[发明专利]超声波测控配水装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种油田注水井分层注水用的配水、监测装置，特别是一种基于超声波通信技术实现无线控制、监测注水井分层配水的超声波测控配水装置，广泛应用于油田的深井、超深井和斜井中注水井的分层配水、监测。

背景技术

目前，由于分层注水具有驱油替水、补充地层能量的双重作用，所以越来越受到各个油田的重视。但是，油田分层注水面临的技术难题是不能有效地根据生产要求和各注水层的地质特性实现最佳配注，以达到提高分层注水井的注水效果，降低油田综合含水率，提高油田采收率，保证油田长期稳产高产的目的。

现有的配水装置主要有：

1、偏心配水装置。其原理是在井下注水层装有一可更换水嘴的配水器，在需要改变注水量时，从地面往注水井中投入一个专用更换水嘴的投捞工具，取出配水装置一侧的水嘴，再投入更换的水嘴，然后投入流量计测量注水量。如果注水量没有达到要求，则要重新更换水嘴。其缺点是需要重复投入、取出投捞工具，频繁更换水嘴来调节注水量，调配操作效率低，测试周期长，工作强度大。另外，该装置应用受限，无法在深井、超深井和斜井中应用。

2、同心配水装置。其原理是井下注水层的配水装置带有可调节的水嘴，配水时投入带有流量计的测量调节装置，边测量边调节。其优点是改善了偏心调配技术需要重复更换水嘴的问题，在注水层，井下测量调节装置监测实时流量，根据事前设定好的配注流量调节水嘴，完成配注工作要求，配水精度比偏心配水装置高，效率有所提高。其缺点为：(1)需要电缆或钢丝取出井下测量调节装置，作业强度较高；(2)由于可调水嘴是能够更换和转动的，容易出现可调水嘴脱落，堵塞水井的事故。(3)由于下注水层的配水装置中心通径要比上注水层的配水装置中心通径要小(有助于更换可调水嘴)，而测量调节装置的直径大小是固定的，所以同心配水装置对注水井层数有限制；(4)测量调节装置在进行调节时要求定位在配水装置中心才能有效调节，因为重力影响，对于斜井，测量调节装置会偏向一侧，给调节配水工作带来不便，所以同心配水装置应用也有局限性，不适用于斜井。

3、井下配水装置。该类型装置包括测量系统和调节系统。测量系统能够测量流量，调节系统可以带动水嘴改变注水量。其缺点是目标注水量需要在地面预先设置，随注水管下井后自动调节，但是在需要改变注水量时必须把配水装置取出注水井，在地面进行修改设置，作业成本大大提高，操作不灵活，也不方便。

在专利公开号为CN101498211A的“一种用声波遥控分层配水的方法”中，提出了采用与套管、注水管、水井锚、堵水封隔器、球座、筛管、丝堵配套组装的智能配水器的声波发生器遥控，进行井下配水的方法，与此同时，还申请了和其配套的智能配水器的技术内容完全相同的实用新型专利CN201437719的“注水井智能配水器”。这种采用智能配水器的声波发生器的声波遥控分层配水方法的优点是克服了现有技术来回起下钢丝悬挂的投捞器更换水嘴或井下仪器存在的的效率低、操作复杂、成本高的不足，在地面通过声波控制井下可调水嘴的开关，完成分层注水调配任务，有效地解决分注井的配注问题。其工作原理是：根据达西定理，在实现分层配注时，需要每一个注水层单独开启，同时地面调整注水闸门大小，使该层注水量等于目标注水量，此时，从地面发送指令，井下微处理器记录下在目标注水量下对应的流压值，重复以上操作，记录下每层分别单独开启时的流压值，再将各层同时打开，根据记录的流压值调节可调水嘴达到目标注水量。但是，该方法随着注水层的增加，无形中增加了工作量，不仅需要通过地面技术人员对每一个注水层进行逐项操作，记录下相应的流压值，对施工人员的技术要求很高，操作比较麻烦，而且不能够将井下的压力数据等返回到地面供工作人员参考，无法根据实际需要及时精确地完成修改操作。由于该装置是依靠测量压力间接测量调节注水量，而井下环境复杂、工况特殊，各层注水压力还受到地面及其他注水层的干扰，所以存在难以保证配水精确度的问题，随着注水层的增加，层间的影响越大，配注精度误差就越大。

发明内容

本发明的目的是提出一种超声波测控配水装置，它解决了现有技术存在的调配操作复杂、效率低、配注精度误差大、作业成本高、应用受限等难题，其结构设计合理，除保留现有声波遥控分层配水方法的安装方便，操作简单，完成分层配水的优点外，还具有利用超声波通信技术实现无线控制直接测量配水流量，实时监测井下环境并读取监测结果，设定灵活的通信编码将控制指令传输给执行元件自动完成各层注水量的调节，使配水流量更加精确、配注稳定，且配注精度不受注水层增加的影响，显著拓宽其适用范围。