一種注水井智能無線配水裝置的製造方法
2023-05-10 18:38:21 2
專利名稱:一種注水井智能無線配水裝置的製造方法
【專利摘要】一種注水井智能無線配水裝置，包括井筒移動懸吊式攜帶總流量計量的通信單元、井下固定式分層注水智能配水單元、井筒移動懸吊式攜帶總流量計量的通信單元的通信控制板電路和井下固定式分層注水智能配水單元的通信控制板電路，通過井筒移動懸吊式攜帶總流量計量的通信單元的通信控制板電路與井下固定式分層注水智能配水單元的通信控制板電路的無線傳輸有機配合，在井下高壓高溫環境下，通信單元和井下固定式分層注水智能配水單元的單片機系統控制電機控制板電路開關水嘴的大小，通過無線通信進行傳輸數據，對流量和壓力採集存儲，對電機的驅動和過流保護進行控制，實現對分層注水量的自如精確調控。
【專利說明】一種注水井智能無線配水裝置 所屬技術領域
[0001] 本實用新型涉及一種注水井智能無線配水裝置，屬油田開發注水領域。
【背景技術】
[0002] 在油田採油的中後期，油層的壓力逐漸下降，當油層的壓力下降到低於油氣的飽 和壓力時，就會嚴重影響採收原油的效率，此時常採用注水驅油的方法來提高開採效率。由 於地層的非均質形，各個地層在不同時期的需注水量各不相同，籠統注水顯然不行，為調整 層間矛盾，控制原油含水上升，提高原油採收率，對多層油田實行分層注水。
[0003] 最初採用固定式水嘴，這種調配方式需要反覆投勞堵塞器和更換水嘴，平均單井 更換水嘴的時間需要4~6天，勞動強度大並且費時間。隨著技術的發展，可調式堵塞器代替 固定式水嘴，節省了時間。這種方式是通過機械結構完成井下的堵塞器與下井儀器機械臂 的對接，從而控制水嘴孔徑大小實現配水的自動調節。目前這種可調配水器提高了測試效 率，縮短了測試和調配時間，但依然存在著諸多缺點：
[0004] I在注水井的特殊環境中，機械結構的可靠性不高；
[0005] g長期注水伴隨結垢、腐蝕等問題，造成測調過程中經常出現遇阻、遇卡、無法投 拔注水芯子等情況；
[0006] 測試合格率低，測試精度誤差大，對小注入量的注水層無法做到精細注水；
[0007] 各層吸水情況不能隨時掌握。
[0008] 目前國際上幾大石油公司如油井動態公司、貝克休斯和斯倫貝謝等在智能井上有 所發展，尤其貝克休斯在井下實現無線通信技術有所建樹。隨著我國無線通信技術的高速 發展，人們逐漸著眼於對井下的無線通信技術的研究。而且我國石油開採已經到高含水量 時期，各油田也越來越注重二次開採技術的改善，將無線通信技術應用到注水量的配注中， 會更有效的提高注水的效率，達到穩定的注夠水，注好水，從而提高原油的採收率。
[0009] 基於上述情況，立項進行研製一種無線智能測調一體的配水器，通過無線通信的 方式來實現可調式堵塞器和下井儀器的通信，進行數據傳輸，以期率先在國內研製出具有 具有廣闊發展前景的智能配水系統。
【發明內容】
[0010] 本實用新型的目的是提供一種注水井智能無線配水裝置，在井下高壓高溫環境 下，實現下井儀器單片機系統與單片機控制電機系統之間通過無線通信技術進行傳輸數 據;實現對智能測調配水器水量控制系統進行控制，流量和壓力採集存儲，電機驅動和過流 保護，實現對注水量的調控；
[0011] 本實用新型的技術方案是以下方式實現的：
[0012] -種注水井智能無線配水裝置，包括井筒移動懸吊式攜帶總流量計量的通信單 元、井下固定式分層注水智能配水單元、井筒移動懸吊式攜帶總流量計量的通信單元的通 信控制板電路和井下固定式分層注水智能配水單元的通信控制板電路，其特徵在於:通過 井筒移動懸吊式攜帶總流量計量的通信單元的通信控制板電路與井下固定式分層注水智 能配水單元的通信控制板電路的無線傳輸有機配合，在井下高壓高溫環境下，通信單元和 井下固定式分層注水智能配水單元的單片機系統通過控制電機控制板電路控制水嘴的開 關大小，通過無線通信進行傳輸數據，對流量和壓力採集存儲，對電機的驅動和過流保護進 行控制，實現對分層注水量的自如精確調控。
[0013] 所述通信單元自下向上包括無線收發模塊、與收發模塊通過固定杆、密封組件和 鎖緊螺母固定的固定筒、與固定筒螺紋連接的通信管柱、與通信管柱螺紋連接的轉接體、與 轉接體螺紋連接的電池筒、與電池筒螺紋連接的自設電磁流量計的或其它流量計的懸掛 頭;在電池筒內設有電池，在通信管柱內設有通信控制板。
[0014] 所述電池筒設為圓柱形，上下端設有母螺紋，中部上下設有電池架。
[0015] 所述通信管柱設為圓柱形，上下端設有母螺紋，中部上下設有通信控制板固定架， 固定架上設有通信控制板，在上下固定架中心設有通信孔。
[0016] 所述固定筒設為圓柱形，上部設有公螺紋，下端面中心設有無線收發模塊的卡口， 中心設有固定無線收發模塊的中心孔，上端面中心設有帶中心孔的鎖緊螺帽，在無線收發 模塊上頂中心設有固定杆，固定杆通過兩道密封件與鎖緊螺帽密封連接。
[0017] 所述井下固定式分層注水智能配水單元自上向下包括上接頭、與上接頭內螺紋連 接的上導向體、與上接頭外螺紋連接的上連接套、與上導向體內螺紋連接的偏心管、與上連 接套內螺紋連接的主體、與主體外螺紋連接的下連接套、與下連接套內螺紋連接的下接頭、 與偏心管下端外螺紋連接的且設在下連接套內部的且與下接頭內螺紋連接的下導向體;在 上連接套與偏心管之間的環形空間的上部設有電池腔，中部一側的偏心管上設有通信控制 板和電機控制板，在下連接套與偏心管之間的環形空間的主體與下導向體之間的偏心管上 設有出水口，在與電機控制板同側的主體上從上向下設有電機、與電機軸相連的聯軸器、通 過固定體和軸承與連軸器相連的轉接軸、與轉接軸固定相連的絲槓、與絲槓螺紋相連的絲 槓套、絲槓套通過密封件動配合相連的閥套；閥套下端與出水口相通，在閥套的上部橫向上 設有由彈簧和閥芯控制的水嘴，水嘴與主體上所設的出水孔相連;在下連接套與偏心管之 間的環形空間內設有無線收發模塊。
[0018] 所述上導向體和下導向體設為對稱式的圓柱形，在上部和下部設有偏於軸線的喇 叭口式的偏心孔和圓柱形偏心孔，在喇叭口的外周設有公螺紋，在圓柱形偏心孔的內周和 外周設有密封圈。
[0019] 所述主體設為圓柱形，上部和下部設有公螺紋，上端面之下端面設有同心的偏心 孔，在壁厚一側的上端面至下端面設有一個圓孔，圓孔的中下部直徑小於中上部直徑，下部 直徑大於中下部直徑小於中上部直徑，在中上部圓孔內從上向下逐序設有電機，與電機軸 相連的連軸器、通過固定體和軸承與連軸器相連的轉接軸、與轉接軸固定相連的絲槓、與絲 槓螺紋相連的絲槓套、與絲槓套通過中下部圓孔內的密封件相連的下部圓孔內的閥套；
[0020] 所述通信單元的通信控制板電路包括CPU處理電路、電源供電電路、RS232串口通 信電路、超聲波發送調製電路、超聲波接收解調電路；CPU處理電路採用單片機 ATMEGA1284P-AU作為控制運算晶片，ATMEGA1284P是一款高性能、低功耗的8位AVR單片機， 設有先進的RISC結構，共32個8位通用工作寄存器，131條指令，控制運算晶片上包含128K 字節的可編程快閃記憶體程序存儲器，4K字節的EEPR0M和16K字節的SR0M;由JTAG(IEEE 1149.1標 準兼容)接口支持控制運算晶片調試，通過JTAG接口對Flash，EEPROM，Fuses，Lock Bits編 程;ATMEGA1284P有六個PWM通道，利用PWM通道發送數據信號，數據信號經調製後由無線收 發模塊I轉換成超聲波信號發送給井下智能配水器;ATMEGA1284P設有兩個具有獨立預分頻 器和比較模式的8位定時/計數器，兩個具有獨立預分頻器，比較功能和捕捉功能的16位定 時/計數器，利用16位定時/計數器的捕捉功能處理解調後的信號，經ATMEGA1284P單片機解 算出相關數據，並對數據進行相應的處理。
[0021]所述井下固定式分層注水智能配水單元的電機控制板的電路包括電池正極電壓、 電池負極電壓、正極電壓與負極電壓之間的調節電路、三極體、二極體、電容、電阻，其中MA、 MB接直流電機的正負極，MGV+接+24V電壓，當K2的電壓比K3的電壓高時，電機正轉;反之，電 機反轉。
[0022]本發明具有的主要優點：
[0023] 避免下井儀器與堵塞器之間採用機械結構對接的不可靠性，提高效率，降低成 本；
[0024] 乏非接觸的通信方式使得下井儀器即使未準確達到配注層時與配水器也有良好 的數據傳輸；
[0025] ?適應性強，在不改變現有分層測試技術及工藝管柱的參數基礎上進行原有技術 的延伸和發展；
[0026] ?'精細注水，提高目前測試工藝的精度。
【附圖說明】
[0027] 圖1-本實用新型的通信單元結構原理示意圖。
[0028] 圖2-井下固定式分層注水智能配水單元的結構示意圖 [0029]圖3-井下固定式分層注水智能配水單元的局部放大示意圖 [0030] 圖4_圖3中Α_Α的截面不意圖
[0031 ]圖5-通信單元的通信控制板電路原理圖 [0032]圖6-通信單元的通信控制板的供電電路原理圖
[0033] 圖7-通信單元的通信控制板的RS232串口通信電路原理圖
[0034] 圖8-通信單元的通信控制板的超聲波發送調製電路原理圖
[0035] 圖9-通信單元的通信控制板的濾波器的放大電路原理圖
[0036] 圖10-井下固定式分層注水智能配水單元的電機控制電路
[0037] 圖1中1-無線電收發模塊1、2_固定筒、3-密封組件、4-鎖緊螺母、5-通信管柱、6-通信控制板、7-轉接體、8-電池筒、9-電池、10-懸掛頭。
[0038] 圖2、3、4中11-上接頭、12-上導向體、13-上連接套、14-環形空間、15-電池腔、16-偏心管、17-通信控制板、18-電機控制板、19-電機、20-電機固定件、21-連軸器、22-轉接軸、 23-轉接軸固定件、24-軸承、25-絲槓、26-絲槓套、27-閥套、28-單向閥閥座、29-主體、30-擋 塊、31 -單向閥閥芯、32-彈簧、33-無線收發模塊II、34-水嘴、a-閥芯孔、b-出水口。
【具體實施方式】
[0039] 為進一步公開本實用新型的技術方案，下面結合附圖對實用新型的結構和工作原 理作進一步詳細說明：
[0040] -種注水井智能無線配水裝置，包括井筒移動懸吊式攜帶總流量計量的通信單 元、井下固定式分層注水智能配水單元、井筒移動懸吊式攜帶總流量計量的通信單元的通 信控制板電路和井下固定式分層注水智能配水單元的通信控制板電路，其特徵在於:通過 井筒移動懸吊式攜帶總流量計量的通信單元的通信控制板電路與井下固定式分層注水智 能配水單元的通信控制板電路的無線傳輸有機配合，在井下高壓高溫環境下，通信單元和 井下固定式分層注水智能配水單元的單片機系統通過控制電機控制板電路控制水嘴的開 關大小，通過無線通信進行傳輸數據，對流量和壓力採集存儲，對電機的驅動和過流保護進 行控制，實現對分層注水量的自如精確調控。如圖1所示:所述通信單元自下向上包括無線 收發模塊1、與收發模塊通過固定杆、密封組件3和鎖緊螺母4固定的固定筒2、與固定筒2螺 紋連接的通信管柱5、與通信管柱螺紋連接的轉接體7、與轉接體螺紋連接的電池筒8、與電 池筒螺紋連接的自設電磁流量計的或其它流量計的懸掛頭10;在電池筒內設有電池9,在通 信管柱內設有通信控制板6。
[0041] 如圖2、3、4所示:所述井下固定式分層注水智能配水單元自上向下包括上接頭11、 與上接頭內螺紋連接的上導向體12、與上接頭外螺紋連接的上連接套13、與上導向體12內 螺紋連接的偏心管16、與上連接套內螺紋連接的主體29、與主體外螺紋連接的下連接套36、 與下連接套內螺紋連接的下接頭37、與偏心管下端外螺紋連接的且設在下連接套內部的與 下接頭內螺紋連接的下導向體35;在上連接套與偏心管之間的環形空間14的上部設有電池 腔15,中部一側的偏心管上設有通信控制板17和電機控制板18,在下連接套與偏心管之間 的環形空間的主體與下導向體之間的偏心管上設有出水口 b，在與電機控制板同側的主體 上從上向下設有電機19、與電機軸相連的連軸器21、通過固定體23和軸承24與連軸器相連 的轉接軸22、與轉接軸固定相連的絲槓25、與絲槓螺紋相連的絲槓套26、與絲槓套通過密封 件動配合相連的閥套27;閥套下端與出水口b相通，在閥套的上部橫向上的閥芯孔a內設有 由彈簧32和閥芯31控制的水嘴34，水嘴34與主體上所設的出水口 b相通;在下連接套與偏心 管之間的環形空間內設有無線收發模塊33。通過井筒移動懸吊式攜帶總流量計量的通信單 元與井下固定式分層注水智能配水單元的無線傳輸有機配合，在井下高壓高溫環境下，通 信單元和井下固定式分層注水智能配水單元的單片機系統控制電機系統開關水嘴的大小， 通過無線通信進行傳輸數據，對具有流量和壓力採集存儲，對電機的驅動和過流保護進行 控制，實現對分層注水量的自如精確調控。
[0042] 如圖5所示:所述通信單元的通信控制板包括CPU處理電路、電源供電電路、RS232 串口通信電路、超聲波發送調製電路、超聲波接收解調電路；c P U處理電路採用單片機 ATMEGA1284P-AU作為控制運算晶片，ATMEGA1284P是一款高性能、低功耗的8位AVR單片機， 設有先進的RISC結構，共32個8位通用工作寄存器，131條指令，控制運算晶片上包含128K 字節的可編程快閃記憶體程序存儲器，4K字節的EEPR0M和16K字節的SR0M;由JTAG(IEEE 1149.1標 準兼容)接口支持控制運算晶片調試，通過JTAG接口對Flash，EEPR0M，Fuses，Lock Bits編 程;ATMEGA1284P有六個PWM通道，利用PWM通道發送數據信號，數據信號經調製後由無線收 發模塊I轉換成超聲波信號發送給井下智能配水器;ATMEGA1284P設有兩個具有獨立預分頻 器和比較模式的8位定時/計數器，兩個具有獨立預分頻器，比較功能和捕捉功能的16位定 時/計數器，利用16位定時/計數器的捕捉功能處理解調後的信號，經ATMEGA1284P單片機解 算出相關數據，並對數據進行相應的處理。
[0043]如圖10所示:所述井下固定式分層注水智能配水單元的電機控制板的電路包括電 池正極電壓、電池負極電壓、正極電壓與負極電壓之間的調節電路、三極體、二極體、電容、 電阻，其中MA、MB接直流電機的正負極，MGV+接+24 V電壓，當K2的電壓比K3的電壓高時，電機 正轉;反之，電機反轉。
[0044] 如圖6電源供電電路利用LM2596T5.0把外部提供的+24V電源轉換成+5V電源，經過 一系列濾波後給單片機及其他電路供電。LM2596 T5.0開關電壓調節器是降壓型電源管理 單片集成電路，能夠輸出3A的驅動電流，同時具有很好的線性和負載調節特性。該器件內 部集成頻率補償和固定頻率發生器，開關頻率為150KHZ，與低頻開關調節器相比較，可以 使用更小規格的濾波元件。由於該器件只需4個外接元件，可以使用通用的標準電感，這更 優化了 LM2596的使用，極大地簡化了開關電源電路的設計。
[0045] 如圖7所示:RS232串口通信電路是井上通信單元與上位機進行數據交換的主要電 路，採用MAX232晶片，通信速率為115200bps，8位數據位。主要與上位機進行各層注水參數 的傳輸。
[0046] 如圖8所示:超聲波接收解調電路:無線收發模塊I接收到信號後經兩級多路負反 饋二階有源帶通濾波器得到中心頻率為f。(即無線收發模塊I的頻率)的波形信號。
[0048] 令 C66=C67=C，Req 是 R39 和 R38 並聯的值，R3= R42
[0049] 如圖9所示:在實際應用中需要根據通信距離和環境來調整帶通濾波器的放大倍 數。放大倍數不宜過大，因為放大倍數越大時，電源幹擾也被放大得越大。
[0050] 把通信單元的通信控制板17通過RS232串口與上位機連接，給通信單元的通信控 制板6通電，上位機發送各層注水參數給通信單元的通信控制板6。通信單元的通信控制板 的單片機存儲各層注水參數後斷電，斷開與上位機的連接，給通信單元的通信控制板通電 並與流量計連接。下井到調配層，此時通信控制板6根據存儲的上位機注水參數產生調製信 號，通過無線收發模塊I轉換成超聲波信號發送給通信控制板17,通信控制板17通過無線收 發模塊Π 接收到超聲波信號並轉換成電信號，通信控制板17通過濾波、放大等方法把轉換 後的電信號解調成可處理信號，通信控制板17的CPU把可處理信號解算成各層對應的注水 參數，根據解算出的注水參數控制電機19正反轉實現水嘴34的調節。各層注水調節完成後 通過流量計檢測配水器的工作狀態，並將井下各層錄取數據反饋到上位機，如與所要注水 量發生偏差，重新錄入數據進行再次水嘴調節。
【主權項】
1. 一種注水井智能無線配水裝置，包括井筒移動懸吊式攜帶總流量計量的通信單元、 井下固定式分層注水智能配水單元、井筒移動懸吊式攜帶總流量計量的通信單元的通信控 制板電路和井下固定式分層注水智能配水單元的通信控制板電路，其特徵在於:通過井筒 移動懸吊式攜帶總流量計量的通信單元的通信控制板電路與井下固定式分層注水智能配 水單元的通信控制板電路的無線傳輸有機配合，在井下高壓高溫環境下，通信單元和井下 固定式分層注水智能配水單元的單片機系統通過控制電機控制板電路控制水嘴的開關大 小，通過無線通信進行傳輸數據，對流量和壓力採集存儲，對電機的驅動和過流保護進行控 制，實現對分層注水量的自如精確調控。2. 根據權利要求1所述的一種注水井智能無線配水裝置，其特徵在於:所述通信單元自 下向上包括無線收發模塊、與收發模塊通過固定杆、密封組件和鎖緊螺母固定的固定筒、與 固定筒螺紋連接的通信管柱、與通信管柱螺紋連接的轉接體、與轉接體螺紋連接的電池筒、 與電池筒螺紋連接的自設電磁流量計的懸掛頭;在電池筒內設有電池，在通信管柱內設有 通信控制板，所述通信單元自下向上包括無線收發模塊、與收發模塊通過固定杆、密封組件 和鎖緊螺母固定的固定筒、與固定筒螺紋連接的通信管柱、與通信管柱螺紋連接的轉接體、 與轉接體螺紋連接的電池筒、與電池筒螺紋連接的自設電磁流量計的懸掛頭。3. 根據權利要求2所述的一種注水井智能無線配水裝置，其特徵在於:所述電池筒設為 圓柱形，上下端設有母螺紋，中部上下設有電池架。4. 根據權利要求2所述的一種注水井智能無線配水裝置，其特徵在於:所述通信管柱設 為圓柱形，上下端設有母螺紋，中部上下設有通信控制板固定架，固定架上設有通信控制 板，在上下固定架中心設有通信孔。5. 根據權利要求2所述的一種注水井智能無線配水裝置，其特徵在於:所述固定筒設為 圓柱形，上部設有公螺紋，下端面中心設有無線收發模塊的卡口，中心設有固定無線收發模 塊的中心孔，上端面中心設有帶中心孔的鎖緊螺帽，在無線收發模塊上頂中心設有固定杆， 固定杆通過兩道密封件與鎖緊螺帽密封連接。6. 根據權利要求1所述的一種注水井智能無線配水裝置，其特徵在於:所述井下固定式 分層注水智能配水單元自上向下包括上接頭、與上接頭內螺紋連接的上導向體、與上接頭 外螺紋連接的上連接套、與上導向體內螺紋連接的偏心管、與上連接套內螺紋連接的主體、 與主體外螺紋連接的下連接套、與下連接套內螺紋連接的下接頭、與偏心管下端外螺紋連 接的且設在下連接套內部的且與下接頭內螺紋連接的下導向體;在上連接套與偏心管之間 的環形空間的上部設有電池腔，中部一側的偏心管上設有通信控制板和電機控制板，在下 連接套與偏心管之間的環形空間的主體與下導向體之間的偏心管上設有出水口，在與電機 控制板同側的主體上從上向下設有電機、與電機軸相連的聯軸器、通過固定體和軸承與連 軸器相連的轉接軸、與轉接軸固定相連的絲槓、與絲槓螺紋相連的絲槓套、絲槓套通過密封 件動配合相連的閥套；閥套下端與出水口相通，在閥套的上部橫向上設有由彈簧和閥芯控 制的水嘴，水嘴與主體上所設的出水孔相連;在下連接套與偏心管之間的環形空間內設有 無線收發模塊。7. 根據權利要求6所述的一種注水井智能無線配水裝置，其特徵在於:所述上導向體和 下導向體設為對稱式的圓柱形，在上部和下部設有偏於軸線的喇叭口式的偏心孔和圓柱形 偏心孔，在喇叭口的外周設有公螺紋，在圓柱形偏心孔的內周和外周設有密封圈。8.根據權利要求6所述的一種注水井智能無線配水裝置，其特徵在於:所述主體設為圓 柱形，上部和下部設有公螺紋，上端面之下端面設有同心的偏心孔，在壁厚一側的上端面至 下端面設有一個圓孔，圓孔的中下部直徑小於中上部直徑，下部直徑大於中下部直徑小於 中上部直徑，在中上部圓孔內從上向下逐序設有電機，與電機軸相連的連軸器、通過固定體 和軸承與連軸器相連的轉接軸、與轉接軸固定相連的絲槓、與絲槓螺紋相連的絲槓套、與絲 槓套通過中下部圓孔內的密封件相連的下部圓孔內的閥套。
【文檔編號】G08C17/02GK205714139SQ201620366895
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月27日
【發明人】於世江
【申請人】於世江