一种注水井远程监测与自动控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种注水井远程监测与自动控制系统及方法，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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种注水井远程监测与自动控制系统及方法
本专利技术属于石油开采
，涉及一种注水井远程监测与自动控制系统及方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
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。本专利技术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；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，并将监测值传输至地面控制器；电磁流量计，用于检测注水量，包括检测全井上层+下层的流量，和检测注入下层的流量，监测流量值传输至地面控制器；过电缆封隔器，用于对各注水层进行有效封隔，防止串通至其他注水层，实现每层的注水进入到每个目的注水层中；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％。本专利技术进而给出了一种注水井远程监测与自动控制方法，包括如下步骤：1)将过电缆封隔器、电磁流量计、井下数字式配水器通过钢铠电缆相连接，按照设计要求逐层的下到井下预定位置；2)将电缆封隔器、电磁流量计、井下数字式配水器与地面控制器相连，地面控制器通过电缆给井下数字式配水器供电；地面控制器与上位机数据线连接；3)地面控制器通过上位机完成数据的ST硬件编解码，自动读取井下数字式配水器井下分层压力值、分层流量值、分层累计注入量值和分层水嘴开度值生产动态参数，并自动发送配水量调节指令，实现上位机与井下数字式配水器的双向通信，配水器流量的自动调节；4)地面控制器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。本专利技术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。本专利技术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专利技术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专利技术的一些实施例，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为本专利技术的一种注水井远程监测与自动控制系统示意图；图2为本专利技术的中心通道集成电磁流量计结构示意图；图3为本专利技术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、本文档来自技高网...

【技术保护点】
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)；地面控制器(103)，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，并将监测值传输至地面控制器；电磁流量计，用于检测注水量，包括检测全井上层+下层的流量，和检测注入下层的流量，监测流量值传输至地面控制器；过电缆封隔器，用于对各注水层进行有效封隔，防止串通至其他注水层，实现每层的注水进入到每个目的注水层中；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(116)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C(1)、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C(2)；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C(1)压紧固定在下电缆接头腔体(9)中。...

【技术特征摘要】
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)；地面控制器(103)，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，并将监测值传输至地面控制器；电磁流量计，用于检测注水量，包括检测全井上层+下层的流量，和检测注入下层的流量，监测流量值传输至地面控制器；过电缆封隔器，用于对各注水层进行有效封隔，防止串通至其他注水层，实现每层的注水进入到每个目的注水层中；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(116)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C(1)、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C(2)；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C(1)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...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡改星，姚斌，于九政，王守虎，王子建，李搂搂，杨玲智，毕福伟，刘延青，吴春生，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11