[发明专利]一种注水井用新型无缆式数据双向传输装置

说明书

本专利公开一种注水井用新型无缆式数据双向传输装置，可实现注水井井口往井下注入层、井下注入层往井口双向传输流量、压力等数据功能，并采用时间序列波进行编码。该装置由上接头、外护管、压控短节、水嘴短节、电路控制短节、中接头和下接头组成，所述上接头、下接头通过螺纹与外护管连接；外护管内有压控短、水嘴短节和电路控制短节；电路控制短节内有流量传感器、压力传感器、电池组件和逻辑控制运算电路；注入水先经过快速开/关阀和水嘴短节进入地层。所述时间序列压力波意为信号编码由时间决定，采用10进制，从信号变为低电平时开始计时，若N个时间单位后变为高电平，则该信号代表数字N。本发明一方面实现了数据非接触双向传输，另一方面采用时间序列波的形式进行编码，结合快速开/关阀的设计方式，可以大大提高压力波的编码、解码和传输效率。

技术领域

本发明涉及油田注水井分层注水工艺领域，尤其涉及一种以控制注水量为最终目的，可实现地面井口往井下，以及井下往地面井口双向传输流量、压力等数据功能的机电一体化工具。

背景技术

为了提高油田开发经济效益，尽最大限度提高采油速度，油田开发常用分层水驱方式补充油藏能力，在水井中注入水，从而在油井采出端生产更多石油。目前油田有很多的分层注水工艺及工具，即包括利用钢丝/电缆获取井下流量数据的方式，也包括利用压力变化加载信息传递数据的方式。但前述的分层注水工具面临以下问题：前者利用地面设备下入仪器到井下，增加了作业费用，并需要占用有限的作业场地，尤其对海上平台施工带来更大负荷；后者提到的注水工具不具备井下往地面井口传递数据的功能，并且传输效率较低。

发明内容

针对现有技术中存在技术问题，本发明提供一种用于油田注水井分层注水工艺调节注水量的装置，该装置可实现注水井井口和井下注入层之间双向传输流量、压力等数据功能，并采用时间序列波进行编码。

为了解决现有技术中存在技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种注水井用新型无缆式数据双向传输装置，包括上接头、中接头和下接头组成，所述上接头、下接头分别通过螺纹与外护管连接；外护管内有压控短节、水嘴短节和电路控制短节；所述电路控制短节内有压力传感器、流量传感器、温度传感器、电池组件和逻辑控制运算电路。

地面井口往井下传输：地面压力控制系列改变井口注水压力，该压力为高、低压力组合形成的有规律压力波动，井下注水工具内的压力传感器监测时间序列压力波，并解码信号给电路控制短节的逻辑电路，逻辑电路通过计算具有约定指示信号的电压信号值，再输出控制指令调节水嘴短节的出水阀开度，实现对井下注水量的控制调节；

井下往地面井口传输：井下往地面井口传输过程中，井下流量、压力等数据经电路控制短节的逻辑电路计算后，输出指令，调节控制阀的开/关顺序和时间，注水管柱内压力变化直接作用在地面井口，地面控制系统监测时间序列压力波规律并解码，实现井下数据传输至地面井口。

压力波的信号编码由时间决定，采用10进制，从信号变为低电平时开始计时，若N个时间单位后变为高电平，则该信号代表数字N。

所述压控短节由控制阀和信号电机组成；逻辑控制运算电路根据需要传递的数据数值，计算出压力变化的大小顺利和保持时间，并输出指令控制压控短节中控制阀连接的信号电机，当控制阀关闭时，井底油管内的压力上升，地面井口压力随之上升，当控制阀打开/关闭时，井底油管内的压力下降，地面井口压力随之下降，整个过程实现逻辑控制运算电路对油管内压力的控制。

所述的水嘴短节，包括外部空心管，本体上有对称的两个通孔，内部为实心柱塞，实心柱塞通过传动轴连接水嘴电机，地面改变注入油管内的压力，井底的流量传感器测得数据并传送给逻辑控制运算电路逻辑控制运算电路根据约定的协议计算并输出指令控制水嘴电机转动，在转动过程中，流量传感器测得的流量值实时传递给逻辑控制运算电路，当流量与需求的流量值存在偏差时，逻辑控制运算电路输出指令，转动水嘴电机改变水嘴短节出水孔口的开度，从而实现地面井口对井下工具非接触式的控制。