一种电磁耦合式无线供电与通信的有缆智能分采系统技术方案

本发明专利技术提供了一种电磁耦合式无线供电与通信的有缆智能分采系统，属于油田分层采油技术领域，包括地面控制器、地面电缆以及由上到下依次设置的井口采油树、油管、采油泵、无线电能传输短节及井下智能分采工具段，传输短节包括传输短节公头和传输短节母头，传输短节公头轴向设置有通过油管连通的公头中心过流通道，公头中心过流通道外周设置有能量发射线圈和公头通信线圈，传输短节母头轴向设置有母头中心过流通道，母头中心过流通道外周设置有能量接收线圈和母头通信线圈，传输短节公头下端从传输短节母头上端的中心通道内插入，实现两者之间的非接触式无线电能传输和双向无线数据通信。通信。通信。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁耦合式无线供电与通信的有缆智能分采系统


[0001]本专利技术属于油田分层采油
，尤其涉及一种电磁耦合式无线供电与通信的有缆智能分采系统。

技术介绍

[0002]我国油田多为多层系、非均质构造，如果采用多层合采、笼统采油的方式，就无法解决层间矛盾。由于油井主产层为高压高含水层，具有压制低压、低渗透、低含水层的生产潜力，使得生产过程中含水率上升，产油量下降，影响原油采收率。
[0003]随着技术的进步，近几年开始试验并推广智能分层采油技术，该技术能够全自动的对油井的每个产出层的信息进行实时监测与控制，实现了油井各分层产液量可控性开采和节能高效开采，达到稳油控水、节能增产、降本增效的目的。
[0004]常规有缆智能分采技术中，以使用范围较广的管式泵为例，在施工完成后，若后期要检泵，需要将全部管柱提出地面，代价太高；后续引入湿接头工艺，在工具段上方安装湿接头母头入井，丢手完成后第二趟管柱管式泵下方安装湿接头公头入井与湿接头母头对接，后期检泵无需起出工具段管柱，简化了工艺。但湿接头工艺有对接失败风险，对接绝缘密封点易失效，长期密封可靠性难以保证，且对接有效使用次数十分有限。
[0005]在无缆智能分采技术中，由于无缆式智能分采仪为存储式仪器，采用电池供电，油嘴的开关采用预设定时程控或压力波控制，仪器采集的数据无法实时传回地面，只能起井后回放，地面难以判断仪器控制是否成功。
[0006]目前公开的井下无线电能传输短节现有技术方案大体分为两种：1、使用一组收发线圈用于无线电能传输，无线数据通信使用现成的无线通信模块；2、使用一组收发线圈同时实现无线电能传输和无线数据通信，无线通信载波耦合在供电波形中。
[0007]这两种方案在有缆智能分采技术中应用均有其局限性，使用无线通信模块的方案通信频率较高，通常在几百MHz级别，在井下有矿化度的液体介质环境中信号损耗大，且模块普遍耐温性能较差，在井下100℃以上长期工作可靠性难以保证；使用同一组线圈同时进行无线电能传输和无线通信的方案在负载较为固定时，可稳定工作，当有电机等变化负载时，在电机启停和电机电流变化较大时，通信可靠性难以保证，误码率高。
[0008]由上述分析可知现有技术存在以下问题：1、湿接头对接的有缆智能分采工艺有对接失败风险，对接绝缘密封点易失效，长期密封可靠性难以保证，且对接有效使用次数十分有限；2、使用无线通信模块的方案通信频率较高，通常在几百MHz级别，在井下有矿化度的液体介质环境中信号损耗大，且模块普遍耐温性能较差，在井下100℃以上长期工作可靠性难以保证；3、使用同一组线圈同时进行无线电能传输和无线通信的方案在负载较为固定时，可稳定工作，当有电机等变化负载时，在电机启停和电机电流变化较大时，通信可靠性难以保证，误码率高；
4、现有井下无线电能传输技术方案普遍无线电能传输电路集成度不高，分立器件较多，电路占用空间较大，不利于在井下空间狭小的环境中长期使用。

技术实现思路

[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种电磁耦合式无线供电与通信的有缆智能分采系统，采用无线电能传输技术和线圈感应式无线通信技术，以解决现有使用湿接头技术的有缆智能分采系统重复使用性差、维护困难、长期密封可靠性难以保证的问题。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种电磁耦合式无线供电与通信的有缆智能分采系统，包括：地面控制器、地面电缆以及由上到下依次设置的井口采油树、油管、采油泵、无线电能传输短节及井下智能分采工具段，所述油管从上到下依次串连有井口采油树、采油泵、无线电能传输短节及井下智能分采工具段；所述无线电能传输短节包括传输短节公头和传输短节母头，所述地面电缆与所述地面控制器及所述传输短节公头电连接，所述传输短节公头轴向设置有与所述油管连通的公头中心过流通道，所述公头中心过流通道外周设置有能量发射线圈和公头通信线圈，所述传输短节母头轴向设置有母头中心过流通道，所述母头中心过流通道外周设置有能量接收线圈和母头通信线圈；所述传输短节公头下端从传输短节母头上端的中心通道内插入，实现两者之间的非接触式无线电能传输，所述能量发射线圈和能量接收线圈互感耦合，所述公头通信线圈和母头通信线圈双向无线数据通信。
[0011]进一步地，所述传输短节公头还包括公头外护管，所述公头外护管的上端设置有公头上接头，所述公头外护管的下端设置有公头下接头，所述公头中心过流通道设置在所述公头外护管的中心并贯通所述的公头上接头和公头下接头，所述能量发射线圈和所述公头通信线圈设置在所述公头中心过流通道外周的公头外护管内；所述传输短节母头还包括母头外护管，所述母头外护管的上端设置有母头上接头，所述母头中心过流通道贯通所述母头外护管的轴心，所述能量接收线圈和所述母头通信线圈设置在所述母头中心过流通道外周的母头外护管内。
[0012]进一步地，所述母头外护管内设置有密封护筒，所述密封护筒连接套设在所述母头中心过流通道的外周，所述的密封护筒内设置有套设在所述母头中心过流通道的外周的母头线圈骨架，所述母头线圈骨架的中部环状设置有将所述母头线圈骨架分为上下两部分的母头隔离环，所述的能量接收线圈套设在所述的母头线圈骨架上端外周，所述母头通信线圈套设在所述的母头线圈骨架下端外周；所述公头外护管内设置有套设在所述公头中心过流通道的外周的公头线圈骨架，所述公头线圈骨架的中部环状设置有将所述公头线圈骨架分为上下两部分的公头隔离环，所述的能量发射线圈套设在所述的公头线圈骨架的上端外周，所述的公头通信线圈套设在所述的公头线圈骨架的下端外周。
[0013]进一步地，所述公头上接头上设有与所述公头中心过流通道上端连通的第一液孔和第二液孔，所述公头中心过流通道与所述母头中心过流通道连通，所述母头上接头上设有与所述母头中心过流通道连通的第三液孔，所述母头下接头上设置有所述母头中心过流通道下端连通的第四液孔，所述母头外护管内设置有与所述第三液孔和第四液孔连通的环形过流通道，所述第二液孔与所述第三液孔连通。
[0014]进一步地，所述传输短节公头内还设置有位于所述公头中心过流通道外周的公头
控制组件，所述公头控制组件分别与所述能量发射线圈和所述公头通信线圈电连接，所述传输短节母头内还设置有位于所述母头中心过流通道外周的母头控制组件，所述母头控制组件分别与所述能量接收线圈和所述母头通信线圈电连接。
[0015]进一步地，所述的能量发射线圈和能量接收线圈均为螺旋结构，能量收发线圈组线圈层数可绕制一层或多层，所述传输短节公头和传输短节母头对接时，所述能量接收线圈套设在所述能量发射线圈的外周两者呈螺旋互套式结构。
[0016]进一步地，所述公头通信线圈和母头通信线圈均为螺旋结构，通信线圈组线圈层数可绕制一层或多层，所述传输短节公头和传输短节母头对接时，所述母头通信线圈套设在所述公头通信线圈的外周两者呈螺旋互套式结构。
[0017]进一步地，所述公头控制组件包括公头电缆载波通信电路、公头电源电路、公头主控电路、集成逆变电路、通信集成逆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁耦合式无线供电与通信的有缆智能分采系统，其特征在于，包括地面控制器（1
‑
1）、地面电缆（1
‑
4）以及由上到下依次设置的井口采油树（1
‑
2）、油管（1
‑
3）、采油泵（1
‑
6）、无线电能传输短节及井下智能分采工具段，所述油管（1
‑
3）从上到下依次串连有井口采油树（1
‑
2）、采油泵（1
‑
6）、无线电能传输短节及井下智能分采工具段；所述无线电能传输短节包括传输短节公头（1
‑
5）和传输短节母头（1
‑
7），所述地面电缆（1
‑
4）与所述地面控制器（1
‑
1）及所述传输短节公头（1
‑
5）电连接，所述传输短节公头（1
‑
5）轴向设置有通过所述油管（1
‑
3）连通的公头中心过流通道（3
‑
7），所述公头中心过流通道（3
‑
7）外周设置有能量发射线圈（3
‑
3）和公头通信线圈（3
‑
6），所述传输短节母头（1
‑
7）轴向设置有母头中心过流通道（2
‑
8），所述母头中心过流通道（2
‑
8）外周设置有能量接收线圈（2
‑
3）和母头通信线圈（2
‑
5）；所述传输短节公头（1
‑
5）下端从传输短节母头（1
‑
7）上端的中心通道内插入，实现两者之间的非接触式无线电能传输，所述能量发射线圈（3
‑
3）和能量接收线圈（2
‑
3）互感耦合，所述公头通信线圈（3
‑
6）和母头通信线圈（2
‑
5）双向无线数据通信。2.根据权利要求1所述的一种电磁耦合式无线供电与通信的有缆智能分采系统，其特征在于，所述传输短节公头（1
‑
5）还包括公头外护管（3
‑
4），所述公头外护管（3
‑
4）的上端设置有公头上接头（3
‑
1），所述公头外护管（3
‑
4）的下端设置有公头下接头（3
‑
13），所述公头中心过流通道（3
‑
7）设置在所述公头外护管（3
‑
4）的中心并贯通所述的公头上接头（3
‑
1）和公头下接头（3
‑
13）；所述能量发射线圈（3
‑
3）和所述公头通信线圈（3
‑
6）设置在所述公头中心过流通道（3
‑
7）外周的公头外护管（3
‑
4）内；所述传输短节母头（1
‑
7）还包括母头外护管（2
‑
2），所述母头外护管（2
‑
2）的上端设置有母头上接头（2
‑
1），所述母头外护管（2
‑
2）的下端设置有母头下接头（2
‑
7），所述母头中心过流通道（2
‑
8）设置在母头外护管（2
‑
2）的中心并贯通母头上接头（2
‑
1）和母头下接头（2
‑
7），所述能量接收线圈（2
‑
3）和所述母头通信线圈（2
‑
5）设置在所述母头中心过流通道（2
‑
8）外周的母头外护管（2
‑
2）内。3.根据权利要求2所述的一种电磁耦合式无线供电与通信的有缆智能分采系统，其特征在于，所述母头外护管（2
‑
2）内设置有密封护筒（2
‑
12），所述密封护筒（2
‑
12）连接套设在所述母头中心过流通道（2
‑
8）的外周，所述的密封护筒（2
‑
12）内设置有套设在所述母头中心过流通道（2
‑
8）的外周的母头线圈骨架（2
‑
4），所述母头线圈骨架（2
‑
4）的中部环状设置有将所述母头线圈骨架（2
‑
4）分为上下两部分的母头隔离环（2
‑
13），所述的能量接收线圈（2
‑
3）套设在所述的母头线圈骨架（2
‑
4）上端外周，所述母头通信线圈（2
‑
5）套设在所述的母头线圈骨架（2
‑
4）下端外周；所述公头外护管（3
‑
4）内设置有套设在所述公头中心过流通道（3
‑
7）的外周的公头线圈骨架（3
‑
12），所述公头线圈骨架（3
‑
12）的中部环状设置有将所述公头线圈骨架（3
‑
12）分为上下两部分的公头隔离环（3
‑
11），所述的能量发射线圈（3
‑
3）套设在所述的公头线圈骨架（3
‑
12）的上端外周，所述的公头通信线圈（3
‑
6）套设在所述的公头线圈骨架（3
‑
12）的下端外周。4.根据权利要求3所述的一种电磁耦合式无线供电与通信的有缆智能分采系统，其特征在于，所述公头上接头（3
‑
1）上设有与所述公头中心过流通道（3
‑
7）上端连通的第一液孔（3
‑
8）和第二液孔（3

【专利技术属性】
技术研发人员：孙智威，彭伯秋，王清宇，李书峰，张丑良，王杰，
申请(专利权)人：西安洛科电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：