专利名称：智能化井下配水控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油领域，特别涉及一种智能化井下配水控制装置。
背景技术：
注水开采是我国的特色技术，我国80%以上的油田采用注水开采，在我国油田开采中占有举足轻重的地位。经过多年发展，我国精细注水技术处于世界领先地位，但现有的配水装置仍然存在注水合格率低、不能实现井下状态实时监测、并根据注水量变化进行实时调整等问题。因此，迫切需要一种能够根据井下条件变化自动调整注水量，并实时监测井下状态参数的智能注水装置。
发明内容
为了解决现有技术中的配水装置存在注水合格率低、不能实现井下状态实时监测、并根据注水量变化进行实时调整等问题，本发明实施例提供了一种智能化井下配水控制装置。所述技术方案如下一种智能化井下配水控制装置，所述装置包括设于壳体组件内的电池组、全向辐射天线、控制电路、水嘴、执行机构、温度传感器、压力感器及流量传感器，其中，所述电池组用于向所述控制电路及执行机构提供电源；所述全向辐射天线用于无线信号的接收和发射，实现井下数据传输和地面控制指令的接收；所述控制电路用于控制所述执行机构、所述温度传感器、所述压力感器及所述流量传感器动作；所述执行机构用于带动所述水嘴上下运动，调整所述的开口大小，实现配注量的调节；所述温度传感器、所述压力感器及所述流量传感器分别用于所述井下的油层温度、油层压力及水嘴流量的探测。具体地，所述壳体组件包括壳体，以及连接在壳体下端的传感器支座和插头，所述壳体内由上至下顺次设置着电池组、全向辐射天线、控制电路、执行机构及水嘴，所述传感器支座及所述插头内分别设有相连通的第一流道和第二流道，所述传感器支座中设有与所述第一流道相连通的进水口，所述插头中设有与所述第二流道相连通的出水孔，所述流量传感器设置在所述第一流道中，所述压力传感器设于所述传感器支座中，所述插头中设有连通所述压力传感器的压力引孔。具体地，所述执行机构设于所述壳体与所述传感器支座之间，所述执行机构包括减速电机，与所述减速电机的输出轴相连的执行杆，以及设于所述执行杆的下端水嘴，所述减速电机的输出轴上由内至外顺次套接着旋转螺母和轴承座，所述旋转螺母与所述轴承座之间设有钢球，所述执行杆与所述旋转螺母外部套接着支撑套，所述支撑套与所述轴承座的外部套接着压盖，所述执行杆的上端设有导向销钉。具体地，所述水嘴由上至下包括顺次设于所述执行杆上的水嘴套和水嘴座。进一步地，所述壳体对应所述进水口处设有滤网。具体地，所述全向辐射天线包括天线壳体、同轴电缆及加感天线，所述同轴电缆及所述加感天线设于所述天线壳体内，所述同轴电缆与所述天线壳体连接处设有刚性密封组件，所述刚性密封组件是套接在所述同轴电缆上的卡套及压帽，所述同轴电缆中的芯线与所述加感天线相连，所述天线壳体上对应所述加感天线的位置设有辐射孔。具体地，所述流量传感器包括传感器壳体，所述传感器壳体内设有贯通的液流通道，所述液流通道内设有靶片，所述传感器壳体内对应所述靶片处，固定有传感器基座，所述传感器基座内设置空心靶杆，所述空心靶杆的一端插入所述靶片中，所述空心靶杆的中心插入实心靶杆，并且所述实心靶杆的伸出所述空心靶杆的那端套接着涡流靶，所述传感器壳体内对应所述涡流靶的位置处，设有电涡探头及电子仓。进一步地，所述壳体的上端连接有打捞头。进一步地，所述打捞头与所述壳体的连接处、所述全向辐射天线与所述壳体的连接处、所述传感器支座与所述壳体连接处、以及所述传感器支座与所述插头连接处，分别设有的柔性密封结构。具体地，所述柔性密封结构为0型圈密封。进一步地，所述打捞头与所述电池组之间设有柔性的垫片。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是相比现有技术，本发明通过温度、压力及流量传感器能够长期连续获取注水井井下温度、压力和流量等参数信息，上述数据存储到控制电路的存贮介质中，由全向辐射电线以无线的方式实现数据上传和指令接收，通过执行机构带动水嘴实现配注量的自动调节。因此本发明能实时监控油层情况，并根据实际情况，实现油田分层注水的自动控制，为油藏动态模拟提供依据，进一步提高注水动态合格率和测调效率，从而持续稳产提高油田产量、提高水驱采收率。
图1是本发明实施例中提供的智能化井下配水控制装置整体结构剖视图；图加是本发明实施例中提供的全向辐射天线的结构剖视图；图2b是图加的侧视图；图3是本发明实施例中提供的流量传感器的结构剖视图。附图中，各标号所代表的组件列表如下1剪切销钉，2打捞头，3 垫片，4电池组，5全向辐射天线，5. 1天线壳体，5. 2同轴电缆，5. 3压帽，5. 4卡套，5. 5芯线，5. 6加感天线，5. 7安装孔，5. 8辐射孔，6控制电路，7减速电机，8轴承座，9旋转螺母，10导向销钉，11支撑套，
12执行杆，13水嘴套，14水嘴座，15传感器支座，16流量传感器，16. 1堵头，16. 2传感器壳体，16. 3销子，16. 4电涡流探头，16. 5靶片，16. 6传感器基座，16. 7探头基座，16. 8实心靶杆，16. 9空心靶杆，16. 10涡流靶，16. 11 螺钉，16. 12电子仓，16. 13液流通道，17压力传感器，
18密封支座，
19压力引孔，
20插头，
210型密封圈，
22出水孔，
23第二流道，
24第一流道，
25滤网，
26进水口，
27压盖，
28钢球。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。如图1所示，本发明实施例提供了一种智能化井下配水控制装置，包括设于壳体组件内的电池组4、全向辐射天线5、控制电路6、水嘴、执行机构、温度传感器、压力感器及流量传感器16。其中，所述电池组4用于向所述控制电路6及执行机构提供电源。所述全向辐射天线5用于无线信号的接收和发射，实现井下数据传输和地面控制指令的接收。所述控制电路6用于控制所述执行机构、所述温度传感器、所述压力感器及所述流量传感器 16动作。所述执行机构用于带动所述水嘴上下运动，调整所述的开口大小，实现自动配注量的调节。所述温度传感器、所述压力感器及所述流量传感器16分别用于所述井下的油层温度、油层压力及水嘴流量的探测，上述数据存贮在控制电路6中的存贮器里，需要时可通过全向辐射天线5传递到地面。本发明通过温度传感器、压力传感器及流量传感器能，够长期连续获取注水井井下温度、压力和流量等参数信息，并通过控制电路将数据存储到控制电路的存贮介质中，由全向辐射电线以无线的方式实现数据上传和指令接收，通过执行机构带动水嘴实现配注量的自动调节，因此本发明能够实时监控油层情况，根据油层的实际情况，实现油田分层注水的自动控制，为油藏动态模拟提供依据，进一步提高注水动态合格率和测调效率，从而持续稳产提高油田产量、提高水驱采收率。具体地，如图1所示，本例中，所述壳体组件包括壳体，以及连接在壳体下端的传感器支座15和插头20。考虑到结构紧凑合理布局，所述壳体内由上至下顺次设置着电池组4、全向辐射天线5、控制电路6、执行机构及水嘴。所述传感器支座15及所述插头20内分别设有相连通的第一流道M和第二流道23，所述传感器支座15中设有与所述第一流道 M相连通的进水口 26，所述插头20中设有与所述第二流道23相连通的出水孔22，水流由滤网25流入进水口 26，经第一流道对、第二流道23至出水孔22。为了过滤水中的杂物， 所述壳体对应所述进水口沈处设有滤网25，提高了注水的质量。为了检测注水量，本例优选，所述流量传感器16设置在所述第一流道M中，并且流量传感器16设置在进水口沈的下方，因此能够准确的监测注水流量。所述压力传感器17通过密封支座18设于所述传感器支座15中，所述插头20中设有连通所述压力传感器17的压力引孔19，本例中，压力传感器17设于流量传感器16的下方，可准确检测水嘴后的压力。本发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中的注水器仅具有注水功能，不具有定量注水功能。具体地，如图1所示，本例中，为了使结构更加合理，所述执行机构设于所述壳体与所述传感器支座15之间。为了克服不能实现定量注水的缺陷，实现定量注水，本发明采用了电机带动执行杆12，推动水嘴运动，进而控制水嘴开度的结构，用流量传感器16检测注水流量，并形成闭环控制，可准确调整流量的大小。具体实施时，执行机构还可以采用由弹簧和执行杆12组成的机构。具体地，本例中，所述执行机构包括减速电机7，与所述减速电机7的输出轴相连的执行杆12，以及设于所述执行杆12的下端水嘴。所述水嘴由上至下包括顺次设于所述执行杆12上的水嘴套13和水嘴座14。所述减速电机7的输出轴上由内至外顺次套接着旋转螺母9和轴承座8，所述旋转螺母9与所述轴承座8之间设有钢球观，所述执行杆12与所述旋转螺母9外部套接着支撑套11，所述支撑套11与所述轴承座8的外部套接着压盖27， 所述执行杆12的上端设有导向销钉10。通过旋转螺母9、导向销钉10及执行杆12将减速电机7的旋转运动变为直线运动，使水嘴套13在流道中上下运动，实现水嘴的开度大小调节，实现配注量的调整。进一步地，如图1所示，所述壳体的上端连接有打捞头2，打捞头2中装有剪切销钉 1。当装置的电池组4电量不足，报警时，可以下入投捞工具，抓住打捞头2，实现投捞，在地面更换电池后再次放入到指定层段，继续工作，方便了作业。进一步地，如图1所示，为了保证整个装置的密封性，所述打捞头2与所述壳体的连接处、所述全向辐射天线5与所述壳体的连接处、所述传感器支座15与所述壳体连接处、 以及所述传感器支座15与所述插头20连接处，分别设有的柔性密封结构。本例中，所述柔性密封结构为0型密封圈21。具体实施时，所述柔性密封结构具体实施时，所述柔性密封结构还可以是橡胶垫片3或垫块。进一步地，如图1所示，所述打捞头2与所述电池组4之间设有柔性的垫片3，增加了装置的缓冲性能。本例中，柔性的垫片3优选为聚四氟乙烯垫片。发明人在实现本发明的过程中，发现现有的全向天线，不能在井下高压井液下稳定工作，而且无法克服全向天线外壳的屏蔽问题。为了解决现有全向天线无法在井下高压稳定高压井液下稳定工作的问题，具体地，如图加所示，本例中，所述全向辐射天线5包括天线壳体5. 1、同轴电缆5. 2及加感天线5.6。所述同轴电缆5. 2及所述加感天线5. 6设于所述天线壳体5.1内，所述同轴电缆5. 2 中的芯线5. 5与所述加感天线5. 6相连，加感天线5. 6与同轴电缆5. 2形成谐振回路，增加全向辐射天线5(参见图1)的辐射能力。所述同轴电缆5. 2与所述天线壳体5. 1连接处设有刚性密封组件，使得全向辐射天线5(参见图1)能够在注水井高压环境下稳定工作。本例中，所述刚性密封组件是套接在所述同轴电缆5. 2上的卡套5. 4及压帽5. 3。为了外壳解决屏蔽问题，所述天线壳体5. 1上对应所述加感天线5. 6的位置设有辐射孔5. 8，所述天线壳体5. 1上还设有安装孔5. 7(参见图2b)。本例中，天线壳体5. 1周围设有一个安装孔 5.7(参见图2b)和两个辐射孔5. 8形成电磁波辐射通道，实现电磁波的全向辐射。加感天线5. 6与安装孔5. 7 (参见图2b)和辐射孔5. 8之间的空隙用树脂进行填充，与周围水介质隔开实现密封。发明人在实现本发明的过程中，发现目前市面上虽然存在多种形式的流量传感器 16，如利用涡街频率测量、压差测量、电磁流量测量、温度流量测量等方法的测量的流量传感器，由于它们有的安装条件要求高，有的流量计不适合在高压环境下应用，有的体积大， 在井下难以安装，因此现有的传感器普遍存在，无法在本发明所述装置紧凑空间的中进行安装，无法满足井下高压环境下流量测量的精度要求的缺陷。具体地，为了克服上述缺陷，发明人设计出了微型的流量传感器，如图3所示，所述流量传感器包括传感器壳体16. 2，所述传感器壳体16. 2内设有贯通的液流通道16. 13。 所述液流通道16. 13内设有靶片16. 5。所述传感器壳体16. 2内对应所述靶片16. 5处，固定有传感器基座16. 6，本例中，传感器基座16. 6焊接在传感器壳体16. 2上，并且传感器基座16. 6与传感器壳体16. 2之间通过销子16. 3定位。所述传感器基座16. 6内设置空心靶杆16. 9，传感器基座16. 6和空心靶杆16. 9之间通过焊接连接，并且所述空心靶杆16. 9的一端插入所述靶片16. 5中。所述空心靶杆16. 9的中心插入实心靶杆16. 8，所述实心靶杆 16. 8的另一端伸出所述空心靶杆16. 9。所述实心靶杆16. 8的伸出端套接着涡流靶16. 10， 所述传感器壳体16. 2内对应所述涡流靶16. 10的位置处，设有电涡探头及电子仓16. 12。 本例中，电涡流探头16. 4由两个螺钉16. 11通过探头基座16. 7固定在传感器壳体16. 2上。 为了方便安装，所述传感器壳体16. 2内与所述传感器基座16. 6对应位置处设有堵头16. 1， 堵头16. 1内设有与所述液流通道16. 13流向和宽度一致的流道。由于靶片16. 5为液体流动敏感测试元件，当液流通道16. 13有水流过时，在水流的作用下，靶片16. 5变形并带动空心靶杆16. 9产生变形，变形经实心靶杆16. 8和涡流靶 16. 10转移到电子仓16. 12，由电涡流探头16. 4进行检测，通过流量与位移之间的关系，来
测量流量。本发明所述流量传感器能够在所述传感器支座的第一流道中的紧凑空间中进行安装，经测试，本发明所述流量传感器能够在高压环境下实现流量的精确测量。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种智能化井下配水控制装置，其特征在于，所述装置包括设于壳体组件内的电池组、全向辐射天线、控制电路、水嘴、执行机构、温度传感器、压力感器及流量传感器，其中， 所述电池组用于向所述控制电路及执行机构提供电源；所述全向辐射天线用于无线信号的接收和发射，实现井下数据传输和地面控制指令的接收；所述控制电路用于控制所述执行机构、所述温度传感器、所述压力感器及所述流量传感器动作；所述执行机构用于带动所述水嘴上下运动，调整所述的开口大小，实现配注量的调节；所述温度传感器、所述压力感器及所述流量传感器分别用于所述井下的油层温度、油层压力及水嘴流量的探测。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体组件包括壳体，以及连接在壳体下端的传感器支座和插头，所述壳体内由上至下顺次设置着电池组、全向辐射天线、控制电路、执行机构及水嘴，所述传感器支座及所述插头内分别设有相连通的第一流道和第二流道，所述传感器支座中设有与所述第一流道相连通的进水口，所述插头中设有与所述第二流道相连通的出水孔，所述流量传感器设置在所述第一流道中，所述压力传感器设于所述传感器支座中，所述插头中设有连通所述压力传感器的压力引孔。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述执行机构设于所述壳体与所述传感器支座之间，所述执行机构包括减速电机，与所述减速电机的输出轴相连的执行杆，以及设于所述执行杆的下端水嘴，所述减速电机的输出轴上由内至外顺次套接着旋转螺母和轴承座，所述旋转螺母与所述轴承座之间设有钢球，所述执行杆与所述旋转螺母外部套接着支撑套，所述支撑套与所述轴承座的外部套接着压盖，所述执行杆的上端设有导向销钉。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述水嘴由上至下包括顺次设于所述执行杆上的水嘴套和水嘴座。
5.如权利要求2-4任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述壳体对应所述进水口处设有滤网。
6.如权利要求1-4任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述全向辐射天线包括天线壳体、同轴电缆及加感天线，所述同轴电缆及所述加感天线设于所述天线壳体内，所述同轴电缆与所述天线壳体连接处设有刚性密封组件，所述刚性密封组件是套接在所述同轴电缆上的卡套及压帽，所述同轴电缆中的芯线与所述加感天线相连，所述天线壳体上对应所述加感天线的位置设有辐射孔。
7.如权利要求1-4任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述流量传感器包括传感器壳体，所述传感器壳体内设有贯通的液流通道，所述液流通道内设有靶片，所述传感器壳体内对应所述靶片处，固定有传感器基座，所述传感器基座内设置空心靶杆，所述空心靶杆的一端插入所述靶片中，并且所述空心靶杆的中心插入实心靶杆，所述实心靶杆的伸出所述空心靶杆的那端套接着涡流靶，所述传感器壳体内对应所述涡流靶的位置处，设有电涡探头及电子仓。
8.如权利要求2-4任一项权利要求所遍勺装置，其特征在于，所述壳体的上端连接有打捞头。
9.如权利要求8项权利要求所述的装置，其特征在于，所述打捞头与所述壳体的连接处、所述全向辐射天线与所述壳体的连接处、所述传感器支座与所述壳体连接处、以及所述传感器支座与所述插头连接处，分别设有的柔性密封结构。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述打捞头与所述电池组之间设有柔性的垫片。
全文摘要
本发明公开了一种智能化井下配水控制装置，属于石油领域。所述装置包括设于壳体组件内的电池组、全向辐射天线、控制电路、水嘴、执行机构、温度传感器、压力感器及流量传感器，本发明通过温度、压力及流量传感器连续获取注水井井下温度、压力和流量等参数信息，将数据存储到控制电路的存贮介质中，由全向辐射电线以无线的方式实现数据上传和指令接收，通过执行机构带动水嘴实现配注量的自动调节，因此本发明能实时监控油层情况，根据实际情况实现油田分层注水的自动控制，为油藏动态模拟提供依据，进一步提高注水动态合格率和测调效率，从而持续稳产提高油田产量、提高水驱采收率。
文档编号E21B43/20GK102418504SQ20101029331
公开日2012年4月18日 申请日期2010年9月27日 优先权日2010年9月27日
发明者刘合, 刘玉章, 杨清海, 裴晓含, 郑立臣 申请人:中国石油天然气股份有限公司