基於rf無線通訊的井下找堵水自動開關控制系統的製作方法
2024-02-24 00:01:15 2
專利名稱：基於rf無線通訊的井下找堵水自動開關控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及石油開採裝備技術領域和分油層採油以及相關的找水、堵水施工，具體的是涉及基於RF無線通訊的井下找堵水自動開關控制系統。
背景技術：
原油含水率較高不僅增加了儲存、輸送、煉製過程中設備的負荷，而且增加了燃料消耗，甚至因為水中含鹽等而引起設備和管道的結垢或腐蝕。因此，要儘量降低原油的含水率。在採油井開採後期，分油層採油以及相關的找水、堵水施工是降低原油含水率的重要措施之一。而分油層採油以及相關的找水、堵水施工中，至關重要一項技術是靈活有效控制 油井各個油層閥門的開啟和關閉。機械式施工法，分層採油時將油井管道提出油井，在需要採油的油層流道安裝油嘴，將需要堵水的流道的油層流道堵死，將管道安裝到油井，開始採油。更換採油層時，要重新進行前面的作業，該方法調換一次油嘴花費至少3萬元，施工量較大，當油層數量較多時，施工難度很大。採用單片機控制各個油層的閥門是油田裝備技術領域發展方向之一，其中關鍵技術實現地面人員與井下多個油層開關的穩定可靠的信息通訊，從而靈活有效控制油井各個油層閥門的開啟和關閉。現在我國和國外在油田裝備技術領域採用的信息通訊技術主要有光纖傳感技術、電纜、液壓線、壓力編碼技術等。光纖傳感技術通訊距離遠，抗幹擾能力強，但由於光纖脆性大，特別是井下工具操作頻繁、施工時震動比較大的情況下很容易導致光纖折斷，此外當光纖通過封隔器時，需要額外增加光纖保護裝置，使機械結構更複雜性和成本更高。利用電纜或者液壓線控制具有井下工具操作繁瑣，機械結構複雜，在控制多餘3個油層的油井時，安裝複雜，可靠性低，控制難。壓力編碼技術基本可以實現地面與井下的信息的傳輸，通過地面水泵注水打壓力編碼來向閥門控制電路板發指令，從而控制閥門，但成功打一組壓力密碼時間較長，油井透水性不同造成水壓不穩當，造成控制難度大成功率較低。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術而提供一種基於RF無線通訊的井下找堵水自動開關控制系統，能夠實現地面人員對井下各層閥門的穩定和高效的控制。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案是基於RF無線通訊的井下找堵水自動開關控制系統，包括有帶URAT串口線和ICD2編譯器的計算機、RF發射模塊、RF接收模塊、閥門控制電路板和位於地面以下的多個配水器，燒寫RF發射程序時，計算機通過URAT串口線和RF發射模塊連接，燒寫成功後URAT串口線與RF發射模塊斷開，燒寫單片機程序時，計算機通過ICD2編譯器與閥門控制電路板連接，燒寫成功後ICD2編譯器與其斷開，RF接收模塊和閥門控制電路板由導線連接並安設在配水器上，RF發射模塊通過牽引繩連接位於油井管道中並和配水器裡的RF接收模塊在300米範圍相互進行無線通信，從而實現地面工作人員對閥門的控制。其中，所述的配水器包括有電路板卡槽、微型電機、減速器、絲杆、絲杆螺母、上導向座、連接杆、下導向座、密封膠圈、第一通孔、閥門、第二通孔、螺釘、套管、管壁和主管道，電路板卡槽用於安設RF接收模塊和閥門控制電路板，其下方設置有微型電機，所述的微型電機通過導線和閥門控制電路板連接，微型電機的底座由螺釘固定在管壁上，微型電機通過軸套和減速器固定連接，減速器的另一端和絲杆由彈性聯軸器連接，絲杆和絲杆螺母螺、紋連接，絲杆螺母和連接杆由螺釘固定連接，上導向座和下導向座由螺釘固定在管壁上，確定連接杆直線位移方向，下導向座的底部設置有密封膠圈，以進行密封，連接杆的另一端和閥門由螺釘固定連接，主管道通過設置在管壁底部的第一通孔和第二通孔與油層形成通路，所述的第一通孔和第二通孔都垂直於主管道，通過閥門阻斷或者打開該通路，套管由螺釘固定在管壁上面。按上述方案，所述的閥門控制電路板包括有單片機、電機驅動晶片、電流監測模塊、分時供電模塊、電源調理晶片、電源、RTC時鐘晶片和存儲晶片，其中電機驅動晶片控制引腳連接到單片機，驅動輸出端連接微型電機，單片機控制微型電機的開啟/關閉和轉向，電機驅動晶片的電源引腳連接到分時供電模塊，單片機通過分時供電模塊控制電機驅動晶片的電源，微型電機的電流經過電流監測模塊轉換為電壓，連接到單片機的A/D引腳，以監測電機工作是否正常，所述的RF接收模塊連接到單片機，電源引腳連接到分時供電模塊，單片機通過分時供電模塊控制RF無線通信的電源，RTC時鐘晶片連接到單片機，為閥門控制電路板提供時間參考，存儲晶片的指令和地址引腳連接到單片機，存放閥門狀態相關參數，電源提供12V直流電源，經過電源調理晶片，為電路板提供5V電源。按上述方案，所述的計算機通過I⑶2編譯器和單片機的program引腳相連，從而拷入程序。按上述方案，所述的單片機與分時供電模塊連接，控制RF接收模塊和微型電機的電源，不用時斷掉其電源，降低功耗，延長其有效使用時間。本發明的優點在於本發明結構簡單，主要由計算機、RF發送模塊、RF接收模塊、閥門控制電路板和配水器；計算機在地面，RF發送模塊的投送和回收由地面牽引繩完成，結構小巧，方便施工；配水器安裝結構緊湊，方便與標準油管連接，無需改動油井原有管道，其套管和密封膠圈可以使閥門控制電路板、RF接收模塊和相應的閥門傳動機構免受井下壓力、溼度等負責因素的幹擾；本發明的有效通信距離為300m，從而有效提高了通訊的穩定性和系統的可靠性。
圖I為基於RF無線通訊的井下找堵水自動開關控制系統結構示意 圖2為本發明的配水器結構示意 圖3為本發明的閥門控制電路板示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明進行詳細說明，但是此說明不會構成對本發明的限制如圖1，基於RF無線通訊的井下找堵水自動開關控制系統，包括有帶URAT串口線2和ICD2編譯器3的計算機1、RF發射模塊4、RF接收模塊、閥門控制電路板和配水器8，油井是由多個油層7組成，油管5要穿過所有油層7，封隔器6將油層7分隔開來，油管5通過油層的配水器8與對應油層7連通。燒寫RF發射程序時，計算機I通過URAT串口線2和RF發射模塊4連接，燒寫成功後拔開URAT串口線；燒寫單片機程序時，計算機I通過ICD2編譯器3與閥門控制電路板連接，燒寫成功後拔開ICD2編譯器3 ;RF接收模塊和閥門控制電路板由導線連接並安設在配水器上，施工時，RF發射模塊4通過牽引繩連接位於油井管道中並和配水器裡的RF接收模塊在300米範圍相互進行無線通信，從而實現地面工作人 員對閥門的控制，
其中，所述的配水器包括有電路板卡槽9、微型電機10、減速器11、絲杆12、絲杆螺母13、上導向座14、連接杆15、下導向座16、密封膠圈17、第一通孔18、閥門19、第二通孔20、螺釘21、套管22、管壁23和主管道24，
電路板卡槽9用於安設RF接收模塊和閥門控制電路板，其下方設置有微型電機10，所述的微型電機10通過導線和閥門控制電路板連接，微型電機10的底座由螺釘固定在管壁23，微型電機10通過軸套和減速器11固定連接，減速器11的另一端和絲杆12由彈性聯軸器連接，絲杆12和絲杆螺母13螺紋連接，絲杆螺母13和連接杆15由螺釘固定連接，上導向座14和下導向座16由螺釘固定在管壁23上，確定連接杆15直線位移方向，下導向座16的底部設置有密封膠圈17，以進行密封，連接杆15的另一端和閥門19由螺釘固定連接，主管道24通過設置在管壁23底部的第一通孔18和第二通孔20與油層形成通路，所述的第一通孔18和第二通孔20都垂直於主管道24，通過閥門19阻斷或者打開該通路，套管22由螺釘21固定在管壁23上面。
所述的閥門控制電路板包括有單片機、電機驅動晶片、電流監測模塊、分時供電模塊、電源調理晶片、電源、RTC時鐘晶片和存儲晶片，單片機是閥門控制電路板的控制核心。計算機通過I⑶2編譯器和單片機的program引腳相連，從而拷入程序。I⑶2編譯器不是閥門控制電路板的一部分。其中電機驅動晶片控制引腳連接到單片機，驅動輸出端連接微型電機，單片機控制微型電機的開啟/關閉和轉向，電機驅動晶片的電源引腳連接到分時供電模塊，單片機通過分時供電模塊控制電機驅動晶片的電源，微型電機的電流經過電流監測模塊轉換為電壓，連接到單片機的A/D引腳，以監測電機工作是否正常，所述的RF接收模塊連接到單片機，電源引腳連接到分時供電模塊，單片機通過分時供電模塊控制RF無線通信的電源，RTC時鐘晶片連接到單片機，為閥門控制電路板提供時間參考，存儲晶片的指令和地址引腳連接到單片機，存放閥門狀態相關參數，電源提供12V直流電源，經過電源調理晶片，為電路板提供5V電源。所述的單片機與分時供電模塊連接，控制RF接收模塊和微型電機的電源，不用時斷掉其電源，降低功耗，延長其有效使用時間。在配水器安裝到油井管道前，計算機通過I⑶2編譯器為閥門控制電路板的單片機拷入程序，採油井求產、找水和堵水施工時計算機在地面，用URAT串口線連接RF發射模塊，將控制指令程序寫入RF發射模塊，然後拔掉URAT串口線，RF發射模塊自帶電源可獨立工作。施工人員用牽引繩將RF發射模塊投送到油井管道中，和配水器裡的RF接收模塊，在300米範圍相互無線通信，從而實現地面工作人員對閥門的控制。
本發明在每個油層配有一套配水器，RF接收模塊和井下閥門控制電路板安裝在配水器的電路板卡槽處，各個油層由分隔器隔離開來。本發明的工作原理配水器安裝到油井前，計算機通過I⑶2編譯器給閥門控制電路板中的單片機拷入程序，單片機將實時時間和RF接收模塊開啟時間存入RTC時鐘晶片，並通過分時供電模塊關閉RF接收模塊和微型電機的電源，然後進入休眠模式。RTC時鐘晶片的時間達到RF模塊開啟時間時，會喚醒單片機。單片機通過分時供電模塊為RF接收模塊供電，等待RF發送模塊發送來的控制指令。控制指令的數據幀組成(RF接收模塊I地址編號)(閥門運動時間)(開關指令)+ (RF接收模塊2地址編號)(閥門運動時間)(開關指令)+ (RF接收模塊3地址編號)(閥門運動時間)(開關指令)…… 各個油層的RF接收模塊都有唯一的地址編號，例如配水器I、配水器2、配水器3(見圖I)中，分別安裝著地址編號為01、02、03的RF接收模塊。三個RF接收模塊都會在同一時間段被開啟。施工時間段要在RF接收模塊開啟時間內，如果要控制配水器1，配水器I安裝位置離井口距離已知，通過控制牽引繩下降長度，確保牽引繩將RF發射模塊送到配水器I的附近。RF發送模塊首先和RF接收模塊對地址編號，然後發送對應指令，例如地址編號01的RF接收模塊只會接收其對於的指令段，不會接收地址編號02的指令段，從而防止各個指令錯亂，其通信流程就像「打電話」。RF接收模塊接收到有效指令段後，將指令段傳給閥門控制電路板的單片機進行處理。單片機將閥門運動時間存儲，按照時間開啟或者關閉閥門。閥門控制電路板驅動微型電機可以通過減速器、絲杆螺母和連接杆，開啟或者關閉閥門，從而實現油層和油井主流道的開啟或者關閉。用同一原理，RF發射模塊可以控制配水器2，配水器3。例如3個油層，就有3個閥門，其中開啟關閉的組合有6種。例如我們要在的上午9點打開油層I的閥門，關閉油層2和油層3的閥門。RF發射模塊發射的控制指令的數據幀
010901+020900+030900，其中01是RF接收模塊地址編號，09是閥門運動時間9點，01
是閥門開啟指令。
基於RF無線通訊的井下找堵水自動開關控制系統，可有效控制採油井各層閥門的開啟和關閉。以上所述，僅是本發明一運用實例，並非對發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質作的任何簡單修改、等同變化和修飾，均仍屬於本發明的範圍內。
權利要求
1.基於RF無線通訊的井下找堵水自動開關控制系統，其特徵在於包括有帶URAT串ロ線(2 )和I⑶2編譯器(3 )的計算機(I)、RF發射模塊(4)、RF接收模塊、閥門控制電路板和位於地面以下的多個配水器，燒寫RF發射程序吋，計算機(I)通過URAT串ロ線(2)和RF發射模塊(4)連接，燒寫成功後URAT串ロ線與RF發射模塊斷開，燒寫單片機程序時，計算機(I)通過I⑶2編譯器(3 )與閥門控制電路板連接，燒寫成功後I⑶2編譯器(3 )與其斷開，RF接收模塊和閥門控制電路板由導線連接並安設在配水器上，RF發射模塊(4)通過牽引繩連接位於油井管道中並和配水器裡的RF接收模塊在300米範圍相互進行無線通信，從而實現地面工作人員對閥門的控制。
2.按權利要求I所述的基於RF無線通訊的井下找堵水自動開關控制系統，其特徵在於所述的配水器包括有電路板卡槽(9)、微型電機(10)、減速器(11)、絲杆(12)、絲杆螺母(13)、上導向座(14)、連接杆(15)、下導向座(16)、密封膠圈(17)、第一通孔(18)、閥門(19)、第二通孔(20)、螺釘(21)、套管(22)、管壁(23)和主管道(24)，電路板卡槽(9)用於 安設RF接收模塊和閥門控制電路板，其下方設置有微型電機(10)，所述的微型電機(10)通過導線和閥門控制電路板連接，微型電機(10)的底座由螺釘固定在管壁(23)上，微型電機(10)通過軸套和減速器(11)固定連接，減速器(11)的另一端和絲杆(12)由彈性聯軸器連接，絲杆(12)和絲杆螺母(13)螺紋連接，絲杆螺母(13)和連接杆(15)由螺釘固定連接，上導向座(14)和下導向座(16)由螺釘固定在管壁(23)上，確定連接杆(15)直線位移方向，下導向座(16)的底部設置有密封膠圈(17)，以進行密封，連接杆(15)的另一端和閥門(19)由螺釘固定連接，主管道(24)通過設置在管壁(23)底部的第一通孔(18)和第二通孔(20)與油層形成通路，所述的第一通孔(18)和第二通孔(20)都垂直於主管道(24)，通過閥門(19)阻斷或者打開該通路，套管(22)由螺釘(21)固定在管壁(23)上面。
3.按權利要求I或2所述的基於RF無線通訊的井下找堵水自動開關控制系統，其特徵在於所述的閥門控制電路板包括有單片機、電機驅動晶片、電流監測模塊、分時供電模塊、電源調理晶片、電源、RTC時鐘晶片和存儲晶片，其中電機驅動晶片控制引腳連接到單片機，驅動輸出端連接微型電機，單片機控制微型電機的開啟/關閉和轉向，電機驅動晶片的電源引腳連接到分時供電模塊，單片機通過分時供電模塊控制電機驅動晶片的電源，微型電機的電流經過電流監測模塊轉換為電壓，連接到單片機的A/D引腳，以監測電機工作是否正常，所述的RF接收模塊連接到單片機，電源引腳連接到分時供電模塊，單片機通過分時供電模塊控制RF無線通信的電源，RTC時鐘晶片連接到單片機，為閥門控制電路板提供時間參考，存儲晶片的指令和地址引腳連接到單片機，存放閥門狀態相關參數，電源提供12V直流電源，經過電源調理晶片，為電路板提供5V電源。
4.按權利要求3所述的基於RF無線通訊的井下找堵水自動開關控制系統，其特徵在於所述的計算機通過ICD2編譯器和單片機的program引腳相連，從而拷入程序。
5.按權利要求3所述的基於RF無線通訊的井下找堵水自動開關控制系統，其特徵在於所述的單片機與分時供電模塊連接，控制RF接收模塊和微型電機的電源，不用時斷掉其電源，降低功耗，延長其有效使用時間。
全文摘要
本發明涉及基於RF無線通訊的井下找堵水自動開關控制系統，包括有帶URAT串口線和ICD2編譯器的計算機、RF發射模塊、RF接收模塊、閥門控制電路板和位於地面以下的多個配水器，計算機通過URAT串口線和RF發射模塊連接，計算機通過ICD2編譯器與閥門控制電路板連接，RF接收模塊和閥門控制電路板由導線連接並安設在配水器上，RF發射模塊通過牽引繩連接位於油井管道中並和配水器裡的RF接收模塊在300米範圍相互進行無線通信。本發明的優點在於本發明結構簡單；配水器安裝結構緊湊，方便與標準油管連接；本發明的有效通信距離為300m，從而有效提高了通訊的穩定性和系統的可靠性。
文檔編號E21B43/20GK102681461SQ201210140570
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月9日 優先權日2012年5月9日
發明者劉明堯, 周祖德, 李俊, 譚躍剛 申請人:武漢理工大學