CN116792067B - 一种井下无缆式智能测控系统装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田开发用井下测控技术领域，特别涉及一种井下无缆式智能测控系统装置及使用方法。其技术方案是：配水器的接收电路板和陶瓷阀组的上侧安装有电池组和电机，在电池组和电机的上侧安装接收磁定位，接收磁定位的上侧安装固定板，固定板外安装无线电能传输用的接收线圈；测调仪的发射磁定位位于发射保护套筒的最下侧，在发射保护套筒的内腔安装有内芯，内芯外安装无线电能传输用的发射线圈；发射保护套筒的内腔上部安装电磁流量计和发射电路板。有益效果是：测调仪不需要循环往复寻找注水最佳位置，测调仪在井下放置时间短，极大减少了因为井内液体流动导致绞绳与电缆缠绕产生绞断的现象，避免发生生产事故，能够实现智能测控并控制成本。

Description

一种井下无缆式智能测控系统装置及使用方法

技术领域

本发明涉及油田开发用井下测控技术领域，特别涉及一种井下无缆式智能测控系统装置及使用方法。

背景技术

油田为减少初期开发的投入成本，通常采用一井多层同时开采，部分油水井由于层间矛盾突出，开发中出现层间窜流等层间干扰，导致油井低产低效，注水井注水驱替效率低，为解决这一问题，通常采用封隔器进行各层封隔之后，采用配产器或配水器进行各层独立的分层开采或分层注水驱替。

随着油田智能化的发展，井下智能测控技术出现了电控、液控，有缆、无缆等多种井下智能测控技术。中国专利号为ZL200910018261.5 ，专利名称为《同心式一体化测调注水工艺及装置》，在注水井内先通过油管下入可调配水器，井下流量需要调节时，通过地面绞车，在油管内下入电动定位式一体化测调仪，在设定的可调配水器中，测调仪调节可调配水器的出水口大小，实现在线测调，一次下井可完成所有目的层流量无级测调。这种技术存在定期停井测调工作量大，且影响注水等不足。中国专利号为ZL202111425182.3，专利名称为《一种井下集成控制智能分层采油管柱》，将若干智能采油装置使用电缆连接起来，与井下中央控制器形成稳定的数据通讯，井下中央控制器可以根据每层智能采油装置提供的温度、压力、流量等参数做出抉择，发出指令调节智能采油装置油嘴开度，实现井下自动调节油嘴开度，实现智能分层采油。但这种技术由于需要预先下入电缆，成本较高，且电缆接头在井下受温度影响容易“发汗”等因素，造成有缆测控有效期较短。中国专利号为CN202110836045.2，专利名称为《波码通信智能配水器流量井下在线标定方法》，提出一种无缆的波码通信方式，对井下智能配水器进行调配。但在由于注水井井况条件复杂，误码几率高，且井下智能配水器采用预置电池供电，导致使用周期受限。中国专利号为CN202110836045.2，专利名称为《一种液压式智能完井系统》，通过液控管线、解码器，对各层控制阀进行液压控制，有效期与可靠性较高，但需要下入液控管线、保护器及解码器，初期投入成本较高。

综上所述，面对油田低成本、高可靠性井下测控、智能完井的技术需求，亟需研发井下无缆式智能测控系统装置及使用方法。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种井下无缆式智能测控系统装置及使用方法，测调仪不需要循环往复寻找注水最佳位置，测调仪在井下放置时间短，减少了因为井内液体流动导致绞绳与电缆缠绕产生绞断的现象，避免发生生产事故，能够实现智能测控并控制成本。

本发明提到的一种井下无缆式智能测控系统装置，其技术方案是：包括井下的配水器和测调仪，所述配水器包括陶瓷阀组、电机、外部保护套筒、固定板、接收线圈、电池组、接收电路板，所述接收电路板和陶瓷阀组位于油管与外部保护套筒形成的环空的下侧，上侧安装有电池组和电机，在电池组和电机的上侧安装接收磁定位，接收磁定位的上侧安装固定板，固定板外安装无线电能传输用的接收线圈；

所述测调仪包括发射保护套筒、发射线圈、内芯、发射电路板、接收磁定位、发射磁定位、电磁流量计，所述发射磁定位位于发射保护套筒的最下侧，在发射保护套筒的内腔安装有内芯，内芯外安装无线电能传输用的发射线圈；所述发射保护套筒的内腔上部安装电磁流量计和发射电路板。

优选的，上述电磁流量计的下侧安设压力传感器和温度传感器，在电磁流量计的上侧安设发射电路板。

优选的，上述接收磁定位采用圆柱形永磁体制成，所述发射磁定位采用电磁线圈，在测调仪下放过程中，发射磁定位会实时给地面传递信号波形，在到达配水器的接收磁定位位置后波形会产生突变信号，用来确定和调整位置。

优选的，上述发射电路板内设有无线电能耦合开关、DSP模块以及逆变电路。

优选的，上述陶瓷阀组包括陶瓷阀注水口、堵头、传动轴和陶瓷阀套，所述陶瓷阀套内安装有传动轴，传动轴的下端固定连接堵头，陶瓷阀套的下端设有陶瓷阀注水口，通过堵头与陶瓷阀注水口配合控制开口大小。

优选的，上述的传动轴的中部外壁安设扶正器，用于与外部保护套筒的内壁配合。

优选的，上述的传动轴的上端与电机的输出轴连接，且在输出轴的外壁安装限位器；所述输出轴位于电机的固定套内腔，且所述电机的下部设有端面轴承和深沟球轴承。

优选的，上述的陶瓷阀套的外壁与外部保护套筒的内壁之间设有O型隔砂圈。

本发明提到的井下无缆式智能测控系统装置的使用方法，包括以下过程：

步骤一、在多个油井中下入并安装配水器，再将测调仪由一口油井上的地面绞车拖拽绞绳和电缆下放，直至送到井下的配水器附近，由于测调仪上安装有接收磁定位，接收磁定位采用圆柱形的永磁体，发射磁定位采用电磁线圈，在测调仪下放过程中，发射磁定位会实时给地面控制中心传递信号波形，在到达配水器的接收磁定位位置后，信号波形会产生突变信号，从而可以确定和调整测调仪的位置；

步骤二、测调仪到达指定位置后，地面控制中心给测调仪的发射电路板下发指令，通过DSP模块控制无线电能耦合开关，通过发射电路板上的信号产生电路为逆变电路产生互补信号，将直流电转化为交流电，再通过用于无线电能传输用的发射线圈产生磁场；

步骤三、配水器中的用于无线电能传输用的接收线圈在感应到磁场后，通过电路谐振，产生电流，再通过整流电路为电池组进行无线充电；

步骤四、在电池组充电时，接收电路板检测电池组的电压是否到达充满电压的阈值，达到阈值以后，配水器的接收电路板中的DSP模块通过无线收发模块为测调仪发送已充满信号，测调仪通过发射电路板的DSP模块，断开当前充电的无线电能耦合开关，结束无线充电过程；

步骤五、电池组为电机供电，测调仪通过电磁流量计检测当前流量信息，通过压力传感器和温度传感器检测压力和温度信息，并通过DSP模块处理，再传输到地面控制中心，地面控制中心根据当前采集信息，发送电机的转速及陶瓷阀组的磁阀开度指令到测调仪的发射电路板的DSP模块，再将指令下发到配水器上；配水器根据当前指令控制电机的转速，陶瓷阀组的陶瓷阀注水口的开度，来控制注水量；

步骤六、完成一口油井的测调和充电后，将测调仪提出并送入到下一口油井进行测调和充电，每一口油井经过测调和充电后可工作一段时间，再继续循环进行每一口油井的测调和充电。

与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：

本发明在各个油井安装好的配水器和一个来回使用的测调仪，所以不需要改动生产管柱，不需要在停产状况下进行测控，测控充电后可以在无电缆的状态下配水器依靠电池组进行工作一段时间；另外，测调仪不需要循环往复寻找注水最佳位置，解决了以往测调仪在下井时需要反复投捞的缺点；还有，测调仪在与配水器组合为整体时，对井下的流量、温度、压力的监测是实时和在线的，因此测调过程中流速变化而引起噪声变化的情况下，能够实时的对噪声进行监测；而且，本发明的测调仪与配水器通过无线磁场耦合供电，在配水器充电完成后可独立工作一段时间，而测调仪在井下放置时间短，极大减少了因为井内液体流动导致绞绳与电缆缠绕产生绞断的现象，避免发生生产事故，能够实现智能测控并控制成本。

附图说明

图1是本发明的测调仪与配水器安装在一起的整体结构示意图；

图2是本发明的配水器的结构示意图；

图3是本发明的测调仪的结构示意图；

图4是测调仪中的陶瓷阀组的结构示意图；

图5是陶瓷阀组中堵头的结构示意图；

图6是陶瓷阀组中传动轴的结构示意图；

上图中：油管1、陶瓷阀组2、O型隔砂圈3、电机4、外部保护套筒5、固定板6、接收线圈7、发射保护套筒8、发射线圈9、内芯10、发射电路板11、电池组12、接收电路板13、接收磁定位14、发射磁定位15、电磁流量计16、压力传感器17、温度传感器18、陶瓷阀注水口2.1、堵头2.2、传动轴2.3、扶正器2.4、陶瓷阀套2.5、固定套4.1、输出轴4.2、限位器4.3、端面轴承4.4、深沟球轴承4.5。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，参照附图1-图6，本发明提到的一种井下无缆式智能测控系统装置，包括井下的配水器和测调仪，所述配水器包括陶瓷阀组2、电机4、外部保护套筒5、固定板6、接收线圈7、电池组12、接收电路板13，所述接收电路板13和陶瓷阀组2位于油管1与外部保护套筒5形成的环空的下侧，上侧安装有电池组12和电机4，在电池组12和电机4的上侧安装接收磁定位14，接收磁定位14的上侧安装固定板6，固定板6外安装无线电能传输用的接收线圈7；

所述测调仪包括发射保护套筒8、发射线圈9、内芯10、发射电路板11、接收磁定位14、发射磁定位15、电磁流量计16，所述发射磁定位15位于发射保护套筒8的最下侧，在发射保护套筒8的内腔安装有内芯10，内芯10外安装无线电能传输用的发射线圈9；所述发射保护套筒8的内腔上部安装电磁流量计16和发射电路板11。

其中，上述电磁流量计16的下侧安设压力传感器17和温度传感器18，在电磁流量计16的上侧安设发射电路板11；该电磁流量计16内部有一个产生磁场的电磁线圈，以及用于捕获电动势的电极；在磁场中流动的液体的流速会转换成电，伴随着流量变化，电极捕获的电动势也会有变化；温度传感器18是一款高精度传感器，可以采集到0.001位。在采集到当前环境温度后，将温度信息传给DSP模块，DSP模块将信息通过电缆发送给井上的地面控制中心。压力传感器17通过采集到当前井下压力后，将压力信息传给DSP模块，DSP模块将信息通过电缆发送给井上的地面控制中心。

上述接收磁定位14采用圆柱形永磁体制成，所述发射磁定位15采用电磁线圈，在测调仪下放过程中，发射磁定位15会实时给地面传递信号波形，在到达配水器的接收磁定位14位置后波形会产生突变信号，用来确定和调整位置。由于以往测调仪常找不到配水器的固定位置，需要多次搜寻位置，本发明由于井下的配适器早已固定好，通过磁定位系统检测配水器的位置，可以很好的克服这个缺点。

上述发射电路板11内设有无线电能耦合开关、DSP模块以及逆变电路，还有接收电路板13，也为本领域技术人员所熟知的常规技术，不再详述。

配水器中内置有电池组12，通过接收线圈7谐振，为电池组12供电，该电池组12可以给恒定电压24V、恒定电流250ma的电机4供电，共持续供电7天甚至以上时间。

参照图4，本发明提到的陶瓷阀组2包括陶瓷阀注水口2.1、堵头2.2、传动轴2.3和陶瓷阀套2.5，所述陶瓷阀套2.5内安装有传动轴2.3，传动轴2.3的下端固定连接堵头2.2，陶瓷阀套2.5的下端设有陶瓷阀注水口2.1，通过堵头2.2与陶瓷阀注水口2.1配合控制开口大小。

上述的传动轴2.3的中部外壁安设扶正器2.4，用于与外部保护套筒5的内壁配合。

上述的传动轴2.3的上端与电机4的输出轴4.2连接，且在输出轴4.2的外壁安装限位器4.3；所述输出轴4.2位于电机4的固定套4.1内腔，且所述电机4的下部设有端面轴承4.4和深沟球轴承4.5。

上述的陶瓷阀套2.5的外壁与外部保护套筒5的内壁之间设有O型隔砂圈3。

具体的，以一个油井设有三层注水层为例，采用的陶瓷阀组2有六组，每两个为一对，分别对应不同的注水层，可对三个不同的注水层进行注水。陶瓷阀组2通过陶瓷阀注水口2.1与堵头2.2的配合，来控制开口大小来控制注水量。传动轴2.3左端固定陶瓷阀组2，通过传动轴2.3的左右移动，实现陶瓷阀组2的开关。最初的陶瓷阀组2处于关闭状态，测调仪根据当前注水井中注水量的大小向电机4发送指令，电机4根据控制指令进行旋转，拉动输出轴4.2和传动轴2.3，从而开始打开陶瓷阀组2。由于预先已经设置好陶瓷阀组2的陶瓷阀注水口2.1的开度大小，在达到设定的开度后，电机4停止旋转。陶瓷阀组2能够保证在同样精确的开度下，获得3倍的注水量。同时设有O型隔砂圈3，防止螺孔与井筒中的液体渗流至电机4中，还加装L型的限位器4.3，在保证电机4来调节陶瓷阀组2的开度时，不会因为开度太大而损害电机4，也不会导致减小开度时，拉伸过长对损害陶瓷阀套2.5；本发明采用陶瓷阀组2相比于其他金属阀组，具有更耐腐蚀，耐久度高的特点。采用陶瓷的优点：结构简单，制造和维护方便；密封性好，使用寿命长；自润滑性好，不易泄漏。

另外，电机4上采用了一对端面轴承4.4和一对深沟球轴承4.5，端面轴承4.4为电机固定提供径向力，深沟球轴承4.5为电机伸缩提供轴向力，使用二者配套使用，能够大大减小电机4工作的压力，大大提升电机4的寿命。

本发明提到的井下无缆式智能测控系统装置的使用方法，包括以下过程：

步骤一、在多个油井中下入并安装配水器，再将测调仪由一口油井上的地面绞车拖拽绞绳和电缆下放，直至送到井下的配水器附近，由于测调仪上安装有接收磁定位14，接收磁定位14采用圆柱形的永磁体，发射磁定位15采用电磁线圈，在测调仪下放过程中，发射磁定位15会实时给地面控制中心传递信号波形，在到达配水器的接收磁定位14位置后，信号波形会产生突变信号，从而可以确定和调整测调仪的位置；

步骤二、测调仪到达指定位置后，地面控制中心给测调仪的发射电路板11下发指令，通过DSP模块控制无线电能耦合开关，通过发射电路板11上的信号产生电路为逆变电路产生互补信号，将直流电转化为交流电，再通过用于无线电能传输用的发射线圈9产生磁场；

步骤三、配水器中的用于无线电能传输用的接收线圈7在感应到磁场后，通过电路谐振，产生电流，再通过整流电路为电池组12进行无线充电；

步骤四、在电池组12充电时，接收电路板13检测电池组12的电压是否到达充满电压的阈值，达到阈值以后，配水器的接收电路板13中的DSP模块通过无线收发模块为测调仪发送已充满信号，测调仪通过发射电路板11的DSP模块，断开当前充电的无线电能耦合开关，结束无线充电过程；

步骤五、电池组12为电机4供电，测调仪通过电磁流量计16检测当前流量信息，通过压力传感器17和温度传感器18检测压力和温度信息，并通过DSP模块处理，再传输到地面控制中心，地面控制中心根据当前采集信息，发送电机4的转速及陶瓷阀组2的磁阀开度指令到测调仪的发射电路板11的DSP模块，再将指令下发到配水器上；配水器根据当前指令控制电机4的转速，陶瓷阀组2的陶瓷阀注水口2.1的开度，来控制注水量；

步骤六、完成一口油井的测调和充电后，将测调仪提出并送入到下一口油井进行测调和充电，每一口油井经过测调和充电后可工作一段时间，再继续循环进行每一口油井的测调和充电。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的相应简单修改或等同变换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种井下无缆式智能测控系统装置的使用方法，其特征是：所述井下无缆式智能测控系统装置包括井下的配水器和测调仪，所述配水器包括陶瓷阀组（2）、电机（4）、外部保护套筒（5）、固定板（6）、接收线圈（7）、电池组（12）、接收电路板（13），所述接收电路板（13）和陶瓷阀组（2）位于油管（1）与外部保护套筒（5）形成的环空的下侧，上侧安装有电池组（12）和电机（4），在电池组（12）和电机（4）的上侧安装接收磁定位（14），接收磁定位（14）的上侧安装固定板（6），固定板（6）外安装无线电能传输用的接收线圈（7）；

所述测调仪包括发射保护套筒（8）、发射线圈（9）、内芯（10）、发射电路板（11）、接收磁定位（14）、发射磁定位（15）、电磁流量计（16），所述发射磁定位（15）位于发射保护套筒（8）的最下侧，在发射保护套筒（8）的内腔安装有内芯（10），内芯（10）外安装无线电能传输用的发射线圈（9）；所述发射保护套筒（8）的内腔上部安装电磁流量计（16）和发射电路板（11）；

所述电磁流量计（16）的下侧安设压力传感器（17）和温度传感器（18），在电磁流量计（16）的上侧安设发射电路板（11）；

所述接收磁定位（14）采用圆柱形永磁体制成，所述发射磁定位（15）采用电磁线圈，在测调仪下放过程中，发射磁定位（15）会实时给地面传递信号波形，在到达配水器的接收磁定位（14）位置后波形会产生突变信号，用来确定和调整位置；

所述发射电路板（11）内设有无线电能耦合开关、DSP模块以及逆变电路；

所述陶瓷阀组（2）包括陶瓷阀注水口（2.1）、堵头（2.2）、传动轴（2.3）和陶瓷阀套（2.5），所述陶瓷阀套（2.5）内安装有传动轴（2.3），传动轴（2.3）的下端固定连接堵头（2.2），陶瓷阀套（2.5）的下端设有陶瓷阀注水口（2.1），通过堵头（2.2）与陶瓷阀注水口（2.1）配合控制开口大小；

所述的传动轴（2.3）的中部外壁安设扶正器（2.4），用于与外部保护套筒（5）的内壁配合；

所述的传动轴（2.3）的上端与电机（4）的输出轴（4.2）连接，且在输出轴（4.2）的外壁安装限位器（4.3）；所述输出轴（4.2）位于电机（4）的固定套（4.1）内腔，且所述电机（4）的下部设有端面轴承（4.4）和深沟球轴承（4.5）；

所述的陶瓷阀套（2.5）的外壁与外部保护套筒（5）的内壁之间设有O型隔砂圈（3）；

其中所述的井下无缆式智能测控系统装置的使用方法包括以下过程：

步骤一、在多个油井中下入并安装配水器，再将测调仪由一口油井上的地面绞车拖拽绞绳和电缆下放，直至送到井下的配水器附近，由于测调仪上安装有接收磁定位（14），接收磁定位（14）采用圆柱形的永磁体，发射磁定位（15）采用电磁线圈，在测调仪下放过程中，发射磁定位（15）会实时给地面控制中心传递信号波形，在到达配水器的接收磁定位（14）位置后，信号波形会产生突变信号，从而确定和调整测调仪的位置；

步骤二、测调仪到达指定位置后，地面控制中心给测调仪的发射电路板（11）下发指令，通过发射电路板（11）中的DSP模块控制无线电能耦合开关，通过发射电路板（11）上的信号产生电路为逆变电路产生互补信号，将直流电转化为交流电，再通过用于无线电能传输用的发射线圈（9）产生磁场；

步骤三、配水器中的用于无线电能传输用的接收线圈（7）在感应到磁场后，通过电路谐振，产生电流，再通过整流电路为电池组（12）进行无线充电；

步骤四、在电池组（12）充电时，接收电路板（13）检测电池组（12）的电压是否到达充满电压的阈值，达到阈值以后，配水器的接收电路板（13）中的DSP模块通过无线收发模块为测调仪发送已充满信号，测调仪通过发射电路板（11）的DSP模块，断开当前充电的无线电能耦合开关，结束无线充电过程；

步骤五、电池组（12）为电机（4）供电，测调仪通过电磁流量计（16）检测当前流量信息，通过压力传感器（17）和温度传感器（18）检测压力和温度信息，并通过发射电路板（11）的DSP模块处理，再传输到地面控制中心，地面控制中心根据当前采集信息，发送电机（4）的转速及陶瓷阀组（2）的磁阀开度指令到测调仪的发射电路板（11）的DSP模块，再将指令下发到配水器上；配水器根据当前指令控制电机（4）的转速，陶瓷阀组（2）的陶瓷阀注水口（2.1）的开度，来控制注水量；

步骤六、完成一口油井的测调和充电后，将测调仪提出并送入到下一口油井进行测调和充电，每一口油井经过测调和充电后可工作一段时间，再继续循环进行每一口油井的测调和充电。