[发明专利]一种智能井井下监控装置

说明书

技术领域

本发明涉及石油、天然气井生产过程中用于油气层状态监测和生产调控的装置，特别是关于一种能够实时采集产层的压力、温度，并实时监测和调整井下滑套的开启度，调节生产的智能井井下监控装置。

背景技术

智能井的主要特征在于对产层流体的实时监测和控制能力，通过在产层安装永久监测装置和可遥控的层间控制阀来实现。智能井系统对产层状态进行实时监控，为油藏管理提供依据。这种实时监控装置能提供连续的产层流体的压力、温度、流量等基本参数，有利于为油藏优化提供依据；从地面通过控制设备将生产控制指令输送到井下，改变一个或多个产量控制工具的开启度或启闭，从而达到油藏管理的目的。

可调节控制阀是实现智能井井下流量控制的核心部件，目前，用于智能井系统的调节阀可分为有级和无级两类，有级调节阀的位置可以由机械结构或装置来确保位移的准确性；而对于无级调节阀，则需要引入位置反馈，方法有两种：一种是通过在地面监测液压管线的回油量来确定阀门的位移量，另一种是在井下安装位移传感器来监测阀门位移量。国外的智能井系统大多采用第一种位置反馈的方法，此方法的前提条件是确保管线不出现漏油。

滑套运动是由液压缸直接驱动的，而液压缸的行程由液压油的注入量来决定。控制注入液压缸的液压油注入量就等于实现了对滑套开启度的控制。液压元件的比例流量控制在工业领域已经是成熟的技术，如PID控制等，但很难用于井下环境。限于井下空间小、温度、压力变化大等特点，现有的工业级的液压控制元件均不可直接用于井下。智能井系统需要可靠性高的控制执行元件，工业级比例流量阀其控制元件有较复杂的控制电路单元，不利于井下高温环境下保持其长期可靠性。因此，在满足控制精度的同时，尽量减少控制电路的复杂性，有利于提高可靠性和降低开发成本。

发明内容

为了解决普通工业级流量阀其控制元件不能直接应用于井下的问题，本发明的目的是提出一种适应于井下温度、压力和尺寸空间限制的智能井井下监控装置，通过该装置可实现对产层流体状态的实时监测和生产调控。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种智能井井下监控装置，连接在滑套类井下液压执行单元上，其特征在于：包括在各油气产层上设置的各传感器和电路短节，所述各传感器包括压力传感器、温度传感器以及位移传感器，所述各传感器与电路短节电连接及信号连接，并且所述位移传感器的自由滑杆连接在滑套上；所述电路短节与电磁换向阀控制连接，所述电磁换向阀与控制滑套开启程度的液压缸相连；所述电路短节以单片机为核心，包括采集电路、控制电路和通讯电路，其中所述采集电路完成压力、温度以及位移信号的分时采集；所述控制电路接收地面指令，发出定时脉冲驱动电磁换向阀动作；所述通讯电路完成产层与地面，以及地面与地面之间的通讯。

所述单片机中集成有多路12位A/D转换器，对各传感器信号进行分时采集，并把多次采集的值进行平均值运算，利用软件进行数字滤波处理，采集的方式有自动分时轮采，以及按应答模式采集两种，采集的方式由上位机发指令选择。

所述单片机根据上位机指令输出定时脉冲，控制功率管的导通，为换向阀提供动作所需要的电流，单片机输出的脉冲根据软件设定。

所述电路短节中含DC/DC模块，为各电路和传感器提供+5V、+12V电源，所述电磁换向阀的24V直流电直接由电缆提供。

所述电路短节采用CAN总线与地面进行一主多从长距离通讯。

所述电路短节和传感器整体固定在井下工具上，下入到套管与油管的环空之中，所述压力传感器连接在井下工具上。在电路短节的上端引出接铠装电缆，下端引出各传感器的电源线及信号线，与各传感器相连。在所述电路短节的下端设置三通接头，三通接头与电缆保护管连接，电缆保护管通过连接头与各传感器连接，在三通接头及电缆保护管的内部封装各传感器的电源线及信号线。

所述温度传感器可集成在电路短节上，也可与所述压力传感器、位移传感器一样，与电路短节分装。

电缆保护管通过连接头与各传感器连接处使用密封圈密封加强密封效果，所述电缆保护管为金属软管，长度和弯度可调。