CN205260009U - 井下自主供电含油饱和度控制智能控流采油管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井下自主供电含油饱和度控制智能控流采油管，利用井下发电机为蓄电池充电形成电源，由饱和度探针探测流入流体的电阻率，通过微电脑分析确定含油饱和度，电脑据此饱和度与井下其他本实用新型单元通过水声通信技术或光缆通信，协调计算得到本单元的阀门开口度，利用蓄电池电量为法拉电容充电形成较高的启动电流，利用此电流驱动电动机驱动阀门开关到应有的开口度，在此开口度下让本产液剖面段的地层流体进入。多个单元的流入流体在油管内汇集，将形成产油量最大化的总流量，从而使得油井在所有阶段都能以最优化的状态产液。全过程都由井下设施自主完成，不需要地面控制干预，也不需要地面提供动力。

Description

井下自主供电含油饱和度控制智能控流采油管

技术领域

本实用新型涉及油田井下采油控制设备，特别涉及一种井下自主供电的由微电脑用含油饱和度智能控制入流量的采油油管。

背景技术

现有油田井下采油剖面所在储层，因沉积、构造、成岩等方面的原因，总会存在渗透非均值性和含油饱和度，这导致流体在地层压力驱动下从地层往油井井筒流动的时候，不同剖面位置上流体的流动速度不同，在油井开采一段时间后，产液剖面上总会出现渗透率高的层段和粘度低的流体所在段更容易产液，通常相对于水(或气)粘度较高的油来说这是件坏事，因为水(或气)比油会跑得更快，所以油井采油后期含水(气)会因为部分井段的出水(或气)而导致全井含水(气)快速上升。其后果是产油量急剧减少，产水(气)量急剧增加，从而大大降低油井效益。针对这一问题，前人开发了与密度相关的井下流体控制装置和与粘度相关的井下流体控制装置。比如英国TENDEKA公司的AICD(自主流体控制设备)技术就是以粘度差来控制产液剖面综合产液效果的一项非常成功的技术，它通过感知粘度的大小来控制地层流体的流入量，通过自主调节阀门开度让粘度高的流体(油)更多流入，而让粘度低的流体(水或高含水油水混合液或气)更少流入。但不管以密度来控制还是以粘度来控制产液，都存在制约因素。对于密度相关技术，前提是油和水的密度差，这个差值在0.3kg/L以内，因此有效性不会很高，且对于稠油(密度>0.82kg/L)效果则更是有限；而对于粘度相关技术，则基本只适用于含水稠油和含气稀油，对于油水粘度差小甚至有粘度低于水粘度的稀油，粘度相关技术则无能为力。这些设备还存在的另外一个问题，即各设备间相互独立，没有进行协调，因而难于达到全产液剖面最优化生产的目标。

另外一类智能采油技术则是以地下完整的监测信息通过电缆(或光缆)传输到地面数据处理中心，地面数据处理中心分析计算后向井下开关设备发出指令，井下开关设备利用地面设施提供的动力(电或液压)开关阀门，从而优化采液。这类技术的不足之处在于一是分析计算设施以及动力源都在地面，井下设施只负责执行开关指令，地面与井下设施间由很长的线缆(有的技术甚至需要液压管线)连接，大大增加了完井的复杂程度和完井成本。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种井下自主供电含油饱和度控制智能控流采油管，以解决利用对产液剖面上不同段的含油饱和度的及时监测，通过设备自带的微电脑分析计算，动态协调各产液段的产液量，从而在全采液剖面优化产液，使产出流体含油量最大化等技术问题。

为了实现上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种井下自主供电含油饱和度控制智能控流采油管，包括管体、外罩、入流开口、入流控制阀及驱动装置、发电装置、饱和度探针、压力与温度和流量探测装置、水声通信或光缆通信装置、分析与控制微电脑单元、蓄电及充电电路单元和法拉级电容单元；所述管体两端有符合油管标准的螺口，侧面有一个入流开口，管体内有一个阀体槽、一个微电脑及蓄电设施安装基面、一个控制阀驱动装置安装基面；所述入流开口处设有一个发电机支架，发电装置的发电机安装在发电机支架上；所述入流控制阀包含阀体和螺杆；阀体位于阀体槽内通过阀体槽两侧的导轨移动，实现对入流开口不同程度的遮挡，该阀体上有一小流量孔，所述螺杆一端与阀体连接，另一端与减速齿轮组的从动轮连接，该减速齿轮组的主动轮安装在伺服电机的转动轴上，伺服电机由法拉电容供电，法拉电容的充电由被分析与控制微电脑单元调度的蓄电池完成；实现阀的开关控制的分析与控制微电脑单元连接；发电装置的发电机由入流流体带动其桨叶旋转发电，经充电电路单元后向蓄电池蓄电；探测流经入流开口的地层流体电阻率的饱和度探针安在入流开口处，并与分析与控制微电脑单元连接；压力与温度和流量探测装置安装在管体的传感器开口上，并且与分析与控制微电脑单元连接；通信部分通过水声通信单元或光缆与井下的其它阀单元连接通信；所述外罩套在管体上，其上对应有一个入流开口。

发电机转子固定在发电机支架上，发电机叶轮桨叶装在发电机定子上。

本实用新型有以下积极有益效果：

本实用新型的饱和度控制智能采油管,利用井下发电机为蓄电池充电形成电源，由饱和度探针探测流入流体的电阻率以确定含油饱和度，电脑根据此饱和度与井下其他本实用新型单元通过水声通信技术或光缆通信，协调计算得到本单元的阀门开口度，利用蓄电池电量为法拉电容充电形成较高的启动电流，利用此电流驱动电动机驱动阀门开关到应有的开口度，在此开口度下让本产液剖面段的地层流体进入。多个单元的流入流体在油管内汇集，将形成含油最优化的总流量，从而使得油井在所有阶段都能以最优化的状态产液，而全过程都由井下设施自主完成，不需要地面控制干预，也不需要地面提供动力。

附图说明

图1是本实用新型的结构主视图示意图。

图2是本实用新型的隐藏了外罩的结构俯视图。

图3是本实用新型的隐藏了外罩的结构主视图。

图4是本实用新型的侧视图。

图5是本实用新型的立体结构图。

图6是图3的A局部结构示意图。

图7是图3的B局部结构示意图。

图8是本实用新型的带套管的多单元应用于井下的实施例图。

图9是图8的沿C-C方向的剖面图。

图10是本实用新型的隐藏了套管的多单元应用于井下的示意图。

图11是图10的沿A-A方向的剖面图。

图12是图3中A局部阀门2/3开口的示意图。

图13是图3中A局部阀门全关的示意图。

图中编号：

1管体2阀体3发电机

4入流开口5伺服电动机6温压流速探测器

7通信单元8减速齿轮组9螺旋

10螺杆11发电机叶轮桨叶12发电机支架

13叶轮导流罩14蓄电池15信号及控制和电流导线

16微电脑17法拉电容18a,18b饱和度探针电极

19小流量孔20阀体导轨21封隔器

22普通套管23筛管或射孔套管24普通油管

25外罩26外罩入流开口27通信与电源电缆(光缆)

具体实施方式

请参照图1、图2、图3、图4、图5所示，本实用新型是一种饱和度控制智能采油管，包括管体1、阀体2、发电机3、入流开口4、伺服电机5、温压流速探测器6、通信单元7、减速齿轮组8、螺旋9、螺杆10、信号及控制导线15、微电脑16、法拉电容17、饱和度探针18a和18b、阀体导轨20、外罩25、通信与电源电缆(光缆)27。参见图6所示，管体1上有入流开口4、发电机支架12，发电机3转子固定在发电机支架上，发电机叶轮桨叶11装在发电机3定子上，阀体导轨20安装在管体1的阀体槽两侧，阀体2位于两条导轨20之间，阀体2上有一小流量孔19。参见图7所示，减速齿轮组8的主动轮安装在伺服电机5的转动轴上，减速齿轮组的从动轮安装在螺旋的外侧，阀体2与螺杆相连接。发电机3、伺服电机5、饱和度探针18a,18b、温压流速探测器6、通信单元7、蓄电池14、法拉电容17通过信号及控制导线15与微电脑16相连。

请参照图8、图9、图10、图11所示，通信与电源电缆(光缆)27将两个本实用新型单元电脑相连。

本实用新型在应用下井前，蓄电池14中应充满电，当地层流体通过入流开口4或小流量孔19在地层压力驱动下向管体1内部流动时，流体将推动发电机叶轮桨叶11，从而带动发电机3定子旋转而产生电流，电流经导线15传送给微电脑16，微电脑16将此电流整流给蓄电池14充电；饱和度探针电极18a,18b定时检测通过入流开口4或小流量孔的地层流体的电阻值，并将此电阻传给微电脑16；温压流速探测器6将探测到的油管内的流体的温度、压力、流速信息传给微电脑16；微电脑16通过水声通信单元7或通信与电源光缆(光缆)27与相邻本实用新型单元通信，以征询相邻单元的饱和度、压力信息，并以油产量最大化为准则与相邻单元同步计算各自应有的流量配额，微电脑16根据本单元的流量配额和本段地层压力计算出本单元阀门应有的开度，调度蓄电池14为法拉电容17充电，并利用法拉电容17可提供的较大电流启动伺服电机5，伺服电机5按微电脑16的指令转动带动减速齿轮组8转动，减速齿轮组8带动螺旋9转动，螺旋9转动而驱动螺杆10移动，螺杆10移动拉动阀体2移动，阀体2移动到指定位置伺服电机5停止转动。

参见图6、图12、图13所示，阀体2移动在不同位置会对入流开口4有不同程度的遮挡，也就是阀门有不同的开度，从而可以控制地层流体向管体1内的流量，这就实现了本实用新型的功能，即根据地层流体含油饱和度高低，与井下相邻单元通信协调各自的流量配额，驱动阀体开关以控制各单元的流体流量，让含油高的段有多的流量，然含油低的有少的流量，使得油井内给单元进入的流体汇集后含水最低，油产量最高。

参见图13所示，小流量孔19的作用是当阀体2处于完全关闭位置是地层仍有少了流体可以流入管体1内，这有两个方面的用途，其一是避免在本单元形成异常高压腔，因为异常高压腔对油井安全潜在很大的威胁，其二是这个微小的流量足以带动发电机转动发电，从而保持蓄电池充电而不至于长时间无充电蓄电池的电量被耗尽(自然衰竭或漏失)。

在优选实施方案中，如水声通信单元可以足够小型化，则使用水声通信，否则用光缆通信；考虑到部分产液剖面可能存在一段较长的时间压力不足而无液体供给的情况，可实用电缆将多个单元连接而共享电源；伺服电机驱动部分在具体实施时也可考虑不用减速齿轮组与螺旋螺杆驱动组合而考虑用液压泵驱动阀体移动的方式，以减少转动部件，提高长效稳定性。

Claims (2)

1.一种井下自主供电含油饱和度控制智能控流采油管，其特征在于，包括管体、外罩、入流开口、入流控制阀及驱动装置、发电装置、饱和度探针、压力与温度和流量探测装置、水声通信或光缆通信装置、分析与控制微电脑单元、蓄电及充电电路单元和法拉级电容单元；所述管体两端有符合油管标准的螺口，侧面有一个入流开口，管体内有一个阀体槽、一个微电脑及蓄电设施安装基面、一个控制阀驱动装置安装基面；所述入流开口处设有一个发电机支架，发电装置的发电机安装在发电机支架上；所述入流控制阀包含阀体和螺杆；阀体位于阀体槽内通过阀体槽两侧的导轨移动，实现对入流开口不同程度的遮挡，该阀体上有一小流量孔，所述螺杆一端与阀体连接，另一端与减速齿轮组的从动轮连接，该减速齿轮组的主动轮安装在伺服电机的转动轴上，伺服电机由法拉电容供电，法拉电容的充电由被分析与控制微电脑单元调度的蓄电池完成；实现阀的开关控制的分析与控制微电脑单元连接；发电装置的发电机由入流流体带动其桨叶旋转发电，经充电电路单元后向蓄电池蓄电；探测流经入流开口的地层流体电阻率的饱和度探针安在入流开口处，并与分析与控制微电脑单元连接；压力与温度和流量探测装置安装在管体的传感器开口上，并且与分析与控制微电脑单元连接；通信部分通过水声通信单元或光缆与井下的其它阀单元连接通信；所述外罩套在管体上，其上对应有一个入流开口。

2.根据权利要求1所述的一种井下自主供电含油饱和度控制智能控流采油管，其特征在于，发电机转子固定在发电机支架上，发电机叶轮桨叶装在发电机定子上。