CN209603962U - 一种注水井远程监测与自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种注水井远程监测与自动控制系统，包括设在过电缆井口下的管柱中的过电缆封隔器、电磁流量计和井下数字式配水器，通过地面控制器与管柱中仪器通信，采用数字化多信息测调、远程信号双向传输、电机控制与驱动等技术，将多信息测试与流量控制结合成统一整体置于井下，实现井下、地面、远程控制系统一体化控制。本实用新型能够实时监测井下分层压力、流量数据，无需高强度人工作业，方便灵活。在不动管柱、不需任何施工的情况下，完成注水井各层流量的精确、方便调节。

Description

一种注水井远程监测与自动控制系统

技术领域

本实用新型属于石油开采技术领域，涉及一种注水井远程监测与自动控制系统。

背景技术

油田早期采用笼统注水的配注系统应用于二次采油初期，采用地层笼统注水方式，无法实现分层配注，层间干扰严重，而且采用笼统注水方式不能完成注水井高效测调，测调完成初期的配注合格率尚能达到要求，但配注合格率随时间不断下降，且由于注水井压力波动较大，需缩短测调周期才能保证较高的配注合格率，由此导致测调工作量激增。层间矛盾加剧，层间差异使注水合格率快速降低，半数时间注水不合格。分注井数和层数的不断增加，测试工作量逐年增加。

目前油田分层注水井测试调配主要采用钢丝作业和电缆作业。钢丝作业通过地面试井车控制平台控制钢丝的起下来反复投捞更换固定水嘴，工作量大，无法地面实时控制井下测调仪实现测调同步，并且投捞仪器侧向定位对接成功率低。电缆作业通过地面试井车控制平台控制电缆的起下，采用井下测调仪电机旋转调节水嘴开度，实现边测边调功能，解决了反复投捞水嘴的过程，但是，井下机械接触式控制仍存在较大遇阻遇卡风险。

目前的钢丝或电缆测调工艺采用机械式测调仪进行控制，测试调配过程需采用接触式操作实现，调节爪需与配水器对接，增加了施工过程中遇阻遇卡的风险；间隔3个月进行测调，水嘴开度调节扭矩大，增加测调难度；同时，测调过程只能录取目前数据，无法查看历史配注数据，无法清晰掌握注水井真实注水动态，影响油田分注开发效果。

因此，迫切需要解决数据长期直读、电缆供电及双向通讯和配水器流量自动调节问题，加快有缆数字式分注地面控制系统的研究，通过远程自动测调系统，实现井下、地面和站控系统一体化通讯与控制，全过程免人工作业，实现注水井的分层测调、水井管理和动态监测，为大数据处理与应用奠定基础。

实用新型内容

为了满足我国特高含水开发期水驱技术的实际工艺要求，解决特高含水期注水井智能配注新工艺及配套工具的问题。采用数字化多信息测调、远程信号双向传输、电机控制与驱动等技术，将多信息测试与流量控制结合成统一整系统于井下，在不动管柱、不需任何施工的情况下，完成注水井各层流量的精确、方便调节。

本实用新型是通过下述技术方案来实现的。

一种注水井远程监测与自动控制系统，包括过电缆井口、管柱、过电缆封隔器、电磁流量计、井下数字式配水器和地面控制器；

所述电缆井口上方管柱连接地面控制器，过电缆封隔器布置在上中地层的管柱中，电磁流量计和井下数字式配水器布置在对应上、中地层的间隔的注水层的管柱中；在下层地层中的管柱中设有丝堵。

优选的，所述电磁流量计包括由上至下依次连接的油管上接头体、上电缆体上层、插针体、电路板腔体、上连接体、下连接体、下电缆接头腔体和下接头体；其中，所述上电缆体上层与插针体之间的管柱外侧腔体中设有电缆接头组件C1、插针桥接件和电路板；所述下连接体中设有流量计主体C2；所述下电缆接头腔体通过电缆接头压冒将电缆接头组件C1压紧固定在下电缆接头腔体中。

优选的，依次连接的各段之间分别采用O型密封圈实现径向密封。

优选的，所述地面控制器包括依次连接的主控制模块、ST解码电路、1#放大滤波电路和地面通信模块，主控制模块与上位机相连，地面通信模块与井下数字式配水器通信；地面控制器通过电缆与井下电磁流量计和井下数字式配水器相连。

优选的，所述井下数字式配水器包括依次连接的主控制模块、井下数字式配水器通信模块、ST解码电路和2#放大滤波电路，主控制模块与流量控制系统相连，2#放大滤波电路与地面控制器的地面通信模块相连。

优选的，所述电磁流量计采用递减法计算各层流量，检测上层的流量＝上层电磁流量计检测值-下层电磁流量计检测值，流量测试范围为2-300m3/d，流量测试精度为1％。

本实用新型通过采用数字化多信息测调、远程信号双向传输、电机控制与驱动等技术，将多信息测试与流量控制结合成统一整体置于井下，在不动管柱、不需任何施工的情况下，完成注水井各层流量的精确、方便调节。解决了大斜度井、深井和采出水回注井分层注水和测试调配难题，通过分注工艺的研究、关键工具电磁流量计的研制，考虑到采用有缆井下数字式分注工艺技术，同时与之配套的测试调配技术，实现了地面实时控制和监测。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

1、省去人工测调成本、分层精确、稳定注入、注水配注量在线测量和调控，边测边调、地面方便可调，无需停井和专用测调车辆，劳动强度低，测调效率高、测调周期可任意缩短，有效保证较高的配注合格率、无需井下对接，调节成功率100％。

2、数字式地面控制系统具有各层配注量自动调节，井下压力、温度和流量参数实时监测和存储，井下自动验封等功能。

3、地面控制器通过电缆连接有缆数字式配水器，采用电缆进行数据与指令的双向传输，实现数据直读和实时控制，同时，电缆通讯过程稳定、可靠。

4、地面全过程控制与监测，实现人工免投捞和测调作业，提高工作效率，节约测调费用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一种注水井远程监测与自动控制系统示意图；

图2为本实用新型的中心通道集成电磁流量计结构示意图；

图3为本实用新型的一种注水井远程监测与自动控制系统装置及工艺的地面控制系统的原理示意图。

图中：101、过电缆井口、102、电缆；103、地面控制器；104、1#过电缆封隔器；105、1#电磁流量计；106、1#井下数字式配水器；107、2#过电缆封隔器；108、2#电磁流量计；109、2#井下数字式配水器；110、丝堵；111、管柱；112、上层地层；113、第一注水层；114、中层地层；115、第二注水层；116、下层地层。

1、油管上接头体；2、上电缆体上层；3、插针体；4、插针桥接件；5、插针锁紧螺母；6、电路板腔体；7、上连接体；8、下连接体；9、下电缆接头腔体；10、下接头体；11、电缆接头压冒；C1、电缆接头组件；C2、流量计主体。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

参见图1所示，本实施例提供了一种注水井远程监测与自动控制系统，包括过电缆井口101、管柱111、过电缆封隔器、电磁流量计、井下数字式配水器和地面控制器103；其中，电缆井口101上方管柱111通过电缆102连接地面控制器103，在上、中地层的管柱111中分别设有过电缆封隔器，在对应上层地层112管柱中设有1#过电缆封隔器104，对应中层地层114的管柱中设有2#过电缆封隔器107；在上层地层112和中层地层114间隔的第一注水层113中的管柱中分别设有1#电磁流量计105和1#井下数字式配水器106，在中层地层114和下层地层116间隔的第二注水层115中的管柱中分别设有2#电磁流量计108和2#井下数字式配水器109；在下层地层116中的管柱111中设有丝堵110。

其中，地面控制器，用于与井下数字式配水器实现通讯，完成数据直读和实时控制，并按照预设方案实时控制各层的水嘴开启程度，使每层注水量达到地质配注要求。

井下数字式配水器，用于给每个注水层进行注水，同时监测每个注水层的油管压力和地层压力，监测出来的压力值通过电缆传输至地面控制器。

电磁流量计，用于检测流经它的注水量，以两层为例，最上面的流量计检测出来的是全井的流量(也就是上层+下层的流量)，最下面的流量计检测出来的是注入下层的流量，那么上层的流量就＝上层电磁流量计检测出来的流量-下层电磁流量计检测出来的流量，三层、四层依次类推。监测出来的流量值通过电缆传输至地面控制器。电磁流量计采用递减法计算各层流量，流量测试范围为2-300m3/d，流量测试精度1％。

过电缆封隔器，用于对各注水层进行有效封隔，实现每层的注水进入到每个目的注水层中，不会串通至别的注水层。

如图2所示，其中电磁流量计包括由上至下依次连接的油管上接头体1、上电缆体上层2、插针体3、电路板腔体6、上连接体7、下连接体8、下电缆接头腔体9和下接头体10；其中，上电缆体上层2与插针体3之间的管柱外侧腔体中设有电缆接头组件C1、插针桥接件4和电路板；下连接体8中设有流量计主体C2；下电缆接头腔体9通过电缆接头压冒11将电缆接头组件C1压紧固定在下电缆接头腔体9中。依次连接的各段之间分别采用O型密封圈实现径向密封。

如图3所示，示出了上位机连接的地面控制器与井下数字式配水器系统框图，其中，地面控制器103包括依次连接的主控制模块、ST解码电路、1#放大滤波电路和地面通信模块，主控制模块与上位机相连，地面通信模块与井下数字式配水器相连。井下数字式配水器包括依次连接的主控制模块、井下数字式配水器通信模块、ST解码电路和2#放大滤波电路，主控制模块与流量控制系统相连，2#放大滤波电路与地面控制器的地面通信模块相连。电源为整个系统供电。

其中，地面控制器和井下电磁流量计以及智能配水器是通过电缆连接起来的，它既可以为井下电磁流量计及智能配水器供电，又可以与井下电磁流量计及智能配水器双向通讯，也就是说地面控制器可以通过电缆给井下智能智能配水器发送指令，也可以读取井下电磁流量计监测的分层流量值，也可以读取智能配水器监测的油管压力和地层压力。

下面给出本实用新型工作过程：

下井作业过程中，首先将钢铠电缆在专有的电缆卡子的保护下与过电缆封隔器连接，过电缆封隔器与电磁流量计、数字式配水器、组成智能配注工具串，一层层的下到井下预定位置。

通过电缆与井下数字式配水器、中心通道电磁流量计连接，控制系统根据预设控制信息控制井下数字式配水器工作。

井下数字式配水器设置在油管上，放置在套管之内，井下数字式配水器与地面控制器采用电缆连接，地面控制器与上位机数据线连接；地面控制器为有缆数字式配水器供电，完成数据的ST硬件编解码，自动读取有缆数字式配水器流量值，根据预设参数可以不需要人为控制，自动发送配水量调节指令，实现了上位机与有缆数字式配水器的双向通信，配水器流量的自动调节。

测量电缆在井口通过过电缆密封井口的保护，有效避免了弯折现象，而且密封效果好。在外漏的连接套外通过顶丝设置防盗帽，起到良好的防盗效果，将其与地面控制箱相连，在地面直接控制与检测。

上述有缆数字式分注地面控制系统将交流电转换成各电路工作所需要的直流电，通过对不同指令和数据编解码控制输出和输入，实现地面测调同步操作、实时监测，具有操作方便、性能稳定的特点，大大提高了测试调配效率和成功率。

地面控制器和操作软件通过电缆与智能测调配水器实现通讯，完成数据直读和实时控制，并按照预设方案或在井口、中控室实时控制各层的水嘴开启程度，使每层注水量达到地质配注要求的工艺过程。根据接收到指令调节水嘴开度，并实时的读取压力值、流量值、累计注入量值和水嘴开度值等，实现井下注水参数的实时录取及反馈，确保注水量达到配注要求。地面注水阀组将与远程控制系统建立远程无线通讯，进而实现井下、地面、远程控制系统一体化控制，实时数据同步等功能，最终实现井下到地面、地面到站控平台远程有缆双向通讯，实时监测井下分层压力、流量数据，无需高强度人工作业，方便灵活。

本实用新型系统根据预设参数可以不需要人为控制，自动发送配水量调节指令，实现了上位机与有缆数字式配水器的双向通信，配水器流量的自动调节；有缆数字式配水器设计ST编解码电路，完成数据的硬件解码，根据接收到指令调节水嘴开度，并实时的读取压力值、流量值、累计注入量值和水嘴开度值等，实现井下注水参数的实时录取及反馈，确保注水量达到配注要求。

本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种注水井远程监测与自动控制系统，其特征在于，包括过电缆井口(101)、管柱(111)、过电缆封隔器、电磁流量计、井下数字式配水器和地面控制器(103)；

所述电缆井口(101)上方管柱(111)连接地面控制器(103)，过电缆封隔器布置在上中地层的管柱(111)中，电磁流量计和井下数字式配水器布置在对应上、中地层的间隔的注水层的管柱(111)中；在下层地层中的管柱(111)中设有丝堵(110)；

所述电磁流量计包括由上至下依次连接的油管上接头体(1)、上电缆体上层(2)、插针体(3)、电路板腔体(6)、上连接体(7)、下连接体(8)、下电缆接头腔体(9)和下接头体(10)；其中，所述上电缆体上层(2)与插针体(3)之间的管柱外侧腔体中设有电缆接头组件(C1)、插针桥接件(4)和电路板；所述下连接体(8)中设有流量计主体(C2)；所述下电缆接头腔体(9)通过电缆接头压冒(11)将电缆接头组件(C1)压紧固定在下电缆接头腔体(9)中。

2.根据权利要求1所述的一种注水井远程监测与自动控制系统，其特征在于，依次连接的各段之间分别采用O型密封圈实现径向密封。

3.根据权利要求1所述的一种注水井远程监测与自动控制系统，其特征在于，所述地面控制器(103)包括依次连接的主控制模块、ST解码电路、1#放大滤波电路和地面通信模块，主控制模块与上位机相连，地面通信模块与井下数字式配水器通信；地面控制器(103)通过电缆与井下电磁流量计和井下数字式配水器相连。

4.根据权利要求3所述的一种注水井远程监测与自动控制系统，其特征在于，所述井下数字式配水器包括依次连接的主控制模块、井下数字式配水器通信模块、ST解码电路和2#放大滤波电路，主控制模块与流量控制系统相连，2#放大滤波电路与地面控制器的地面通信模块相连。

5.根据权利要求1所述的一种注水井远程监测与自动控制系统，其特征在于，所述电磁流量计采用递减法计算各层流量，检测上层的流量＝上层电磁流量计检测值-下层电磁流量计检测值，流量测试范围为2-300m3/d，流量测试精度为1％。