CN206000524U - 一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱及调控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱及调控装置，能够在油井中实现均衡分层段开采。管柱包括丢手工具、封隔器和扶正器，上述部件均通过油管串连接。本生产管柱通过丢手工具丢手在井下，在封隔器和扶正器的下方通过油管串连接井下智能均衡生产控制阀。与管柱配合使用的调控装置包括转换接头、无线识别电磁感应充电器和无线射频识别对接器，电缆与转换接头、无线识别电磁感应充电器和无线射频识别对接器依次连接，本调控装置通过电缆下入到分层段开采生产管柱中与井下智能均衡生产控制阀对接。本实用新型在分层段开采生产管柱与调控装置之间通过双向无线射频识别技术，完成对油井生产参数的实时监测、智能调控和人为调控。

Description

一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱及调控装置

技术领域

本实用新型涉及到油气田开发的井下开采生产管柱，特别是一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱及调控装置，能够在油井中实现均衡分层段开采。

背景技术

近年来，由于油田经过多年的开发，地层综合含水率逐年上升，油水关系进一步复杂，层间干扰严重，层间动用不均衡，非均质性严重, 造成底水、气顶的锥进或脊进,使井筒过早见水见气，从而导致油井的不均衡生产，油量降低或油井停产，严重影响了油田采收率及开发效益。因此，掌握油井直观的动态生产资料是油田控水稳油的基本要求, 监测调控油层的压力、温度、流量、含水率等井下参数是均衡生产的基本手段。目前, 国内外对井下参数的监测、调控主要是采用电缆随井下参数控制阀配接油管串及泵下入井内，并连接至井口，通过地面控制系统与电缆的连接对油气层生产参数进行采集、存储、调控，井下参数控制阀无数据处理器及自动调节、数据存储等功能，该方式存在施工复杂，周期长，费用高的问题, 且经常发生电缆与油井套管之间的摩擦、碰撞导致电缆断裂而使调控失败，因此，井下动态生产资料的监测、调控是目前油气井生产中的瓶颈问题。生产现场需要研制一种无需电缆就能监测、调控井下生产参数的生产管柱。

发明内容

本实用新型目的是提供一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱及调控装置，用于非均质性严重及含水上升过快的油藏的井下均衡分层段开采，使分层段开采生产管柱与调控装置之间通过双向无线射频识别技术，完成对油井参数的智能调控和人为调控。在不动分层段开采生产管柱的基础上，实现均衡分层段开采生产，降低生产成本。

一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱包括丢手工具、封隔器和扶正器，上述部件均通过油管串连接。本生产管柱通过丢手工具丢手在井下，在封隔器和扶正器的下方通过油管串连接井下智能均衡生产控制阀；井下智能均衡生产控制阀设有充电式供电系统、数据采集存储系统、CPU集中管理系统和流量调控系统，上述系统设置在中心管与外缸套之间、通过连接件连接，在中心管的两端分别设有上接头和下接头与油管串连接。

与一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱配合使用的调控装置包括转换接头、无线识别电磁感应充电器和无线射频识别对接器，电缆与转换接头、无线识别电磁感应充电器和无线射频识别对接器依次连接，本调控装置通过电缆下入到分层段开采生产管柱中与井下智能均衡生产控制阀对接。

本实用新型具有以下显著的效果：本实用新型在分层段开采生产管柱与调控装置之间通过双向无线射频识别技术，完成对油井压力、温度、流量、含水率等参数的实时监测，完成智能调控和人为调控，实现油藏的均衡、有效开发及采收率的提高，为油井均衡分层段开采提供了有效的、智能的监测、调控方式。其显著效果如下述：

1)可根据开采层段的数量放置多个井下智能均衡生产控制阀，该阀的流量调控系统具有自动智能调节及人为干预调节的双工作模式功能，满足及时、准确的稳油控水调控。

2）井下智能均衡生产控制阀的CPU集中管理系统，通过双向无线射频识别技术传输数据，实现对地面控制指令的接收、发出和存储以及井下生产数据的回传，并对其他各系统状态逻辑判断及控制。

3）采用双向无线射频识别技术中的电磁感应技术，对井下智能均衡生产控制阀的充电式供电系统进行充电供电，无需电缆，节约施工费用，操作简单，安全可靠。

4）本实用新型可配合空心泵使用，无需进行起泵作业，满足实时监测需求，节省大量作业费用和作业时间，具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是水平井中分层段开采生产管柱的下入及结构示意图。

图2是直井中分层段开采生产管柱的下入及结构示意图。

图3是调控装置结构示意图。

图4是井下智能均衡生产控制阀结构示意图。

图5是图4中充电式供电系统结构示意图。

图6是图4中数据采集存储系统结构示意图。

图7是图4中CPU集中管理系统结构示意图。

图8是图4中流量调控系统结构示意图。

图9 是调控装置对井下智能均衡生产控制阀无线充电的工作原理示意图。

图10是调控装置对井下智能均衡生产控制阀双向无线传输及调控的工作原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图详述本实用新型，并非限制本实用新型的保护范围，凡使用本实用新型的设计思路得出的改进均属于本实用新型的保护范畴。

参见图1至图10，一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱包括丢手工具3、封隔器5和扶正器6，上述部件均通过油管串4连接。本生产管柱通过丢手工具3丢手在井下，在封隔器5和扶正器6的下方通过油管串4连接井下智能均衡生产控制阀7；井下智能均衡生产控制阀7设有充电式供电系统7-4、数据采集存储系统7-6、CPU集中管理系统7-7和流量调控系统7-9，上述系统设置在中心管7-5与外缸套7-2之间、通过连接件7-8连接，在中心管7-5的两端分别设有上接头7-1和下接头7-10与油管串4连接。CPU集中管理系统7-7包括双向无线传输单元7-7-1、指令双向处理单元7-7-2、智能转换调控单元7-7-3和测控电路板7-7-4，指令双向处理单元7-7-2通过本系统线路的数据线和控制线分别与双向无线传输单元7-7-1、智能转换调控单元7-7-3和测控电路板7-7-4连接。充电式供电系统7-4包括电能转换器7-4-1和充电式电池组7-4-2，充电式电池组7-4-2安装在电能转换器7-4-1的外面，两者之间通过充电转换电路板连接，充电式电池组7-4-2通过充电式供电系统7-4的连接电路与数据采集存储系统7-6、CPU集中管理系统7-7和流量调控系统7-9连接，为上述系统供给直流电；电能转换器7-4-1的上部内腔是锥形腔，方便调控装置下入。流量调控系统7-9包括指令执行单元7-9-1、流量调节单元7-9-2、控制电路单元7-9-3和电机7-9-4，电机7-9-4通过传动总成与流量调节单元7-9-2中的阀片连接，电机7-9-4通过控制电路单元7-9-3的连接电路与充电式供电系统7-4的充电式电池组7-4-2连接。数据采集存储系统7-6包括数据存储单元7-6-1、压力计7-6-2、温度计7-6-3、流量计7-6-4和含水测试仪7-6-5，温度计7-6-3安装在中心管7-5的一侧、通过数据采集板与数据存储单元7-6-1连接，压力计7-6-2、温度计7-6-3、流量计7-6-4以及含水测试仪7-6-5通过数据采集线路串联后与数据存储单元7-6-1连接。在井下智能均衡生产控制阀7的中心管7-5与外缸套7-2之间设置密封件7-3；丢手工具3以下生产管柱中的井下智能均衡生产控制阀7与开采层或开采段的油层相对应，在分层段开采生产管柱的上方通过抽油杆下入采油泵2。采油泵2是空心泵或者是有杆泵，封隔器5是平衡式或自封式封隔器，在分层段开采生产管柱的底部连接丝堵8或导向头。

在井下智能均衡生产控制阀7的上方或下方通过油管串4连接扶正器6和封隔器5，各零部件之间安装密封件7-3，保证紧密牢靠且密封可靠，并采取防结垢、防腐蚀等保护措施。将井下智能均衡生产控制阀7的各系统生产参数按照油藏及井况需求进行预设计及设定，将设定好的井下智能均衡生产控制阀7配接到分层段开采生产管柱中。

本生产管柱中的封隔器5、扶正器6和井下智能均衡生产控制阀7的下入数量根据均衡生产分层段开采的段数或层数来确定。

与一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱配合使用的调控装置包括转换接头10、无线识别电磁感应充电器11和无线射频识别对接器12，电缆9与转换接头10、无线识别电磁感应充电器11和无线射频识别对接器12依次连接，本调控装置通过电缆9下入到分层段开采生产管柱中与井下智能均衡生产控制阀7对接。无线识别电磁感应充电器11与井下智能均衡生产控制阀7的电能转换器7-4-1配合使用、其外径小于电能转换器7-4-1的内径。

本实用新型的无线充电功能和工作原理：调控装置上的无线识别电磁感应充电器11与井下智能均衡生产控制阀7的充电式供电系统7-4中的电能转换器7-4-1通过无线识别完成对接及逆变电路转换，然后通过电磁感应完成对充电式电池组7-4-2的充电，保证充电式电池组7-4-2可以继续长时间的工作，充电式电池组7-4-2对数据采集存储系统7-6的数据存储单元7-6-1的内部电路板、CPU集中管理系统7-7的测控电路板7-7-4、流量调控系统7-9的控制电路单元7-9-3供给直流电，保证各系统的正常工作。

无线射频识别对接器12与井下智能均衡生产控制阀7的CPU集中管理系统7-7配合使用、其外径小于中心管7-5的内径。

本实用新型的无线传输功能和工作原理：调控装置上的无线射频识别对接器12与CPU集中管理系统7-7中双向无线传输单元7-7-1通过双向无线射频识别对接后，无线电载波将指令双向处理单元7-7-2激活，指令双向处理单元7-7-2将识别到的传输指令发送给测控电路板7-7-4，测控电路板7-7-4再将指令发送给数据存储单元7-6-1，数据存储单元7-6-1将压力计7-6-2、温度计7-6-3、流量计7-6-4和含水率测试仪7-6-5采集到的动态监测历史存储数据按指令上传，直至传到双向无线传输单元7-7-1，然后再通过无线电载波无线传输到无线射频识别对接器12上，最后传输到地面控制设备。

本分层段开采生产管柱中的井下智能均衡生产控制阀7具有自动智能调控工作功能和人为干预调控功能。

自动智能调控工作功能及工作原理：即当生产一段时间后，各开采层段的产出液不符合设计要求，需按地面预设计参数进行周期性校核调整时，井下智能均衡生产控制阀7的指令双向处理单元7-7-2便启动自动智能调控指令并发送给智能转换调控单元7-7-3，智能转换调控单元7-7-3又将指令发送给指令执行单元7-9-1，指令执行单元7-9-1通过电机7-9-4的运转校核流量调节单元7-9-2中阀片的开度，对所处层或段的产液进行校核调控，完成自动智能调控功能。

人为干预调控功能及工作原理：当均衡分层段开采各层或段的含水上升过快或底水锥进需要对井下智能均衡生产控制阀7的CPU集中管理系统7-7进行人为干预调控时，以及充电式供电系统7-4需要充电时，对于使用有杆泵的采油井，需要将采油泵2起出。对于使用空心泵的生产井，无需起泵作业，将调控装置通过电缆9直接穿过空心泵，下入到分层段开采生产管柱中进行定位，确保下到设计位置。然后无线识别电磁感应充电器11完成对井下智能均衡生产控制阀7的充电，无线射频识别对接器12对井下智能均衡生产控制阀7完成各项参数的双向无线射频识别并传输到地面控制设备。

地面设备接收到数据后，根据油藏及井况进行分析，然后发出人为干预调节指令，对井下智能均衡生产控制阀7的各系统状态逻辑判断及控制，调整各段油藏的均衡产出。无线射频识别对接器12与CPU集中管理系统7-7中双向无线传输单元7-7-1通过双向无线射频识别继续对接后，无线电载波将指令双向处理单元7-7-2激活，指令双向处理单元7-7-2将接收到的人为干预调节指令发送给智能转换调控单元7-7-3，智能转换调控单元7-7-3再将指令发送给指令执行单元7-9-1，指令执行单元7-9-1通过电机7-9-4的运转，调整流量调节单元7-9-2中阀片的开度，对调整层的产液进行均衡调控，完成对该开采层或段的人为干预调节功能。

本实用新型能够实现不动管柱均衡分层段开采，实现生产压力、温度、流量、含水率等参数的实时监测、存储传输、智能调控。将配接好的分层段开采生产管柱下入水平井或直井，使井下智能均衡生产控制阀7在套管1内与所开采的段或层相对应。通过地面打压，坐封多个封隔器5，完成分层段开采的分段或分层的封隔，同时，多个扶正器6对管柱也起到居中的作用，满足了生产过程中下入调控装置进行无线充电和无线传输、调控的要求。

封隔器5坐封验封后，在地面进行投球打压，完成丢手工具3的丢手作业，起出丢手工具3上部的油管串4，将丢手工具3以下的分层段开采生产管柱留在井内，在分层段开采生产管柱的上方下入采油泵2，分层段开采生产管柱中连接的井下智能均衡生产控制阀7的各系统按照设计参数进行工作，完成井下压力、温度、流量、含水率等生产参数的采集、存储和自动智能调控，开采层段需要进行调控时，可以配合调控装置完成人为干预调控。

上面叙述的实施例仅仅为典型实施例，但本实用新型不仅限于这些实施例，本领域的技术人员可以在不偏离本实用新型的精神和启示下做出修改。本文所公开的方案可能存在很多变更、组合和修改，且都在本实用新型的范围内，因此，保护范围不仅限于上文的说明。

Claims (11)

1.一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱，包括丢手工具（3）、封隔器（5）和扶正器（6），上述部件均通过油管串（4）连接，其特征是，本生产管柱通过丢手工具（3）丢手在井下，在封隔器（5）和扶正器（6）的下方通过油管串（4）连接井下智能均衡生产控制阀（7）；井下智能均衡生产控制阀（7）设有充电式供电系统（7-4）、数据采集存储系统（7-6）、CPU集中管理系统（7-7）和流量调控系统（7-9），上述系统设置在中心管（7-5）与外缸套（7-2）之间、通过连接件（7-8）连接，在中心管（7-5）的两端分别设有上接头（7-1）和下接头（7-10）与油管串（4）连接。

2.如权利要求1所述的一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱，其特征是，所述CPU集中管理系统（7-7）包括双向无线传输单元（7-7-1）、指令双向处理单元（7-7-2）、智能转换调控单元（7-7-3）和测控电路板（7-7-4），指令双向处理单元（7-7-2）通过本系统线路的数据线和控制线分别与双向无线传输单元（7-7-1）、智能转换调控单元（7-7-3）和测控电路板（7-7-4）连接。

3.如权利要求2所述的一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱，其特征是，所述充电式供电系统（7-4）包括电能转换器（7-4-1）和充电式电池组（7-4-2），充电式电池组（7-4-2）安装在电能转换器（7-4-1）的外面，两者之间通过充电转换电路板连接，充电式电池组（7-4-2）通过充电式供电系统（7-4）的连接电路与数据采集存储系统（7-6）、CPU集中管理系统（7-7）和流量调控系统（7-9）连接，为上述系统供给直流电；电能转换器（7-4-1）的上部内腔是锥形腔。

4.如权利要求3所述的一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱，其特征是，所述充电式电池组（7-4-2）对数据采集存储系统（7-6）的数据存储单元（7-6-1）的内部电路板、CPU集中管理系统（7-7）的测控电路板（7-7-4）、流量调控系统（7-9）的控制电路单元（7-9-3）供给直流电。

5.如权利要求3所述的一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱，其特征是，所述流量调控系统（7-9）包括指令执行单元（7-9-1）、流量调节单元（7-9-2）、控制电路单元（7-9-3）和电机（7-9-4），电机（7-9-4）通过传动总成与流量调节单元（7-9-2）中的阀片连接，电机（7-9-4）通过控制电路单元（7-9-3）的连接电路与充电式供电系统（7-4）的充电式电池组（7-4-2）连接。

6.如权利要求5所述的一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱，其特征是，所述数据采集存储系统（7-6）包括数据存储单元（7-6-1）、压力计（7-6-2）、温度计（7-6-3）、流量计（7-6-4）和含水测试仪（7-6-5），温度计（7-6-3）安装在中心管（7-5）的一侧、通过数据采集板与数据存储单元（7-6-1）连接，压力计（7-6-2）、温度计（7-6-3）、流量计（7-6-4）以及含水测试仪（7-6-5）通过数据采集线路串联后与数据存储单元（7-6-1）连接。

7.如权利要求2所述的一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱，其特征是，所述在井下智能均衡生产控制阀（7）的中心管（7-5）与外缸套（7-2）之间设置密封件（7-3）；丢手工具（3）以下生产管柱中的井下智能均衡生产控制阀（7）与开采层或开采段相对应，在分层段开采生产管柱的上方通过抽油杆下入采油泵（2）。

8.如权利要求7所述的一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱，其特征是，所述采油泵（2）是空心泵或者是有杆泵，封隔器（5）是平衡式或自封式封隔器，在分层段开采生产管柱的底部连接丝堵（8）或导向头。

9.与权利要求1所述一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱配合使用的调控装置，其特征是，包括转换接头（10）、无线识别电磁感应充电器（11）和无线射频识别对接器（12），电缆（9）与转换接头（10）、无线识别电磁感应充电器（11）和无线射频识别对接器（12）依次连接，本调控装置通过电缆（9）下入到分层段开采生产管柱中与井下智能均衡生产控制阀（7）对接。

10.如权利要求9所述的与一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱配合使用的调控装置，其特征是，所述无线识别电磁感应充电器（11）与井下智能均衡生产控制阀（7）的电能转换器（7-4-1）配合使用、其外径小于电能转换器（7-4-1）的内径。

11.如权利要求10所述的与一种双向无线识别控制的分层段开采生产管柱配合使用的调控装置，其特征是，所述无线射频识别对接器（12）与井下智能均衡生产控制阀（7）的CPU集中管理系统（7-7）配合使用、其外径小于中心管（7-5）的内径。