游子3时)，将当前井下配水装置D所收集并存储的生产数据与游子C所携带的关于自身(当前井下配水装置D)的配水指令进行信息交换，使得当前井下配水装置D利用交换后所得到的针对自身的配水指令，对当前注水层段进行配水调控，并使得游子C在信息交换后获得关于自身的生产数据，以完成针对当前井下配水装置D的生产数据收集任务。

图2为本申请实施例的用于注水井的注水调控系统的应用环境及具体结构示意图。下面结合图1和图2，对本发明实施例所述的注水调控系统的具体结构及功能进行说明。

如图2所示，游子限位装置A作为注水调控系统的智能井口装置，至少包括：井口设备4、捕捉装置2和井口信号交换装置1。井口设备4与地面输水装置B的出口相连通，并且，井口设备4的底部与注水管柱11的井口相连通。捕捉装置2设置在井口设备4的上端部。井口信号交换装置1设置在井口设备4的外部，并且，安装在捕捉装置2的上端面上。地面输水装置B与注水装置(未图示)相连通，地面输水装置B作为注水调控系统的水输送管线装置，主要用来将注水装置中所存储的水输送至注水管柱11的井口位置，以通过注水管柱11向井下输送注入水。

井口设备4构造为中空壳体，用于为游子C(参见图2中的部件3)提供井口容纳空间。捕捉装置2为智能井口游子捕捉装置，用于对游子3进行限位固定控制及释放控制。井口信号交换装置1为智能井口信号交换装置，并与游子3进行通讯。井口信号交换装置1用于通过与游子3的通讯来促使游子3获得针对需要进行配水调控的一个或多个井下配水装置D的配水指令，以及读取游子收集到的所有生产数据。

具体地，在正常注水工况下，游子3通过捕捉装置2而实现井口限位固定。其中，在需要对一个或多个井下配水装置进行井下配水和/或生产数据采集时，井口信号交换装置1向捕捉装置2发送激活指令，使得捕捉装置2在激活指令的作用下，释放游子3。

另外，在本发明实施例中，井口信号交换装置1具备智能天线，由于游子3在完成所有井下配水装置D的生产数据收集任务后通过自身浮力返回至井口，因此，本发明实施例所述的井口信号交换装置1还用于通过智能天线来实时检测游子3所实时发出的下述第一探测信号的信号强度，从而根据信号强度的诊断结果来实时探测游子3是否靠近捕捉装置2。其中，井口信号交换装置1用于在检测到游子3正在逐渐靠近捕捉装置2时，立即生成捕捉指令，从而将捕捉指令发送至捕捉装置2，继而使得捕捉装置2在捕捉指令的作用下完成对游子3的井口限位固定操作。

图3为本申请实施例的用于注水井的注水调控系统中的游子的结构示意图。如图3所示，游子3作为注水调控系统的智能信号游子装置，至少包括：承压外壳301、第一信号收发设备305、第一数据存储及处理设备304和轻质绝缘填充部302。承压外壳301采用承压材料制成，构造为中空外壳结构。第一信号收发设备305和第一数据存储及处理设备304均设置于承压外壳301的内部，并且承压外壳301的内部(剩余)空间全部利用轻质绝缘填充部302来实现填充。其中，第一数据存储及处理设备304与第一信号收发设备305电连接，并实现通信。另外，本发明实施例所述的游子3还包括第一供电装置303。供电装置303为第一信号收发设备305和第一数据存储及处理设备304提供正常工作所需的电源能量。

进一步，本发明实施例所构造的智能信号游子3的密度小于水，并可在水流速较小或静水中自由上浮。而且，游子3的尺寸略小于注水管柱11的截面尺寸，使得游子3可在注水管柱11中上下移动。在正常注水工况条件下可依据注水速度随水流移动，从而通过注水管柱11向井下移动。

进一步，第一信号收发设备305用于持续发出第一探测信号。优选地，第一信号收发设备305还用于在接收到激活指令时持续发出第一探测信号。需要说明的是，第一探测信号在保证正常通信的情况下需要尽量降低信号强度以保证电池续航。

进一步，第一数据存储及处理设备304与第一信号收发设备305通讯连接。第一数据存储及处理设备304用于在靠近相应目标配水层的水下配水装置D时，在第一信号收发设备305的配合下，与当前井下配水装置D进行无线通讯，以实现针对当前正在经过的井下配水装置D的配水指令与生产数据的信息交换。

图4为本申请实施例的用于注水井的注水调控系统中的井下配水装置的结构示意图。如图4所示，在多个井下配水装置D(参见图2中的部件9、10)中，每个井下配水装置9、10的结构均相同。具体地，井下配水装置9、10至少包括：配水短节本体907、上接口901、下接口909、注水出口908、第二信号收发设备904、第二数据存储及处理设备903和动力设备906。

如图2所示，配水短节本体907设置于注水管柱11的侧壁上。如图4所示，第二信号收发设备904、第二数据存储及处理设备903和动力设备906均设置于配水短节本体907的内壁上。第二信号收发设备904与第二数据存储及处理设备903电连接，并实现通信。注水出口908与注水管柱11相连通，并且注水出口908设置在配水短节本体901的侧壁上。注水出口908通过可调水嘴来实现。动力设备906采用可调电机。动力设备906同时与注水出口908和第二数据存储及处理设备903电连接。

另外，本发明实施例所述的井下配水装置9、10还包括第二供电装置902和生产数据监测装置905。生产数据监测装置905与第二数据存储及处理设备903连接，用来持续监测当前注水层的温度、压力和流量等动态生产数据，并将获得动态生产数据发送至第二数据存储及处理设备903，以对动态生产数据进行存储，从而使得第二数据存储及处理设备903在与游子3进行信息交换时，直接将所存储的动态生产数据传递至游子3内的第一数据存储及处理设备304进行存储。第二供电装置902为生产数据监测装置905、第二信号收发设备904、第二数据存储及处理设备903和动力设备906提供正常工作所需的电源能量。

进一步，第二信号收发设备904用于实时探测第一探测信号。优选地，第二信号收发设备904还用于在探测到第一探测信号后将该信号发送至第二数据存储及处理设备903。第二数据存储及处理设备903与第二信号收发设备904通讯连接。第二数据存储及处理设备903用于在探测到第一探测信号时，通过第一信号收发设备305和第二信号收发设备904来与游子3内的第一数据存储及处理设备304进行无线通讯，从而实现配水指令与生产数据的信息交换。

进一步，第二数据存储及处理设备903还用于通过第二信号收发设备904来实时检测游子3所实时发出的第一探测信号的信号强度，从而根据信号强度的诊断结果来实时探测游子3是否靠近当前注水层(目标层)的井下配水装置9或10。其中，第二数据存储及处理设备903用于在检测到游子3正在逐渐靠近当前井下配水装置9或10(例如：第一探测信号的信号强度逐渐增强)时，立即生成到达反馈信号，并将该到达反馈信号通过第二信号收发设备904传输至游子3内的第一信号收发设备305。此时，游子3内的第一数据存储及处理设备304通过第一信号收发设备305接收到当前井下配水装置9或10发出的到达反馈信号，立即启动游子3与当前所到达注水层内的井下配水装置之间的信息交换任务。

另外，在完成游子3与当前井下配水装置之间的信息交换任务后，当前井下配水装置内的动力设备906还用于接收来自第二数据存储及处理设备903所发送的针对当前注水层的配水指令，并在当前配水指令的作用下，对自身转速和/或注水出口908的出口口径进行调节，以对当前注水出口流速和/或出口口径进行调节，从而完成当前注水层的配水调控任务。此时，由于游子3随水流逐渐向井下移动，当前井下配水装置内的第二数据存储及处理设备903会检测到游子3正在逐渐离开当前井下配水装置9或10(例如：第一探测信号的信号强度逐渐减弱直至无法检测到第一探测信号)，从而使得游子3与当前井下配水装置完成信息交换任务(一方面，完成当前注水层的生产数据的收集任务，同时，完成当前注水层的配水调控任务)，继而继续向下一注水层移动，以完成与下一注水层内的井下配水装置的信息交换任务。

更进一步地说，在游子3内的第一数据存储及处理设备304获得到达反馈指令后，立即将针对当前注水层处的井下配水装置的配水指令通过第一信号收发设备305发送至当前井下配水装置内的第二信号收发设备904，而后，当前井下配水装置内的第二数据存储及处理设备903在通过第二信号收发设备904而获得针对当前注水层的配水指令后，一方面将当前配水指令直接发送至动力设备906，此时，动力设备906利用当前配水指令对当前注水层的配水流量进行按需调节，以完成针对当前注水层的配水调控任务；同时，第二数据存储及处理设备903还会将自身存储的针对当前注水层的(未向地面发送的)动态生产数据，通过第二信号收发设备904传输至游子3内的第一信号收发设备305，而后，游子3内的第一数据存储及处理设备304通过第一信号收发设备305而获得针对当前注水层的(需要传输至地面的)动态生产数据，并对当前动态生产数据进行存储，从而完成针对当前注水层的生产数据收集任务。这样，便完成了游子3所携带的针对当前注水层的配水指令与井下配水装置所收集的生产数据的信息交换任务，使得游子3完成了针对当前注水层的生产数据的收集，同时使得当前井下配水装置按照交换所得到的针对当注水层的配水指令完成按需配水调控。

由此，本发明所构造的智能信号游子可与井下智能配水装置内信号传输系统进行数据交换，同时，利用自身芯片具备数据读写与存储功能，可携带井下反馈生产数据至井口进行生产数据反馈传输，从而使得地面获得井下监测所得到的包括温度、压力、流量等生产参数数据。

进一步，本发明实施例所述的多个井下配水装置D作为配合智能游子C使用的井下智能配水装置，不仅可以对井下生产数据进行监测，还可与智能游子C进行数据交换，并依据所收的配水指令进行配水调整。

进一步，本发明实施例所述的注水调控系统还包括：防溢收口装置17。防溢收口装置17设置于注水管柱11的底部。防溢收口装置17用于在游子3随水流经过所有井下配水装置后进行井底限位。

如图2所示，防溢收口装置17连接于管柱11之上，并构造为圆柱形结构。防溢收口装置17的中心轴线位置处设置有一贯穿于顶部与底部之间的通孔(未编号)，并且，防溢收口装置17的底部具有可防溢的筛网。所述通孔的上、下端面水平且相互平行。所述通孔的轴向截面的两侧纵向边缘均呈开口向外的抛物线状。所述通孔的最小内径略小于游子3的外径，并且通孔的最大内径略大于游子3的外径。在实际应用过程中，当游子3通过最后一个井下配水装置并进入防溢收口短节时，由于此段内径明显缩小(由井筒11的内径突变为通孔内径)，故而流体流动面积将会变小，在注入流量保持不变的情况下，井口注入压力将增大，进而可知该游子3已到达井筒11底部。

这样，本发明实施例所述的被防溢收口装置17一方面能够对游子3的向下移动进行阻拦，以防止运动脱离出管柱11，还能在游子3被通孔限位卡住时使得井口通过感知压力的突然增加而进一步促使游子限位装置A识别出游子3到达井筒11底部的时机，从而立即生成停止注水指令，实现注水调控系统与注水装置的联动控制。

另外，本发明所述的游子限位装置A中还用于实时监测装置内部空间的动态压力，根据所监测的动态压力来判断游子3到达井筒底部的时机，并在检测出游子3到达管柱11的底部时，生成停止注水指令，以使得与地面输水装置B连接的注水装置(未图示)停止注水。具体地，游子限位装置A中的智能井口信号交换装置1能够实时监测井口设备4的内部动态压力，在游子3达到井筒11底部的防溢收口装置17后，井口压力会发生显著变化，从而检测到游子到达井筒11的底部的时机，而后立即生成停止注水指令，并将停止注水指令发送至注水装置，使得注水装置停止向地面输水装置B输送注入水。在注水装置停止注水后，注水管柱11内的注入水流速逐渐降低并趋于静止，此时，游子3在静水环境中依靠自身浮力，从井底向井口移动，从而在井口信号交换装置1检测到游子3逐渐接近捕捉装置2时，控制捕捉装置2对游子3进行井口限位固定。最后，井口信号交换装置1直接读取游子3所存储的针对所有井下配水装置的动态生产数据。这样，游子3便完成了一趟配水指令的下发与生产数据的收集任务。

进一步，本发明实施例所述的游子限位装置A为能够配合游子C使用的智能井口，该井口实现了对游子的捕捉、固定、释放、信号交换与数据读取功能，确保智能游子反馈数据的高效传输，有效提高工作效率并降低运行成本。

再次如图2所示，本发明实施例所述的地面输水装置B包括：第一注水管线(未编号)和第二注水管线(未编号)。第一注水管线的出口与游子限位装置A内的井口设备4的侧壁连通。第一注水管线的入口作为注水作业的注水入口，与上述注水装置(的储水罐)连通；第二注水管线的第一端与第一注水管线的侧壁连通，并且第二注水管线的第二端与游子限位装置A内的井口设备4的侧壁连通。第二注水管线的第二端位于第一注水管线出口。其中，通过第二注水管线的第一端与第一注水管线的侧壁连通来使得第二注水管线的第一端将第一注水管线划分为两段，分别为第一管线入口段和第一管线出口段。进一步，第二注水管线作为第一管线出口段的旁路，与第一管线出口段并联。

具体地，第一注水管线用于在注水工况下与井口设备4连通，并在配水工况下不与井口设备的侧壁连通。另外，第二注水管线用于在配水工况下与井口设备4连通。也就是说，在注水调控系统的正常注水工况下，通过第一注水管线来将注入水输送至井口，以向井下注入；在注水调控系统的配水工况下，将第一管线入口段与第二注水管线连通，通过连通后的第一管线入口段和第二注水管线来将注入水输送至井口，以向井下注入。

进一步，本发明实施例所述的地面输水装置B，还包括：分别与智能井口(游子限位装置A)连接的第一注入阀5、第二注入阀7和第三注入阀8。第一注入阀5设置在靠近于第一注水管线的入口处，即设置于第一管线入口段内。第二注入阀7设置于第二注水管线内。第三注入阀8设置在靠近于第一注水管线的出口处，即设置于第一管线出口段内。这样，本发明实施例通过游子限位装置A对注入阀5、7、8的不同的开闭控制，使得在不同系统工况下利用不同注入水输送线路将注水装置内的水输送至井口，以辅助注水作业和分层配水操作的实施。

另外，本发明实施例所述的地面输水装置B，还包括：与智能井口(游子限位装置A)连接的流量计6。其中，流量计6设置于第一管线入口段内。进一步，本发明实施例所述的游子限位装置A还用于实时检测地面输水装置B的入口端的动态流量，以利用动态流量对注水装置向地面输水装置B(第一管线入口段)所泵入的注入水的流速，从而动态调节注入水的流速，灵活控制游子3在注水管柱内上下运动做需要的水流速度。

图5为本申请实施例的用于注水井的注水调控系统的运行过程示意图。下面参照图5，对本发明实施例所述的注水调控系统的多种运行状态进行说明。

S1、正常注水工况时，智能游子3处于待机状态，如图5中的状态1所示。所注水经由注入阀一5、流量计6、注入阀三8、井口设备4后进入注水管柱11中，并通过井下智能配水装置一9和井下智能配水装置二10调配后进入目标注水地层；

S2、在需要进行井下配水和/或生产数据采集时，则需要运用智能游子3。智能游子3外包裹承压外壳301，内含供电装置303、数据存储及处理系统304及信号收发装置305，填充为轻质绝缘填充302，游子整体密度小于水，可在静水中上浮，且尺寸略小于注水油管，可在注水油管中上下移动。在指令激活时，游子限位装置通过智能井口天线1发送激活指令，智能井口游子捕捉装置2释放智能游子3。此时，注入阀三8关闭，并开启注入阀二7改变注水井口入口。智能游子3被释放后将由水流冲离井口，并进入注水管柱11中，如图5中的状态2所示。智能游子3被释放后，信号收发装置305将持续发送弱信号，以探测是否与井下智能配水装置一或二接近至足够距离；

S3、智能游子3在运行过程中会随所注水通过井下智能配水装置一9及井下智能配水装置二10。智能配水装置9/10包含供能装置902，内置可充电电池，可为数据处理及存储系统903、信号收发装置904、生产数据监测系统905及调控电机906等提供电能；正常注水工况时，生产数据监测系统905将持续监控温度、压力、流量等数据，并存储于处理及存储系统903中。智能游子3被释放后持续发出弱探测信号以确定是否与智能配水装置足够接近，当靠近智能配水装置时，智能配水装置中信号收发装置904接收到智能游子3所发送信号，与数据处理及存储系统903进行相应信号处理后通过信号收发装置904发送到达反馈信号，智能游子3收到反馈信号后会与井下智能注水装置9/10开始进行信息交换。信息交换后，智能配水系统将依据所收集配水指令，驱动调控电机906来调整注水出口908，从而完成配水调节。智能游子3在信息交换后将储存智能配水装置9/10所传输来的井下生产参数数据。

S4、随着注水持续，智能游子3将继续运动到油管底端，并被防溢收口装置17所阻拦以防运动脱离出油管，如图5中的状态3所示。此时，井口油管压力将会产生变化，本系统可监测依据压力监控判别游子3到达管柱底部的时间；

S5、智能游子3运动至管柱底部后，暂停注水，智能游子3将凭借浮力在管柱11中自由上浮，如图5中的状态4所示，直至井口设备4中。智能井口信号交换系统1将感应游子3的接近，并命令智能井口游子捕捉装置2对游子进行捕捉和固定；

S6、智能游子3与智能井口信号交换系统1进行数据传递，游子将所携带生产参数数据通过智能井口信号交换系统传至智能井口信号交换系统1，进一步智能井口信号交换系统1将所收集到的生产数据传输至地面计算机来进行有效存储，而后清空游子3内的储存空间，从而进入待机模式并等待下一次启动，本发明实施例所述的注水调控系统完成单次运行。

示例一

由于地层压力变化，需要进行一次井下配水调控，减小对目标层1的注水量并增大对目标层2的注水量，同时进行一次井下压力、温度及流量数据的收集。

依照步骤1开启系统，激活智能游子并赋予游子所需指令信息，释放游子使其在水流作用下持续在油管中向下运动；

当智能游子接近目标层1时，智能游子与目标层1所对应的智能配水装置进行指令传输与数据交换，向该配水器发布缩小配水阀指令；配水器处理信号后通过机械作用改变流水出口，并向游子传输该目标层段1的温压、流量数据；

智能游子接收并存储该组数据后继续运动至目标层2，同样与目标层2所对应的智能配水装置进行指令传输与数据交换，向该配水器发布增大配水阀指令；配水器处理信号后通过机械作用改变流水出口，并向游子传输该目标层段2的温压、流量数据；

游子运动到油管底部后被压力系统所感应，停止注水使其自由上浮，如步骤5所述，后如步骤6所述，游子运动至井口并进行固定与数据释放，本次运行结束，成功调整了目标层配水并收集了井下一定时间段内的温度、压力及流量数据。

另一方面，基于上述注水调控系统，本发明实施例还提供了一种用于注水井的注水调控方法(以下简称“注水调控方法”)。图6为本申请实施例的用于注水井的注水调控方法的步骤图。如图6所示，本发明实施例所述的注水调控方法按照如下步骤实施：

步骤S601、将地面输水装置B与游子限位装置A连通，并通过游子限位装置A向井下注水；

步骤S602、在配水工况下，游子C接收用来对各井下配水装置进行配水调控的配水指令；

步骤S603、利用游子限位装置A来在接收到激活指令时释放游子C，使得游子C在被释放后随水流进入注水管柱；

步骤S604、利用每个设置于目标层处并安装在注水管柱的侧壁外的井下配水装置D来监测目标层的生产数据，并在探测到游子C时，将当前生产数据与游子C所携带的关于自身的配水指令进行交换，以利用交换后的配水指令对当前层段进行配水调控；

步骤S605、游子C完成数据收集后上浮至井口。

本发明公开了一种用于注水井的注水调控系统及方法。该系统及方法使用智能游子进行井下数据传输及注水调控的智能注水调控，实现对分层注水井各注水段实时无线智能测调及数据监控。本发明通过形成一种特殊的井下数据信号双向传输方法，不仅缩短了数据传输及信号控制的距离，使得数据与指令的交换传输场景受环境干扰弱，数据交换速度更快、更稳定，可解决现有无线传输测调装置使用电磁波或脉冲传导等技术受环境因素干扰较大、使用深度受限等难题，对实现高效、低成本智能油田具备现实意义。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所披露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于注水井的注水调控系统，其特征在于，包括：

游子限位装置，其设置在井口，用于在接收到激活指令时释放游子；

地面输水装置，其出口与所述游子限位装置的内部空间连通，用于通过所述游子限位装置向井下注水；

所述游子，其用于在配水工况下，接收用来对各井下配水装置进行配水调控的配水指令，并在被释放后随水流进入注水管柱，以及完成数据收集后上浮至井口；

多个井下配水装置，每个配水装置设置于目标层处并安装在所述注水管柱的侧壁外，用于监测目标层的生产数据，并在探测到所述游子时，将所述生产数据与所述游子所携带的关于自身的所述配水指令进行交换，以利用所述配水指令进行配水调控。

2.根据权利要求1所述的注水调控系统，其特征在于，所述游子限位装置包括：

与所述地面输水装置的出口相连通的井口设备，其底部与井口连通，用于为所述游子提供井口容纳空间；

捕捉装置，其设置在所述井口设备的上端部，用于对所述游子进行限位固定控制及释放控制；

井口信号交换装置，其设置在所述井口设备的外部并安装在所述捕捉装置上，用于通过与所述游子通讯，来促使所述游子获得所述配水指令，并读取所述游子收集到的所有生产数据。

3.根据权利要求2所述的注水调控系统，其特征在于，所述井口信号交换装置，其还与所述捕捉装置通讯，用于在配水工况下向所述捕捉装置发送所述激活指令，以及实时探测所述游子是否靠近捕捉装置，并在探测到所述游子时，生成捕捉指令，从而将所述捕捉指令发送至所述捕捉装置。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的注水调控系统，其特征在于，所述游子包括：

承压外壳；

设置于所述承压外壳内部的第一信号收发设备，其用于持续发出第一探测信号；

设置于所述承压外壳内部的第一数据存储及处理设备，其与所述第一信号收发设备连接，用于在靠近相应目标配水层的水下配水装置时，在所述第一信号收发设备的配合下，与当前井下配水装置进行无线通讯，以实现配水指令与生产数据的信息交换；

设置于所述承压外壳内部的轻质绝缘填充部。

5.根据权利要求4所述的注水调控系统，其特征在于，所述井下配水装置包括：

设置于注水管柱的侧壁上的配水短节本体，所述配水短节本体的两端设置有上接口和下接口；

与所述注水管柱连通的注水出口，所述注水出口设置在所述配水短节本体的侧壁上；

第二信号收发设备；

第二数据存储及处理设备，其与所述第二信号收发设备连接，用于在探测到所述第一探测信号时与所述游子进行无线通讯，从而实现配水指令与生产数据的信息交换；

同时与所述注水出口和所述第二数据存储及处理设备连接的动力设备，其用于在所述配水指令的控制下，对所述注水出口的流速和/或出口口径进行调控。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的注水调控系统，其特征在于，所述注水调控系统还包括：设置于所述井筒底部的防溢收口装置，所述防溢收口装置用于在所述游子随水流经过所有井下配水装置后进行井底限位。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的注水调控系统，其特征在于，所述地面输水装置包括：

第一注水管线，其出口与所述游子限位装置内的井口设备的侧壁连通，用于在注水工况下与所述井口设备连通，并在所述配水工况下不与所述井口设备的侧壁连通；

第二注水管线，其第一端与所述第一注水管线的侧壁连通，所述第二注水管线的第二端与所述游子限位装置内的井口设备的侧壁连通，用于在配水工况下与所述井口设备连通。

8.根据权利要求7所述的注水调控系统，其特征在于，所述地面输水装置，还包括：

靠近于所述第一注水管线的入口处的第一注入阀；

设置于所述第二注水管线内的第二注入阀；

靠近于所述第一注水管线的出口处的第三注入阀。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的注水调控系统，其特征在于，所述游子限位装置，其还用于监测装置内部空间的动态压力，以判断所述游子到达井筒底部的时机，基于此，生成停止注水指令，以使得注水装置停止注水。

10.一种用于注水井的注水调控方法，其特征在于，所述注水调控方法利用如权利要求1～9中任一项所述的注水调控系统来实现，其中，所述注水调控方法包括：

将地面输水装置与游子限位装置连通，并通过所述游子限位装置向井下注水；

在配水工况下，所述游子接收用来对各井下配水装置进行配水调控的配水指令；

利用所述游子限位装置来在接收到激活指令时释放游子，使得所述游子在被释放后随水流进入注水管柱；

利用每个设置于目标层处并安装在所述注水管柱的侧壁外的井下配水装置来监测目标层的生产数据，并在探测到所述游子时，将所述生产数据与所述游子所携带的关于自身的所述配水指令进行交换，以利用所述配水指令进行配水调控；

所述游子完成数据收集后上浮至井口。