一种智能配水装置及其远程自动测调配水系统的制作方法

本发明涉及一种智能配水装置及其远程自动测调配水系统，属于油田注水技术领域。

背景技术：

注水是油田补充地层能量、提高采收率最有效的方法之一，也是油田开发最重要的工艺技术之一。由于油层纵向上多层迭合，不同层间、同一层内渗透性差异大，导致自然吸水能力相差悬殊，薄差层水驱动用程度低。为均衡补充地层能量，发挥各油层潜力，提高注水开发效果，各油田普遍采用分层注水工艺技术进行分层段配注。目前常用的分层注水器有偏心分注、空心分注、测调一体分注等工艺手段，这些工艺技术基本满足了注水要求，但存在施工复杂，测调难度大等问题。

此外，传统的配水器进行分层注水过程中，如果改变单层的注水量时，需要专业人员、车辆及时的通过投捞水嘴的方式改变水嘴规格，工艺复杂，成本高，施工成功率低，对于沼泽、滩海等特殊区域，测调工作受环境影响严重。同时，日前采取的固定配水分注模式，由于受到注入压差的影响，注入量随地层压力的变化而变化，无法有效地保证注采的统一，长期的不平衡开发过程中，容易出现层间矛盾。导致油田的水淹油层、单向水窜问题，使油田注水效果差、采收率降低。

技术实现要素：

为了解决相关技术中配水量调节过程复杂的问题，本发明提供一种智能配水装置及其远程自动测调配水系统。

本发明采取的技术方案如下：

一种智能配水装置，其包括上接头、下接头和外壳体，所述上接头和下接头分别安装在外壳体的两端，在上接头和下接头上分别设有进水孔和出水孔，同时上接头和下接头通过过流通道相互连通，所述过流通道位于外壳体内部，在所述外壳体内还设有出水通道，控制电路组件，无线通讯组件和电源组件，所述出水通道联通所述进水孔和出水孔，在进水孔和出水孔处分别设有嘴前压力传感器和嘴后压力传感器，所述嘴前压力传感器和出水通道之间设有自动可调水嘴，所述自动可调水嘴包括电机，减速器，联轴器，执行机构，阀芯和阀套，所述电机依次连接减速器、联轴器和执行机构，执行机构上连接阀芯，阀芯位于阀套内，在阀套侧部设有入水口和出水口，所述入水口与上接头上的进水孔联通，出水口与下接头上的出水孔联通。

进一步的，所述执行机构由丝杠，驱动螺母和活塞杆组成，所述驱动螺母一端与所述丝杠螺纹连接，另一端与所述活塞杆固定连接，所述阀芯固定在活塞杆上，通过电机驱动，活塞杆带动阀芯作直线往复运动。

进一步的，所述电机、嘴前压力传感器和嘴后压力传感器分别通过电缆与控制电路组件相连接，控制电路组件同时还与所述无线通讯组件和电源组件连接，无线通讯组件通过天线收发地面控制中心的指令信号。

进一步的，所述出水通道内设有流量计和单向阀，所述流量计通过电缆连接控制电路组件。

进一步的，所述上接头的通道内设有过滤器。

进一步的，所述上接头和下接头与外壳体的连接处分别设有密封圈。

一种远程自动测调配水系统，其包括上述所述的智能配水装置，地面无线通讯装置和地面主机，所述地面主机自带编译器，并且地面主机通过urat串口线和地面无线通讯装置，地面无线通讯装置与配水装置的无线通讯组件实现无线连接。

进一步的，所述配水装置内部的控制电路组件采用飞思卡尔s12xs128单片机；无线通讯组件选用dtd465a无线数传芯片。

进一步的，所述dtd465a的第8脚sleep设置为休眠控制信号，该信号保持高电平时，模块进入休眠，由空闲转换为休眠并可在上升沿后10微秒内完成；当sleep保持低电平时模块持续工作，由休眠转换为工作状态，并至少需要下降沿后约20ms的时间，以保证控制电路组件cpu的时钟重新稳定工作。

进一步的，所述dtd465a的第9脚reset设为内部控制芯片的外部复位信号，此信号用来复位或者唤醒已经进入休眠状态的内部控制芯片，此信号持续10毫秒的低电平，模块即复位或者被唤醒；当reset信号的上升沿后20ms，模块即可开始工作。

本发明的有益效果如下：

（1）可全面完成注水井的水嘴调配、分层流量测试、分层压力测试、无线数据传输、地面数据采集和远程控制等功能，实现油田数字化、智能化管理，提高水井管理水平，全面消除测调设备、工具、仪器和人员配套投资，降低老油田管理与开发成本。

（2）根据注入压差和流量的稳定式智能注水功能，能够有效地根据地层压力的变化自动调节水嘴的开度，从而使注水量能够相对稳定在设计配注量内，有效地解决了因地层压力变化导致的注入水量变化，克服固定模式注水的缺陷，解决欠注或超注导致的层间差异、水窜等问题。

（3）采用低耗能电路、电机和分体供电技术等，使电池总容量20%的耗能下智能配水器能够一次下井连续工作二年以上，为电池受温度、自耗能影响下的正常供电提供了保障。

（4）根据注水井管柱、水质杂质、管壁脱落物、水垢脱块等对配水器的堵塞影响，配套了高强度、低压损井下滤网，消除了0.3mm以上固相颗粒进入水嘴，确保了在小流量状态下固相颗粒减少对水嘴的堵塞机率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中自动可调水嘴的结构示意图。

图3是自动测调配水系统工作原理框图。

图4是控制电路组件的单片机控制电路图。

图5是dtd465a无线数传模块与单片机连接示意图。

图6是射频soc-nrf9e5无线模块电路图。

图中：1-上接头，2-下接头，3-外壳体，4-进水孔，5-出水孔，6-过流通道，7-出水通道，8-控制电路组件，9-无线通讯组件，10-电源组件，11-嘴前压力传感器，12-嘴后压力传感器，13-自动可调水嘴，14-流量计，15-单向阀，16-密封圈，17-天线，18-过滤器，19-电机，20-减速器，21-联轴器，22-丝杠，23-驱动螺母，24-活塞杆，25-阀芯，26-阀套，27-入水口，28-出水口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例一。

如图1和图2所示，一种智能配水装置，其包括上接头1、下接头2和外壳体3，所述上接头1和下接头2分别安装在外壳体3的两端，在上接头1和下接头2上分别设有进水孔4和出水孔5，同时上接头1和下接头2通过过流通道6相互连通，所述过流通道6位于外壳体3内部，在所述外壳体3内还设有出水通道7，控制电路组件8，无线通讯组件9和电源组件10，所述出水通道7联通所述进水孔4和出水孔5，在进水孔4和出水孔5处分别设有嘴前压力传感器11和嘴后压力传感器12，所述嘴前压力传感器11和出水通道7之间设有自动可调水嘴13，所述自动可调水嘴13包括电机19，减速器20，联轴器21，执行机构，阀芯25和阀套26，所述电机19依次连接减速器20、联轴器21和执行机构，执行机构上连接阀芯25，阀芯25位于阀套26内，在阀套26侧部设有入水口27和出水口28，所述入水口27与上接头1上的进水孔4联通，出水口28与下接头2上的出水孔5联通。

本发明中，所述执行机构由丝杠22，驱动螺母23和活塞杆24组成，所述驱动螺母23一端与所述丝杠22螺纹连接，另一端与所述活塞杆24固定连接，所述阀芯25固定在活塞杆24上，通过电机19驱动，活塞杆24带动阀芯25作直线往复运动。

本发明中，所述电机19、嘴前压力传感器11和嘴后压力传感器12分别通过电缆与控制电路组件8相连接，控制电路组件8同时还与所述无线通讯组件9和电源组件10连接，无线通讯组件9通过天线17收发地面控制中心的指令信号。嘴前压力传感器11，嘴后压力传感器12，流量计14等采集的信号通过控制电路组件8再经无线通讯组件9发送到地面控制中心，地面控制中心收到信号后作出分析，再向控制电路组件8发送指令信号，控制电路组件8收到指令信号后控制电机19动作，电机19再带动丝杠22，丝杠22通过驱动螺母23再带动活塞杆24，活塞杆24带动阀芯25作直线往复运动，以此实现水嘴的开度调整。

本发明中，所述出水通道7内设有流量计14和单向阀15，所述流量计14通过电缆连接控制电路组件8。所述上接头1的通道内设有过滤器18。所述上接头1和下接头2与外壳体3的连接处分别设有密封圈16。

由上所述，本发明可实现以下功能：

（1）井下数据采集传送：采集井下嘴前压力、嘴后压力、水嘴开度、流量等数据，并传送至地面控制装置。

（2）井下流量与压差智能化控制：根据水嘴前后压力，计算注入压差，并根据注入压差与对应流量，自动调节水嘴，保持稳定的注入压差。

（3）电动可调水嘴的开度调整：根据接收到的控制指令，控制水嘴的开度，实现对流量的控制。

（4）地面测调指令接收与执行：根据接收的测调指令，控制水嘴正常注水、变换注水量或停注测压降。

实施例二。

本发明中，一种远程自动测调配水系统，其包括实施例一中所述的智能配水装置，地面无线通讯装置和地面主机，所述地面主机自带编译器，并且地面主机通过urat串口线和地面无线通讯装置，地面无线通讯装置与配水装置的无线通讯组件实现无线连接。

本发明中，所述配水器内部控制系统的芯片采用的是飞思卡尔s12xs128单片机，该单片机是汽车级单片机芯片，具有抗扰能力强，适应井下恶劣条件工作的特点。模数转换器是16位，分辨率有12/10/8三档可调，3微妙的转换时间为进一步提高测调时间提供了硬件基础。脉冲宽度调制器具有6通道为感应电流输入提供了安全的保障，并且具有高达±0.5%的精确度。单片机电路图如图4所示。

本发明中，井下无线通讯模块选用dtd465a无线数传模块，在各个领域方面都有着很高的利用率。在遥感、遥控的系统中用来数据的采集和控制的工作。具有性价比高、可靠性好、数据传输不丢失的优点。并且有外围接口为安装维护、绕射能力提供了方便。在工作条件恶劣的环境下得到了广泛的应用。dtd465a远程无线通讯模块具有抗干扰能力强，占用空间小，串口适应广泛，低功耗等特点。dtd465a远程无线通讯模块是标准的串口协议适合市面上绝大多数模块，并且提供了8信道输入输出拥有多种组合连接的方式。而且无线数据的传输模块自动完成，不需要人工再次编写程序。经实验测量dtd465a远程无线通讯模块在额定电压5伏的供电情况下，模块运行的工作电流不超过35毫安，休眠时模块工作电流为2毫安。为了保持对电池组电池的使用时间对dtd465a远程无线通讯模块的休眠时间进行了设计：

1.休眠功能的设计。

jp1第8脚slp（sleep）是休眠控制信号，该信号保持高电平时，模块进入休眠，由空闲转换为休眠可在上升沿后10微秒内完成。当休眠信号到来的时候，模块正在接收空中数据或者正在发射串口数据，那么当接收或者发送数据完毕后，模块才进入休眠状态。当sleep保持低电平时模块持续工作，由休眠转换为工作状态，至少需要下降沿后约20ms的时间，以保证cpu的时钟重新稳定工作。如果模块模块具有休眠功能而不使用时，sleep应可靠接0或地。

2.唤醒休眠功能的设计。jp1的第9脚rst（reset）为内部控制芯片的外部复位信号，此信号用来复位或者唤醒已经进入休眠状态的内部控制芯片，此信号持续10毫秒的低电平，模块即复位或者被唤醒。当reset信号的上升沿后20ms，模块即可开始工作。模块进入休眠功能后，为了防止上电不当（如打火或者瞬间掉电又上电、开关抖动）的情况芯片会误以为系统操作错误的进入休眠状态这种情况，在系统上电的时候设置cpu程序150ms的延时并给模块强制复位一次。以此保证模块休眠的稳定。该模块的功耗随着传输波特率的加快会增大，通常下dtd465a-1200bps的待机电流小。与单片机设备的连接图如图5所示。

本发明中，地面主机和井下控制组件之间的地面无线通讯装置采用射频soc-nrf9e5无线模块。由于nrf905功耗低，工作可靠，因此很适用于无线数据传输系统的设计。基本接线图如图6所示。其功能为将电脑usb接口模拟为串口，配合单片机将数据转送到无线，即将信号通过无线方式发送到地面主机。

本智能配水器置于井下注水时，无线数据传输处于休眠状态。各个传感器对当前注水层段的工作参数进行数据采集（温度、流量、压力），a/d转换以数字的形式将这些信息存储到芯片中。芯片通过最初设定的流量值，在驱动电机控制堵塞器水嘴开度的大小对流量进行自动调配，避免各个注水层之间互相干扰。当需要重新设定注水的流量值的时候或者需要读取工作参数的数据信息时，停止注水工作，无线通讯模块进入工作状态，通过井上地面无线的双向通信，将所采集的数据信息发送到地面进行数据分析，在地面控制控制平台上根据井下反馈上来的数据信息重新指定配注的方案，标定流量以及对电池组工作状态的管理等。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。