CN102562013A - 用于注水井的自动测调与监测分注方法及其*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于注水井的自动测调与监测分注方法及其***，该方法包括以下步骤：1)地面控制***向井下测调配水器输入设定流量值；2)采集井下注水层位的实际流量数据；实际流量数据包括实际流量值、实际压力值以及实际温度值；3)将步骤2)所采集得到的井下流量数据与步骤1)中所设定的流量值进行比较并进行调配注水。本发明提供了一种不需要人为控制、可实现长期监测、缩短调配时间以及降低劳动强度的用于注水井的自动测调与监测分注方法及其***。

Description

用于注水井的自动测调与监测分注方法及其***

技术领域

本发明属于石油天然气探测领域，涉及一种注水井的流量测调与监测配注方法及***，尤其涉及一种可长时间在注水井井下工作的用于注水井的自动测调与监测分注方法及其***。

背景技术

目前石油天然气领域常用的配水方法主要有以下几种：

1、传统的投捞式配水方法：主要是通过钢丝等工具对井下水嘴进行投捞，它的缺点包括以下几个方面：①测调实时性差，不能及时的根据井下状况对水嘴进行调节；②调配效率低、配水精度低，不能实现井下精细的分层注水；③投捞工作量大，投捞的工具也比较复杂，随着油田开发难度的加大以及钻采工艺的进步，深井、超深井、斜井、大斜度井和水平井所占的比例越来越大，施工时投捞成功率也较低，而且易造成投捞过程中的掉卡事故。

2、边测边调配水方法：该方法将电缆下入井下调配测试仪，当坐层成功后，通过调节水嘴的开度大小，实现较好的井下分层注水效果，也实现了实时监测的功能，但其本身也有缺点：①由于每次测调只进行几个小时后即取出仪器，井下配水器水嘴处于固定状态，若地层压力或注水压力出现波动时，配水器无法实现自动调整，造成注水不准确；②只能实现短时间的流量实时监测，无法实现长期监测；③当需要调节分层流量时，必须先完成坐层才能进行调节，工序复杂，工作量比较大；④对水嘴投捞或调节时，也会面临大斜度井和水平井不易对接等问题；⑤当需要封隔器验封时，需要再次投捞专用验封仪才能实现验封。

3、无线测调配水方法：该方法每层对应一个智能配水器，其上下用封隔器封隔，配水器内部没有流量计，分层注入量通过地面打水压控制。该方法的缺点是：①通过观察地面的注水量变化进行流量控制，分注精度比较低；②通过打水压方式控制配水器状态，调配时间太长；③只能实现地面向井下单向传输，无法实时监测注水情况和井下状况。④无法避免层间干扰的问题，由于没有井下流量计，无法获知井下分层状态。

这几种配水方法中所采用的配水装置有的虽然成本低、投捞工具也较简单，但是在分层配水效率、分层配水精度、长期配水监测、以及直读双向通信等方面存在着较大的缺陷，特别是目前绝大多数井下配水器不具备独立的流量计，无法长时间实时对流量进行测调，从而确定累计注水流量。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种不需要人为控制、可实现长期监测、缩短调配时间以及降低劳动强度的用于注水井的自动测调与监测分注方法及其***。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种用于注水井的自动测调与监测分注方法，其特殊之处在于：所述用于注水井的自动测调与监测分注方法包括以下步骤：

1)地面控制***向井下测调配水器输入设定流量值；

2)采集井下注水层位的实际流量数据；所述实际流量数据包括实际流量值、实际压力值以及实际温度值；

3)将步骤2)所采集得到的井下流量数据与步骤1)中所设定的流量值进行比较并进行调配注水。

上述步骤2)的具体实现方式是：

2.1)采集井下注水层位的流量数据、压力数据以及温度数据；

2.2)将步骤2.1)所得到的流量数据、压力数据以及温度数据经过刻度计算并换算成该井下注水层位的实际流量值、实际压力值以及实际温度值。

上述步骤2)中在步骤2.2)之后还包括：

2.3)将步骤2.2)所得到的井下注水层位的实际流量值、实际压力值以及实际温度值发送至地面控制***。

上述步骤2.3)是将井下注水层位的实际流量值、实际压力值以及实际温度值通过电缆或无线的方式发送至地面控制***。

上述步骤3)的具体实现方式是：

3.1)将步骤1)中的设定流量值与步骤2)实际测得的实际流量数据进行相减并得到二者的差值；

3.2)若步骤3.1)中所得到的差值超过允许误差限度，对井下注水层位的调配注水；若步骤3.1)中所得到的差值在允许误差限度内，停止注水；该允许误差是根据不同的井况给出不同的值，没有严格意义上的定值，只要能满足相应井况的需求即可，该值可随时修改、设定。

上述流量数据是通过流量传感器采集；所述压力数据是通过压力传感器采集；所述温度数据是通过温度传感器采集。

一种用于注水井的自动测调与监测分注***，其特殊之处在于：所述该***包括井下智能配水器，所述井下智能配水器包括井下控制芯片、电机、水嘴以及实际流量数据采集单元；所述电机与实际流量数据采集单元分别接入井下控制芯片；所述电机驱动水嘴的张开和闭合。

上述实际流量数据采集单元包括流量传感器、压力传感器以及温度传感器；所述井下控制芯片包括刻度换算单元以及电机控制单元；所述流量传感器、压力传感器以及温度传感器分别接入刻度换算单元；所述电机接入电机控制单元。

上述用于注水井的自动测调与监测分注***还包括与井下智能配水器通过井下通信短节相连的地面控制***；所述地面控制***包括地面控制芯片、输入单元、显示单元以及放大滤波电路；所述输入单元以及显示单元分别接入地面控制芯片；所述地面控制芯片与放大滤波电路相连；所述井下通信短节包括通信短节控制芯片、定位单元以及通信单元；所述定位单元以及通信单元分别接入通信短节控制芯片；所述放大滤波电路通过电缆与井下通信短节的通信短节控制芯片相连；所述井下通信短节通过通信单元与井下智能配水器进行通信。常用的地面控制芯片包括TMS320F2XXX系列DSP芯片、ARM系列芯片、通用工控单片机如Microchip公司的PIC系列单片机、ADI公司系列芯片、C8050F系列单片机等等都适合用作地面控制芯片；常用的通信短节控制芯片如常用到的能耐高温的TMS320F2XXX系列DSP芯片、dsPIC30F系列芯片、ADI公司的ADUC系列单片机、Microchip公司的PIC系列单片机等等。

上述通信单元包括无线通信短节唤醒装置以及无线通信短节无线通信装置；所述无线通信短节唤醒装置以及无线通信短节无线通信装置分别接入通信短节控制芯片；所述无线通信短节唤醒装置以及无线通信短节无线通信装置分别接入井下智能配水器的井下控制芯片；所述井下通信短节与井下智能配水器进行无线通信。常用到的井下控制芯片是能耐高温、具有低功耗功能的芯片，如dsPIC30F系列芯片、ADI公司的ADUC系列单片机、Microchip公司的PIC系列单片机等等。

本发明的优点是：

本发明的理论基础是采用独立的流量计，在进行井下配水过程中不需要人工控制，在井下由流量计测得各种数据实时调节水嘴进行流量调节，实现精细的分层注水；井下配水器能够每隔一段时间进行自动采集压力、温度、流量等数据，经过刻度换算计算出实际的压力、温度、流量值，并将实际值存储到指定的存储芯片中，当通信时将数据传送给地面控制器，通过分析数据即可得到注水井的长时间注水状况，实现了对配水器的长期监测；当需要直读或井下配水器状态时，在地面通过电缆连接的井下通信短节，通过非接触通信方式实时对井下各个层位的压力、温度、流量数据、流量调配过程和流量变化进行直读和监测，并将各层的数据显示出来；当需要人工调整注水层注水量时，则可以根据显示的数据，由电缆携带井下通信短节，与配水器实现非接触式直读通信，将调控命令发送给配水器，实现对井下各层注水量的调整；当配水器不工作时，控制芯片、无线通信模块等处于休眠状态，可以有效的减小电量损耗；由于配水器拥有管内和管外压力计，因此只需要关闭分层水嘴即可实现该层封隔器验封功能。同时，分层注水量人工调整时，不需要坐层，减小了测调工作量，易实现；只需一次管注施工，就可以完成精细分注控制，无需后期人工干预和测量，节约大量人力物力。不需要投捞水嘴，缩短调配时间，降低劳动强度，在大斜度井和水平井也能够广泛使用。不需要在井下长时间使用电缆，减少了因电缆故障造成的各种井下配水器问题。

附图说明

图1是本发明所提供***的结构示意框图；

图2是本发明所提供的自动测调与监测分注***井下部分结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于注水井的自动测调与监测分注方法，该方法包括以下步骤：

1)地面控制***向井下测调配水器输入设定流量值；

在地面通过地面控制器的输入模块将各注水层井下测调配水器的设定流量值输入至地面控制芯片，经地面控制芯片的地面编解码单元编码后传送至井下通信短节控制芯片的井下编解码单元，然后唤醒井下配水器，以非接触式通信方式将设定流量值发送给各井下配水器控制芯片电机控制单元；

2)采集井下注水层位的实际流量数据；实际流量数据包括实际流量值、实际压力值以及实际温度值，其具体包括：

2.1)通过流量传感器采集井下注水层位的流量数据；通过压力传感器采集井下注水层位的压力数据；通过温度传感器采集井下注水层位的温度数据；

2.2)将步骤2.1)所得到的流量数据、压力数据以及温度数据经过刻度计算并换算成该井下注水层位的实际流量值、实际压力值以及实际温度值；

作为另一实施例，本发明在提供的步骤2)中，尤其是步骤2.2)之后还具有通信的功能，其具体步骤是：将步骤2.2)所得到的井下注水层位的实际流量值、实际压力值以及实际温度值以无线或通信电缆的方式发送至地面控制***，由地面控制***进行后续的操作。

各注水层的电机控制单元根据设定流量值控制电机转动调节水嘴开度，进行自动注水；同时，各注水层的流量传感器、压力传感器、温度传感器采集各层位的流量、压力、温度数据，经井下控制芯片的刻度换算单元换算成实际流量值、实际压力值、实际温度值，将实际值存储到指定芯片，当井下通信短节通信时，可以将存储的实际值以非接触式通信方式发送给井下通信短节，再经井下通信短节的井下编解码单元编码，输送到地面控制芯片的地面编解码单元解码，通过显示模块显示；

3)将步骤2)所采集得到的井下流量数据与步骤1)中所设定的流量值进行比较并进行调配注水，其具体包括：

3.1)将步骤1)中的设定流量值与步骤2)实际测得的实际流量数据进行相减并得到二者的差值；

3.2)若步骤3.1)中所得到的差值超过允许误差限度，对井下注水层位的调配注水；若步骤3.1)中所得到的差值在允许误差限度内，停止注水。允许误差是根据不同的井况给出不同的值，没有严格意义上的定值，只要能满足相应井况的需求即可，该值可随时修改、设定。

参见图1，本发明在提供用于注水井的自动测调与监测分注方法的同时，还提供了基于该方法的***，该***包括井下智能配水器，井下智能配水器包括井下控制芯片、电机、水嘴以及实际流量数据采集单元；电机与实际流量数据采集单元分别接入井下控制芯片；电机驱动水嘴的张开和闭合。

实际流量数据采集单元包括流量传感器、压力传感器以及温度传感器；井下控制芯片包括刻度换算单元以及电机控制单元；流量传感器、压力传感器以及温度传感器分别接入刻度换算单元；电机接入电机控制单元。

同时，本发明所提供的用于注水井的自动测调与监测分注***还包括与井下智能配水器通过井下通信短节相连的地面控制***；地面控制***包括地面控制芯片、输入单元、显示单元以及放大滤波电路；输入单元以及显示单元分别接入地面控制芯片；地面控制芯片与放大滤波电路相连；井下通信短节包括通信短节控制芯片、定位单元以及通信单元；定位单元以及通信单元分别接入通信短节控制芯片；放大滤波电路通过电缆与井下通信短节的通信短节控制芯片相连；井下通信短节通过通信单元与井下智能配水器进行通信。常用的地面控制芯片包括TMS320F2XXX系列DSP芯片、ARM系列芯片、通用工控单片机如Microchip公司的PIC系列单片机、ADI公司系列芯片、C8050F系列单片机等等都适合用作地面控制芯片；常用的通信短节控制芯片如常用到的能耐高温的TMS320F2XXX系列DSP芯片、dsPIC30F系列芯片、ADI公司的ADUC系列单片机、Microchip公司的PIC系列单片机等等。

通信单元包括无线通信短节唤醒装置以及无线通信短节无线通信装置；无线通信短节唤醒装置以及无线通信短节无线通信装置分别接入通信短节控制芯片；无线通信短节唤醒装置以及无线通信短节无线通信装置分别接入井下智能配水器的井下控制芯片；井下通信短节与井下智能配水器进行无线通信。常用到的井下控制芯片是能耐高温、具有低功耗功能的芯片，如dsPIC30F系列芯片、ADI公司的ADUC系列单片机、Microchip公司的PIC系列单片机等等。

井下测调配水器连接注水管柱，随管柱下入井中，井下测调配水器上下用封隔器封隔，配水器控制芯片存储预设好的分层配水值，刻度数值、注水调配时间、采样间隔时间等数据。

注水井自动测调与监测分注方法包括地面控制器、电缆连接的井下通信短节、与注水管连接的井下测调配水单元；地面控制器包括电源、地面控制芯片、与地面控制芯片连接的输入模块和显示模块，电源向地面控制芯片供电；参见图2，井下测调配水单元包括至少一个井下测调配水器。

本发明在具体工作时，井下测调配水器包括井下控制芯片、电机、水嘴、流量传感器、压力传感器、温度传感器、井下配水器无线通信模块、存储芯片、时钟芯片、高能电池、井下配水器唤醒装置等，流量传感器、压力传感器、温度传感器的输出端接井下控制芯片，井下控制芯片的芯片管脚接电机，电机用于控制水嘴的开度，井下配水器无线通信模块用于和井下通信短节完成命令、数据传输，存储芯片用于存储预设好的分层配水值，刻度数值、注水调配时间、采样间隔时间等数据，时钟芯片用于控制配水器工作状态，高能电池用于为井下控制芯片、电机和电路提供电能，井下配水器唤醒装置用于接收井下通信短节唤醒信号，使井下配水器从休眠状态转入正常工作状态；井下通信短节和地面控制器通过电缆连接；井下通信短节包括通信短节无线通信模块、通信短节控制芯片、通信短节唤醒装置、定位装置，通信短节控制芯片与通信短节无线通信模块、定位装置相连，通信短节无线通信模块用于和井下配水器完成命令、数据传输、通信短节唤醒装置用于发送唤醒信号，使井下配水器从休眠状态转入正常工作状态，定位装置用于确定井下配水器准确位置，井下测调配水器的上方和下方均设置有用于密封相应注水层的电缆密封装置，电缆密封装置设置有用于通过注水管的孔。

显示模块可采用现有各种手段，例如显示器，或打印显示；显示模块可以根据需要显示流量传感器、压力传感器、温度传感器测得的实际流量值、实际压力值、实际温度值，以及设定流量值、重新确定的注水量值、间隔注水时间等。

井下控制芯片包括刻度换算单元、电机控制单元，刻度换算单元的一端分别与流量传感器、压力传感器、温度传感器等连接，刻度换算单元的另一端与井下配水器无线通信模块，电机控制单元与电机连接，

井下通信短节还包括设置在电缆和井下通信短节控制芯片之间的放大滤波电路，地面控制器还包括电缆和地面控制芯片的放大滤波电路。

Claims (10)

1.一种用于注水井的自动测调与监测分注方法，其特征在于：所述用于注水井的自动测调与监测分注方法包括以下步骤：

1)地面控制***向井下测调配水器输入设定流量值；

2)采集井下注水层位的实际流量数据；所述实际流量数据包括实际流量值、实际压力值以及实际温度值；

3)将步骤2)所采集得到的井下流量数据与步骤1)中所设定的流量值进行比较并进行调配注水。

2.根据权利要求1所述的用于注水井的自动测调与监测分注方法，其特征在于：所述步骤2)的具体实现方式是：

2.1)采集井下注水层位的流量数据、压力数据以及温度数据；

2.2)将步骤2.1)所得到的流量数据、压力数据以及温度数据换算成该井下注水层位的实际流量值、实际压力值以及实际温度值。

3.根据权利要求2所述的用于注水井的自动测调与监测分注方法，其特征在于：所述步骤2)中在步骤2.2)之后还包括：

2.3)将步骤2.2)所得到的井下注水层位的实际流量值、实际压力值以及实际温度值发送至地面控制***。

4.根据权利要求3所述的用于注水井的自动测调与监测分注方法，其特征在于：所述步骤2.3)是将井下注水层位的实际流量值、实际压力值以及实际温度值通过电缆或无线的方式发送至地面控制***。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的用于注水井的自动测调与监测分注方法，其特征在于：所述步骤3)的具体实现方式是：

3.1)将步骤1)中的设定流量值与步骤2)实际测得的实际流量数据进行相减并得到二者的差值；

3.2)若步骤3.1)中所得到的差值超过允许误差限度，对井下注水层位的调配注水；若步骤3.1)中所得到的差值在允许误差限度内，停止注水。

6.根据权利要求2所述的用于注水井的自动测调与监测分注方法，其特征在于：所述流量数据是通过流量传感器采集；所述压力数据是通过压力传感器采集；所述温度数据是通过温度传感器采集。

7.一种基于权利要求1-6任一权利要求所述的用于注水井的自动测调与监测分注方法的***，其特征在于：所述***包括井下智能配水器，所述井下智能配水器包括井下控制芯片、电机、水嘴以及实际流量数据采集单元；所述电机与实际流量数据采集单元分别接入井下控制芯片；所述电机驱动水嘴的张开和闭合。

8.根据权利要求7所述的用于注水井的自动测调与监测分注***，其特征在于：所述实际流量数据采集单元包括流量传感器、压力传感器以及温度传感器；所述井下控制芯片包括刻度换算单元以及电机控制单元；所述流量传感器、压力传感器以及温度传感器分别接入刻度换算单元；所述电机接入电机控制单元。

9.根据权利要求7或8所述的用于注水井的自动测调与监测分注***，其特征在于：所述用于注水井的自动测调与监测分注***还包括与井下智能配水器通过井下通信短节相连的地面控制***；所述地面控制***包括地面控制芯片、输入单元、显示单元以及放大滤波电路；所述输入单元以及显示单元分别接入地面控制芯片；所述地面控制芯片与放大滤波电路相连；所述井下通信短节包括通信短节控制芯片、定位单元以及通信单元；所述定位单元以及通信单元分别接入通信短节控制芯片；所述放大滤波电路通过电缆与井下通信短节的通信短节控制芯片相连；所述井下通信短节通过通信单元与井下智能配水器进行通信。

10.根据权利要求9所述的用于注水井的自动测调与监测分注***，其特征在于：所述通信单元包括无线通信短节唤醒装置以及无线通信短节无线通信装置；所述无线通信短节唤醒装置以及无线通信短节无线通信装置分别接入通信短节控制芯片；所述无线通信短节唤醒装置以及无线通信短节无线通信装置分别接入井下智能配水器的井下控制芯片；所述井下通信短节与井下智能配水器进行无线通信。

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