專利名稱：油田注水井電控分層注水、調(diào)水方法
油田注水井電控分層注水、調(diào)水方法是屬于油田分層注水工藝領(lǐng)域1．現(xiàn)有油田分層注水管柱其各自特點如下所述。(資料來源采油技術(shù)手冊及采油工藝教課書)1．1固定式配水分注管柱該分注管柱可注任意多層、可洗井，但調(diào)水時必須進(jìn)行修井作業(yè)提出井下管柱，因此井下作業(yè)工作量大，成本高且不能進(jìn)行頻繁調(diào)水，因此該管柱不適應(yīng)油田動態(tài)調(diào)水要求。
1．2油套分注配水管柱該分注管柱可注兩層，不能洗井，可地面調(diào)水，但由于管柱不能洗井因此常常在水井井底受污染后不能解除污染，影響水井正常注水，嚴(yán)重時水井不能注水，因此該管柱不適應(yīng)油田動態(tài)注水要求。
1．3同心管配水分注管柱該分注管柱可注有限層(一般三層或三層以下)、不能洗井、可地面進(jìn)行動態(tài)調(diào)水，但由于管柱不能洗井常常因井底污染無法解除，影響水井正常注水，因此該管柱不適應(yīng)油田動態(tài)注水要求。
1．4輪注配水分注管柱該管柱可注有限層數(shù)、不能“反洗井”、調(diào)水時要井下漂芯子，該管柱結(jié)構(gòu)在同一時間內(nèi)水井只能注某一層，水井分層注水利用率很低，因此不能適應(yīng)油田動態(tài)分層注水需要。
1．5空心配水分注管柱該管柱可注有限層數(shù)、可洗井、可井下投撈配水器芯子(水咀)調(diào)水，但是現(xiàn)場調(diào)水時水咀選擇十分困難，特別是多層分注時井下調(diào)水工作量大，不易進(jìn)行頻繁動態(tài)調(diào)水，當(dāng)發(fā)生掉卡事故后，井下打撈困難一般需要進(jìn)行井下修井作業(yè)，這時對水井和油層都會產(chǎn)生較大的不利影響，因此本管柱不適應(yīng)油田動態(tài)注水、調(diào)水要求。
1．6偏心配水分注管柱該管柱可注任意多層、可洗井、調(diào)水時可井下投撈配水器芯子(水咀)調(diào)水，但是現(xiàn)場調(diào)水時選擇水咀十分困難，特別是多層分注時井下調(diào)水工作量大，不能進(jìn)行頻繁動態(tài)調(diào)水，當(dāng)發(fā)生掉卡事故后，井下打撈困難一般需要進(jìn)行井下修井作業(yè)，這時對水井和油層都會產(chǎn)生較大的不利影響，因此本管柱也不適應(yīng)油田動態(tài)調(diào)水要求。
1．7液力投撈配水分注管柱該管柱可注二至三層，調(diào)水時可反循環(huán)將芯子沖出進(jìn)行調(diào)水(也可使用鋼絲投撈芯子進(jìn)行調(diào)水)，但該管柱需要改變測試方法，本管柱分注層數(shù)僅二至三層因此管柱適用范圍有限，另外該管柱沒有解決最根本的問題－同樣存在著不能將測試和調(diào)水同步進(jìn)行，調(diào)水依然很困難，注水層數(shù)有限，因此也不能適應(yīng)油田注水和動態(tài)調(diào)水需要。(液力投撈工藝資料來源于1999年1月15日新疆石油報第四版文章)2．發(fā)明目的和意義分層注水是油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要保證，目前分注技術(shù)除使用上述管柱，現(xiàn)場主要仍以偏配、空配為主，這些技術(shù)存在著配水器芯子投撈成功率低、分層注水測試、井下調(diào)配水咀十分困難等問題，這些核心問題嚴(yán)重阻礙了分注措施的實施，極大地影響了油田開發(fā)效果。油田注水井電控分層注水、調(diào)水方法(后文簡稱“電控分層注水、調(diào)水方法”)從油田注水和水井動態(tài)調(diào)水要求出發(fā)，電控分層注水、調(diào)水方法首先充分滿足了分注管柱的可洗井性、可調(diào)水性和可注任意多層的優(yōu)點，并保留和繼承了先前管柱結(jié)構(gòu)特征，原有非座封性流量計(當(dāng)新配水器加裝座封器件時座封性流量計也可使用)、各種測試工具包括吸水剖面測試工具等均可繼續(xù)使用，因此保持了水井測試技術(shù)的連續(xù)性和測試工具的通用性。同時電控分層注水、調(diào)水方法提供了以下幾種功能。
2．1電控分層注水、調(diào)水方法提供了水咀“自解堵功能”。
2．2電控分層注水、調(diào)水方法實現(xiàn)了井下調(diào)水和井下計量同步進(jìn)行的良好協(xié)調(diào)，極大地壓縮了調(diào)水時間和提高了調(diào)水的準(zhǔn)確性。
2．3電控分層注水、調(diào)水方法在調(diào)水過程中只需下放流量計一次，因此大大降低了勞動強(qiáng)度，同時方法又可杜絕井下測試掉卡事故(如井下無變形等特殊情況)。
2．4電控分層注水、調(diào)水方法提供的調(diào)水是無級調(diào)水，調(diào)水可達(dá)到地質(zhì)要求精度的任意注水量(零－最大注水量范圍)。
2．5電控分層注水、調(diào)水方法提供的調(diào)水是針對油田動態(tài)調(diào)水要求而設(shè)計的，調(diào)水方法能滿足油田高頻率的動態(tài)調(diào)水要求，而且一天二十四小時內(nèi)均可進(jìn)行調(diào)水作業(yè)。
2．6電控分層注水、調(diào)水方法有效地解決了以往分注管柱的不適應(yīng)性，如易發(fā)生掉卡事故、井下調(diào)配水咀十分困難、調(diào)水時間長、工作強(qiáng)度大、準(zhǔn)確性差等一系列核心問題。
2．7由于采油、注水工藝不過關(guān)，人們在開發(fā)多油層油藏時不得不設(shè)計幾套井網(wǎng)，這樣就大大增加了油田開發(fā)成本，降低了油田開發(fā)效果。本發(fā)明增強(qiáng)了油田注水井的分層注水可靠性，從而為油田多套開發(fā)層系使用同一套注水井網(wǎng)提供了可能。即使是同一套開發(fā)層系本發(fā)明也能為提高油藏開發(fā)效果、實現(xiàn)油藏高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供必要的技術(shù)保障。特別是由于過去人們在同一油田開發(fā)時已打了數(shù)套開發(fā)井網(wǎng)，這些井網(wǎng)在平面上和空間上互為重疊和交叉，一般幾套井網(wǎng)在地面上大多為近似等間距分布，這些井網(wǎng)由于都進(jìn)入了中后期中高含水開發(fā)期，在開發(fā)后期補(bǔ)打新井進(jìn)行油藏調(diào)整時風(fēng)險大、收益小。如果我們利用幾套井網(wǎng)在井網(wǎng)上的互補(bǔ)性來補(bǔ)射水井層位并使用本發(fā)明的注水方法，這種互補(bǔ)性對提高另外幾套井網(wǎng)的水驅(qū)油效率是十分有利的。這樣我們就可以大大降低油田后期開發(fā)成本，提高油田開發(fā)效果，從而實現(xiàn)油田后期的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。
2．8電控分層注水、調(diào)水方法也可用于油井分層采油領(lǐng)域。
油田注水井電控分層注水、調(diào)水方法要求水井不進(jìn)行調(diào)水作業(yè)時可使用原先測試工具進(jìn)行井下測試。當(dāng)水井進(jìn)行調(diào)水作業(yè)時則要求下井流量計為電纜下放的可連續(xù)計量的流量計(流量計要帶有新增功能)。
油田注水井電控分層注水、調(diào)水方法首先從調(diào)水方式上將以往機(jī)械投撈方式改為電動調(diào)水，其調(diào)水方法解決了機(jī)械投撈水咀所產(chǎn)生的易發(fā)生掉卡事故、井下調(diào)配水咀十分困難、調(diào)水時間長、工作強(qiáng)度大、調(diào)水準(zhǔn)確性差以及不宜頻繁進(jìn)行動態(tài)調(diào)水等問題。本方法提高了調(diào)水的準(zhǔn)確性和調(diào)水效率。進(jìn)一步解決了堵水咀問題，消除了掉卡事故所造成的后續(xù)各項不利于油藏和水井的井下作業(yè)，油田注水井電控分層注水、調(diào)水方法所產(chǎn)生的產(chǎn)品極易被批量生產(chǎn)，其產(chǎn)品是解決油藏層間矛盾的有利工具，特別是油藏進(jìn)入中后期中高含水開發(fā)階段，分層注水對提高油田開發(fā)效果、降低油田開發(fā)成本具有較大的實用價值。
3．

發(fā)明內(nèi)容
油田注水井電控分層注水、調(diào)水方法是利用電磁傳輸介質(zhì)實現(xiàn)地面控制井下調(diào)水的分層注水、調(diào)水控制方法，這種方法首先將電力引入油田注水井的井下注水、調(diào)水控制領(lǐng)域，電控分層注水、調(diào)水方法在結(jié)構(gòu)組合實現(xiàn)形式上是多種多樣的，因此無法將由電控分層注水、調(diào)水方法所產(chǎn)生的產(chǎn)品的具體結(jié)構(gòu)和組合一一列舉描述。由于這個原因我將油田注水井電控分層注水、調(diào)水方法分成若干個部分分別加以描述，而一個完整的油田注水井電控分層注水、調(diào)水方法所產(chǎn)生的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)則由這若干個部分中的幾個部分或所有部分按一定的順序組合就可形成油田注水井電控分層注水、調(diào)水方法的注水管柱結(jié)構(gòu)。以下分別加以說明3．1電控分層注水、調(diào)水方法的井下管柱結(jié)構(gòu)組合形式及示意圖首先介紹油田注水井電控分層注水、調(diào)水方法的井下結(jié)構(gòu)組合形式，了解本方法的井下結(jié)構(gòu)組合形式對于全面認(rèn)識本方法的原理、部件連接和各部分的作用十分重要。
油田注水井電控分層注水、調(diào)水方法的井下結(jié)構(gòu)可分為三大類，其中各大類中又有幾個不同組合。
3．1．1 A大類(見

圖1)A大類特征井下配水器調(diào)水電力需要由水井油管與套管環(huán)形空間所下的永久電纜提供電力，這種類型對電纜的性能要求很高耐壓、耐油、耐酸堿、高絕緣、長期電氣特性穩(wěn)定，而且電纜接頭密封性要好。A大類又可派生出兩小類A1類、A2類。
A1類本類井下配水器和水力壓差封隔器為各自獨立的單元，兩者串聯(lián)下入井內(nèi)，這種連接有兩個主要缺點(1)這種結(jié)構(gòu)井下電纜接頭較多因此降低了系統(tǒng)的可靠性。(2)封隔器和配水器不能緊密結(jié)合致使單層注水結(jié)構(gòu)長度增加，降低了分注薄層的適應(yīng)性(對多于三個或有三個隔層較小的油層A1類結(jié)構(gòu)的分注適應(yīng)性較差)。
A2類本類井下封隔器和配水器組合設(shè)計成一個完整的整體，結(jié)構(gòu)相對于A1類優(yōu)點是減少了井下電纜接頭的個數(shù)，相對提高了裝置的可靠性，同時縮短了裝置的長度提高了分注薄層的適應(yīng)性。這種組合中水力壓差式封隔器即可設(shè)計在配水器的上部、中部也可在裝置的下部。
3．1．2 B大類(見圖1)B大類特征水井油管與套管環(huán)形空間不下電纜，井下配水器電力來源由電能交換器提供(電能交換器見配水器A單元)，這種結(jié)構(gòu)消除了井下永久電纜的接頭和絕緣問題，節(jié)省了井下電纜。B大類也有兩類B1類、B2類B1類本類井下水力壓差封隔器和配水器為各自獨立的單元，兩單元串聯(lián)下入井內(nèi)。
B2類本類井下封隔器和配水器組合設(shè)計成一個完整的整體，這種組合中水力壓差封隔器即可設(shè)計在配水器的上部、中部也可在裝置的下部。
3．1．3 C大類(見結(jié)構(gòu)示意圖16、圖17、圖18)C大類特征水井配水器不直接使用電力(即不將電力直接輸入配水器中)，配水器中只需裝入水咀裝置和機(jī)械轉(zhuǎn)動輸入頭兩部分，機(jī)械轉(zhuǎn)動輸入頭部分是將流量計上機(jī)械轉(zhuǎn)動動力輸入到配水器上的連接裝置，本大類電動控制系統(tǒng)全部裝在流量計上。
流量計上的機(jī)械動力輸出頭結(jié)構(gòu)和目前偏心配水器的水咀投放頭相似，同樣配水器上的機(jī)械動力輸入頭也和偏心配水器上的水咀插孔相似。C大類也有兩類C1類、C2類C1類本類井下水力壓差封隔器和配水器為各自獨立的單元，兩單元串聯(lián)下入井內(nèi)。
C2類本類井下封隔器和配水器組合設(shè)計成一個完整的整體，這種組合中水力壓差封隔器即可設(shè)計在配水器的上部也可在裝置的下部。
C大類的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單成本低，缺點調(diào)器水機(jī)械轉(zhuǎn)動傳動頭長期處于注入水中，因此機(jī)械轉(zhuǎn)動部分易銹死配水器不能確保長期正常工作。
本發(fā)明推薦使用B類管柱結(jié)構(gòu)。
3．2油田注水井電控分層注水、調(diào)水方法的核心是井下電控配水器，井下電控配水器一般由六個單元組成，這六個單元用“A到F”字母表示(見圖6，而圖7是對應(yīng)部分剖視示意圖)A單元為電能交換器、B單元為電路保護(hù)裝置及電容器區(qū)、C單元為配水器分動控制開關(guān)及變向開關(guān)區(qū)、D單元為配水器電動元件區(qū)、E單元為配水器減速裝置區(qū)，當(dāng)動力單元元件為電磁泵時本單元可以不要、F單元為配水器水咀控制閥裝置和壓力平衡裝置區(qū)。配水器中可以包含封隔器－即將兩者組合設(shè)計成一個整體，這時封隔器可以放在D單元以上的任意兩個單元之間以及配水器的頂部或底部。
3．2．1 A單元電能交換器電能交換器是由變壓器次級線圈及一半外圍鐵芯組成，它是利用磁介質(zhì)向井下配水器提供電力的特殊單元，由于注水井調(diào)水過程只是在很短的時間內(nèi)進(jìn)行的，它的電能轉(zhuǎn)換效率就成為次要條件。這種磁傳輸方法是這樣的在流量計上增加一個中心帶鐵芯的初級線圈，同樣在配水器上裝次級線圈(電能交換器線圈)見圖7中A單元剖視示意圖，這里要求配水器次級線圈的鐵芯從外面半包著線圈，A單元上部有一個定位裝置以確保流量計定位準(zhǔn)確，這兩個線圈可形成一個完整的“變壓器”當(dāng)水井要調(diào)水時就把流量計下入并內(nèi)將帶有鐵芯的初級線圈放入次級線圈中形成一個完整的“變壓器”，兩鐵芯形成磁回路并將電能傳入配水器中?！白儔浩鳌贝渭壘€圈鐵芯要有一定的幾何形狀－即要讓注入水順利通過又要能保證良好的磁回路，鐵芯幾何形狀見圖7中A－A剖視示意圖(可以通過增加鐵芯的長度保證兩鐵芯接觸面積確保良好的磁回路)。如果配水器電能是由電纜提供的則配水器就不需要A單元。
為了保護(hù)電能交換器鐵芯和線圈不被腐蝕兩者外部可增加防腐層或塑封。電能交換器可以由特種變壓器廠家來制造。
3．2．2 B單元電路保護(hù)裝置及電容器區(qū)井下保護(hù)裝置可以不設(shè)置，但為了配水器運行更加安全可靠，電路圖保留了待開發(fā)的保護(hù)電機(jī)在超過額定電流而實行自我保護(hù)的裝置位置，如圖2和圖3中的A框就是這種保護(hù)電路(保護(hù)電路必須由電氣專家專門設(shè)計)，電容器是為單相交流電機(jī)運行而設(shè)置的。
3．2．3 C單元井下配水器分動控制方式井下配水器分動控制方式(即開關(guān)種類)是指實現(xiàn)井下數(shù)十個配水器在同一時間內(nèi)只能有一個配水器處在調(diào)水工作狀態(tài)而其它配水器均處在非調(diào)水狀態(tài)下(即正常注水狀態(tài))的控制方法。控制方法有以下幾種FDKG1類為機(jī)械開關(guān)控制方式，這種開關(guān)是通過流量計在下入到配水器位置時由流量計推動井下機(jī)械開關(guān)實現(xiàn)開關(guān)開合或換向的。這種機(jī)械開關(guān)必須裝在配水器的內(nèi)徑處，并且機(jī)械開關(guān)的觸動連桿伸入內(nèi)徑約1／4至1／5的直徑深度，伸入內(nèi)徑的連桿成弧形見圖7C單元剖視示意圖其中K1為開關(guān)，B－B為連桿剖切圖，機(jī)械開關(guān)要求能使井下流量計能上下提放自如，同時又不能讓電纜壓動開關(guān)連桿(當(dāng)從最下一級逐級向上調(diào)水時也可解決此問題)。井下機(jī)械開關(guān)帶有高壓平衡裝置(高壓平衡器見圖4)這種開關(guān)內(nèi)部充滿開關(guān)油以及必須的開關(guān)接觸片，其中開關(guān)中有一個面由具有一定活動范圍的不透水的橡膠等作為分隔開關(guān)油和水的隔層。這種機(jī)械開關(guān)也有兩種第一種是用于A類管柱結(jié)構(gòu)的配水器開關(guān)，這種開關(guān)只要求有一對接觸片并且開關(guān)在連通時其作用于開關(guān)連桿上的力不能取消。第二種是用于B類管柱結(jié)構(gòu)的配水器開關(guān)，開關(guān)中有兩對接觸片，這是一個反復(fù)開關(guān)當(dāng)推動連桿一次時其中一對接觸片連通，再推動連桿一次時則另外一對接觸片連通，這時作用于開關(guān)連桿上的力不需要一直保持。(如圖4)這種機(jī)械開關(guān)由于在管柱內(nèi)腔有運動件存在故井下流量計存在有被卡情況的可能性。
FDKG2類為電纜控制開關(guān)方式。這種開關(guān)是通過電纜實現(xiàn)地面控制井下分動的，井下實現(xiàn)方法是當(dāng)?shù)孛婵刂齐娎|每加電一次井下數(shù)十個配水器開關(guān)均同步跳動或轉(zhuǎn)動同樣的間距或角度，這樣每跳動或轉(zhuǎn)動一次井下配水器就順序地實現(xiàn)向下一個配水器工作的目的，當(dāng)完成最后一個配水器工作后，地面向控制電纜加電后井下所有配水器均處于斷開狀態(tài)，這時地面測試電路不能形成回路，由此就可以確定井下第一級配水器的位置，當(dāng)?shù)谝患壉淮_定后其余各級只需按不同的次數(shù)接通控制電纜就可以實現(xiàn)不同層的調(diào)水目的。(見圖10其中G為繼電器或電磁鐵，當(dāng)電路加上工作電壓后繼電器同時吸合斷開電路后繼電器復(fù)位，此時不同配水器上的接觸片同時轉(zhuǎn)動相同的角度從而實現(xiàn)同一時間控制不同的配水器處在調(diào)水工作狀態(tài)。這個過程相當(dāng)于我們?nèi)粘Ｉ钪械睦€開關(guān)一樣其中我們的手相當(dāng)于繼電器或電磁鐵而接觸片的轉(zhuǎn)動相當(dāng)于開關(guān)接觸片的轉(zhuǎn)動。)FDKG3類為磁電控制開關(guān)方式。這種開關(guān)由下井流量計自帶一套感應(yīng)線圈(可以用供電初級線圈或也可用一個獨立控制線圈)，配水器上自帶一個次級線圈(此線圈可以不要鐵芯)，當(dāng)?shù)孛嫦蛄髁坑嬀€圈通入控制信號或通電后，配水器線圈感應(yīng)出電流并帶動繼電器實現(xiàn)井下分動控制。(見圖5這是一個反復(fù)開關(guān)示意圖，當(dāng)繼電器通電一次其中一對接觸片連通再通電一次另外一對接觸片連通)使用這種開關(guān)時管柱內(nèi)腔不存在運動件故作為井下分動開關(guān)是較為理想的。
FDKG4類為電子邏輯控制開關(guān)(或電子電路控制開關(guān))，這種方法不需要專門的控制電纜線而是利用動力電纜線來傳遞分層控制密碼(用于B類管柱時則在流量計初級線圈上加載控制信號來實現(xiàn)電動元件的正向反向運轉(zhuǎn)目的，這時只需要兩種密碼)，這種方式需要事先在同一井中不同的配水器中輸入不同的控制密碼(為了方便和適應(yīng)油田生產(chǎn)，要求所有井的同一級配水器密碼相同)，當(dāng)?shù)孛嫱ㄟ^動力電纜或線圈輸入一個密碼時井下對應(yīng)的配水器就處于工作狀態(tài)中，這樣就可以實現(xiàn)分層調(diào)水的目的，由于注水管柱一旦下入井內(nèi)后不易再進(jìn)行井下修井作業(yè)，因此對這種開關(guān)中的電子元件在井下長時間工作的可靠性要求很高。
(這種電路需要由專門的電氣專家設(shè)計)本發(fā)明推薦使用分動開關(guān)類型為FDKG3、FDKG4、FDKG1分動、換向開關(guān)。
3．2．4 D單元配水器電動元件井下配水器電動形式可使用三種方法3．2．4．1直流電動機(jī)優(yōu)點是電機(jī)起動扭距大，缺點是電機(jī)有電刷存在。
3．2．4．2交流電動機(jī)優(yōu)點是電機(jī)中無電刷，缺點是電機(jī)起動扭距小。
3．2．4．3電磁震動裝置(電磁泵)這是測試儀器中經(jīng)常用到的裝置。用法見后文。
三種元件在配水器中的放置方式均有兩種①為偏置放置(見圖12)為電動元件位于配水器內(nèi)腔一側(cè)，水管位于另一側(cè)。
②為同心放置(見圖13)電動元件以配水器中心油管為中心，所有元件則位于中心油管與配水器外壁之間放置。當(dāng)電機(jī)為同心放置時，電機(jī)轉(zhuǎn)子軸中心為空心軸，在轉(zhuǎn)子空心軸中再裝入一個“導(dǎo)管”用來封隔電機(jī)與油管注入水，這根導(dǎo)管最好使用耐腐蝕金屬導(dǎo)管。如果耐腐蝕金屬導(dǎo)管安裝確有技術(shù)問題無法解決，那么本發(fā)明由于在配水器中有壓力平衡裝置存在，因此“可以使用非金屬導(dǎo)管”代替金屬導(dǎo)管而效果相同。
本發(fā)明推薦使用單相交流電動機(jī)及第二種放置方式。
3．2．5 E單元配水器減速裝置井下減速裝置有三種3．2．5．1常規(guī)直線減速箱(多級平行軸齒輪減速箱)這種減速箱最常見也最適應(yīng)偏置放置電動元件的配水器中。
3．2．5．2環(huán)形減速齒輪箱環(huán)形減速齒輪裝置見圖6、圖7中F單元，其中的黑體為減速齒輪而E單元為主減速齒輪箱圖7中C－C剖視示意圖為一環(huán)形減速齒輪箱示意圖，環(huán)形減速齒輪箱最適應(yīng)電動元件為同心放置的配水器中。
3．2．5．3行星減速齒輪箱行星減速齒輪工業(yè)應(yīng)用十分廣泛，行星減速齒輪箱最適應(yīng)電動元件為同心放置的配水器中。
配水器減速裝置放置和電動元件放置相同，本發(fā)明推薦使用行星和環(huán)形減速齒輪箱。
3．2．6 F單元配水器水咀控制閥、壓力平衡和止停裝置井下配水器調(diào)節(jié)水量的方式本發(fā)明選用針閥裝置，針閥裝置的針桿和水咀示意圖見圖11，針桿和水咀在配水器中的安裝示意圖見圖6、圖7，針閥裝置有以下幾個優(yōu)點1．針閥的孔眼可以做的盡可能大些，這樣可以做到較大的注水量和不易被管柱脫落碎片堵塞 2．可以通過針桿上下運動來清除孔眼碎片堵塞 3．針閥結(jié)構(gòu)簡單易于制造和加工 4．針閥孔眼和針桿兩單元同樣可以進(jìn)行特殊設(shè)計從而實現(xiàn)孔眼的可投撈性和針桿的井下可換性(這一點待開發(fā)) 5．針閥裝置井下易于操作。
針閥裝置的針桿和水咀要求由陶瓷制造，在陶瓷內(nèi)部加裝金屬骨架，這樣可以實現(xiàn)針閥裝置的耐腐蝕性又可實現(xiàn)針閥裝置的機(jī)械可靠性。
3．2．6．1液壓推動針閥裝置液壓推動針閥裝置有兩種方式。
3．2．6．1．1電磁泵液壓推動針閥裝置這種方法一般需要兩個電磁泵，其中一個電磁泵工作時可將加壓的液壓油打入“千斤頂”活塞上腔推動活塞向下運動，同時推開鎖停裝置，完成針閥向下運動從而減小水咀的過流截面達(dá)到減小注水量的目的。當(dāng)另外一個電磁泵工作時可將加壓的液壓油打入“千斤頂”活塞下腔推動活塞向上運動，同時推開鎖停裝置，完成針閥向上運動從而增加水咀過流截面達(dá)到增加注水的目的。圖3是一個電磁泵控制電路圖兩個線圈代表兩個電磁泵線圈。圖4和圖5分別是機(jī)械和磁電換向開關(guān)K1示意圖，而K2和K3分別是上或下止停開關(guān)，止停開關(guān)示意圖見圖8和圖9鎖停裝置當(dāng)為液壓推動方式時，由于液壓油不能長時間保持在高壓狀態(tài)下，因此需要有一鎖停裝置來保證在兩次調(diào)水之間鎖停針閥裝置的設(shè)備，這種設(shè)備就是鎖停裝置。鎖停裝置的工作原理是這樣的在正常工作狀態(tài)下鎖定釘銷在彈簧的作用下卡死針閥裝置使之不能發(fā)生運動。當(dāng)要進(jìn)行調(diào)水時被增壓的液壓油將鎖定釘銷推開從而實現(xiàn)電動調(diào)水目的。裝置示意圖見圖14止停裝置就是當(dāng)針閥運動到上、下頂點時實行斷電的開關(guān)裝置圖8和圖9就是這種開關(guān)。
3．2．6．1．2電機(jī)帶動油泵推動針閥裝置這種方法與電磁泵推動針閥原理完全一樣，不同的只是需要一個電機(jī)和在給油增壓的方式上。它需要一個齒輪增壓泵(見示意圖15)或有同等作用的泵，通過電機(jī)正反向轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)向相反方向增壓的目的，當(dāng)齒輪泵順時針轉(zhuǎn)動時增壓油進(jìn)入針閥活塞上腔推動針閥向下運動，當(dāng)反時針轉(zhuǎn)動時增壓油進(jìn)入活塞下腔推動針閥向上運動，這種方法需要在電機(jī)和齒輪泵之間串入一個減速齒輪箱，同時方法也要有鎖停、止停裝置。
3．2．6．2電機(jī)帶動齒輪針閥裝置電動機(jī)帶動針閥裝置只需要一個電機(jī)，推動針閥上下運動是通過電動機(jī)的正反向轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)的，它必須使用減速箱將高速轉(zhuǎn)動變成低速轉(zhuǎn)動同時大幅度地提高轉(zhuǎn)動扭矩并帶動針閥裝置運動，最終實現(xiàn)改變水咀過流截面達(dá)到調(diào)水目的，圖6和圖7就是這種針閥裝置示意圖，它的控制電路圖如圖2(它是一個單向交流電動機(jī)控制示意圖)，圖4和圖5分別是機(jī)械和磁電換向開關(guān)K1，而K2和K3分別是上或下止停開關(guān)。這種裝置不需要鎖停裝置。
3．2．6．3配水器壓力平衡裝置壓力平衡原理與前述開關(guān)平衡原理相同。
4．油套環(huán)空電纜種類及要求永久下井電纜可以是圓電纜也可以是扁電纜，但由于注水井壓力很高所以要求電纜性能要好(耐壓、耐油、耐酸堿、高絕緣、長期電氣特性穩(wěn)定)。一般下井電纜有以下幾種4．1可使用單芯電纜，下單芯電纜時必須利用油管作為一根導(dǎo)線，這時油管作為導(dǎo)線的可靠性要有保證－在下結(jié)構(gòu)時要接好。它的分動方式可以使用機(jī)械開關(guān)、磁電開關(guān)和電子邏輯控制開關(guān)。
4．2可以使用兩芯電纜，這時也可以利用油管作為第三根導(dǎo)線，也可以不用油管作為導(dǎo)線。對于它四種分動形式均可使用4．3可使用三芯電纜或三芯以上電纜。對于它四種分動形式均可使用。
5．井下電路連線圖電纜供電的管柱結(jié)構(gòu)井下連線十分簡單(它也需要止停開關(guān))，將每個配水器通過分動開關(guān)(或換向開關(guān))并連到供電電纜上就可以了，當(dāng)要改變針閥的運動方向時只需在地面改變接線順序或控制換向開關(guān)就可實現(xiàn)。對于不下電纜的井可以使用圖2和圖3電路連線圖來實現(xiàn)，圖中K1為換向開關(guān)、K2和K3是止停開關(guān)(即常閉開關(guān))，圖2和圖3中的交流接線點直接接到電能交換器(變壓器)的次級線圈上。
6．下井流量計要求及增加功能本方法在調(diào)水作業(yè)時要求下井流量計為地面直讀流量計，通過電纜將井下流量數(shù)據(jù)實時傳入地面車載控制儀中，從而實現(xiàn)調(diào)水和計量同步進(jìn)行的目的。當(dāng)不進(jìn)行調(diào)水測試時則可以使用原先的測試工具。為了使本方法能更好地運用于油田生產(chǎn)需要地面直讀流量計需增加以下功能6．1增加供電線圈井下流量計增加供電線圈是為了滿足注水井B類管柱結(jié)構(gòu)而專門設(shè)計的一種供電方式，其供電原理就是變壓器原理，流量計上增加一個鐵芯而鐵芯外圍繞上初級線圈(為了保證鐵芯有足夠大的截面積可適當(dāng)加長鐵芯長度降低初級線圈的厚度)6．2增加控制開關(guān)線圈增加控制開關(guān)線圈(增加控制分動開關(guān)線圈)是為了實現(xiàn)在井下管柱內(nèi)部中流量計上下運動時確保無機(jī)械性的運動(機(jī)械分動開關(guān))遇卡現(xiàn)象發(fā)生，控制開關(guān)線圈也可以用供電線圈來代替即由同一線圈來完成。
6．3增加定位裝置增加定位裝置目的是為了將流量計線圈鐵芯與次級線圈鐵芯能夠良好的組合形成完整的閉合磁回路，定位方式有磁定位和配水器結(jié)構(gòu)部位定位(即工作槽定位。)6．4當(dāng)管柱是C大類管柱時，流量計要增加電動機(jī)及機(jī)械轉(zhuǎn)動連桿部分。連桿由萬向節(jié)連接使之能夠形成圖18所示形狀。
7．其它特殊裝置(如撞擊筒、導(dǎo)向槽等專門用于清理水咀污物及投撈針閥孔眼和井下?lián)Q針桿裝置)這類裝置可以不要，但也可在結(jié)構(gòu)中預(yù)先設(shè)置導(dǎo)向槽和撞擊筒以備將來開發(fā)特殊裝置時的井下定位導(dǎo)槽。本發(fā)明不開發(fā)這類特殊裝置。
附圖1為管柱結(jié)構(gòu)示意圖A1類圖示 1－電纜 2－油管 3－配水器 4－水力壓差封隔器 5－電纜卡箍 6－水井套管 7－單流凡爾；B1類圖示 1－油管 2－配水器電能交換器 3－配水器工作筒余部 4－水力壓差封隔器5－水井套管 6－單流凡爾附圖2為單相交流電機(jī)電路連線示意圖，其中K1－為換向開關(guān) K2－為上止停開關(guān) K3－為下止停開關(guān) C－為電容 A－為待開發(fā)的保護(hù)電路。兩線圈為電機(jī)繞組，接線柱為電力接入口，它直接連接到電能交換器上。
附圖3為電磁泵電路連線示意圖，其中K1－為換向開關(guān) K2－為上止停開關(guān) K3－為下止停開關(guān) A－為待開發(fā)的保護(hù)電路，兩線圈為兩電磁泵線圈，接線柱為電力接入口，它直接連接到電能交換器上。
附圖4為機(jī)械換向開關(guān)示意圖，1－開關(guān)按鈕 2－為橡膠隔層 3－為按鈕彈簧 4－開關(guān)上觸點 5－開關(guān)運動觸點 6－開關(guān)下觸點 7－彈簧 8－帶孔隔板 9－橡膠隔層10－帶孔隔板 11－按鈕連桿 12－卡簧 13－開關(guān)殼體。
附圖5為電磁換向開關(guān)示意圖，1－開關(guān)殼體 2－線圈 3－開關(guān)上觸點 4－開關(guān)運動觸點 5－鐵芯 6－開關(guān)下觸點 7－彈簧。
附圖6為配水器示意圖及六單元相互位置圖。A單元為電能交換器、B單元為電路保護(hù)裝置及電容器區(qū)、C單元為配水器分動控制開關(guān)及變向開關(guān)區(qū)、D單元為配水器電動元件區(qū)、E單元為配水器減速裝置區(qū)，當(dāng)動力單元元件為電磁泵時本單元可以不要、F單元為配水器水咀控制閥裝置和壓力平衡裝置區(qū)。
附圖7為配水器內(nèi)部元件位置結(jié)構(gòu)示意圖，其中 1－電能交換器鐵芯 2－電能交換器線圈 3－電能交換器鐵芯凸槽 4－保護(hù)電路及電容器倉 5－開關(guān)弧形連桿 6－電機(jī)定子 7－電機(jī)轉(zhuǎn)子 8－減速齒輪箱 9－上止停開關(guān) 10－配水器針桿 11－下止停開關(guān) 12－針閥孔眼(或水咀) 13－單流凡爾 14－分動開關(guān) 15－扶正凸槽 16－齒輪17－配水器壓力平衡橡膠隔層 18－帶孔隔板。
附圖8為止停開關(guān)，1－帶孔隔板 2－橡膠隔層 3－帶孔隔板 4－兩接線柱 5－絕緣材料 6－彈簧 7－帶孔隔板 8－膠隔層 9－開關(guān)撥桿 10－開關(guān)給力方向。
附圖9為止停開關(guān)，1－開關(guān)撥桿 2－橡膠隔層 3－彈簧 4－帶孔隔板 5－絕緣材料 6－連桿滾珠 7－接線柱 8－帶孔隔板 9－橡膠隔層 10－開關(guān)給力方向 11－連桿內(nèi)彈簧 12－接線柱 13－帶孔隔板。
附圖10為電纜控制開關(guān)方式示意圖，其中G為繼電器 圖中一根接電機(jī)的線由轉(zhuǎn)動盤來實行分控。1－為分電盤附圖11為針閥裝置針桿和水咀，其中1－上止停開關(guān)撥桿 2－針桿扶正導(dǎo)軌 3－直線齒條 4－下止停開關(guān)撥桿 5－針閥控水工作段 6－水咀。
附圖12為配水器偏值放示意圖，其中1－為配水器外壁 2－為配水器內(nèi)部導(dǎo)管 3－為配水器各裝置放置倉。
附圖13為配水器同心放置示意圖，其中1－為配水器外壁 2－為配水器內(nèi)部導(dǎo)管3－為配水器各裝置放置倉。
附圖14為液壓推動針閥裝置示意圖，其中1－為齒輪泵 2－為油管 3－活塞上腔 4－活塞 5－活塞連出桿 6－“千斤頂”外殼 7－活塞下腔 8－連動瀉壓閥 9－銷定卡槽 10－解開銷定狀態(tài)活塞 11－解開銷定狀態(tài)活塞 12－銷定板 13－針閥控水工作段 14－壓簧(彈簧) 15－銷定釘銷 16－壓簧(彈簧)附圖15為齒輪泵示意圖，其中1－為連入活塞上腔管線 2－齒輪泵外殼 3－齒輪 4－齒輪軸 5－單流凡爾(用于平衡泵兩側(cè)壓力) 6－連入活塞下腔管線 7－齒輪嚙合區(qū)。
附圖16為C類管柱結(jié)構(gòu)示意圖，其中1－油管 2－配水器 3－水力壓差式封隔器 4－套管 5－單流凡爾附圖17C類配水器結(jié)構(gòu)示意圖，其中1－機(jī)械轉(zhuǎn)動輸入頭 2－針閥控水工作段 3－水咀 4－單流凡爾 5－彈簧附圖18為C類管柱時流量計需增加的功能單元，其中1－為電動機(jī) 2－為減速箱 3－為流量計機(jī)械轉(zhuǎn)動輸出頭連桿 4－為流量計機(jī)械轉(zhuǎn)動輸出頭連桿收入倉。
權(quán)利要求
1．油田注水井電控分層注水、調(diào)水方法，其特征是將電力引入油田注水井井下分層注水、調(diào)水控制過程，從而實現(xiàn)地面控制井下調(diào)水目的，這個電力引入包括對流量計和配水器兩個方面的引入①將動力電源引入流量計中，從而實現(xiàn)電動調(diào)水目的。②將電力引入配水器中，從而實現(xiàn)電動調(diào)水目的。
2．利用本發(fā)明所述A、B、C三大類管柱類型、原理的水井分層注水、調(diào)水。
3．本發(fā)明所述電能交換器及利用電能交換器原理生產(chǎn)的產(chǎn)品。
4．四類分動控制開關(guān)及利用四類分動控制開關(guān)原理生產(chǎn)的產(chǎn)品。
5．流量計中增加的初級供電線圈、線圈、鐵芯、電機(jī)轉(zhuǎn)動動力輸出頭及利用該原理生產(chǎn)的產(chǎn)品。
6．針閥裝置及利用三類針閥控制方法、原理的產(chǎn)品。
7．利用本發(fā)明方法、原理生產(chǎn)的配水器。
8．將本發(fā)明原理用于油井分層采油過程。
全文摘要
油田注水井電控分層注水、調(diào)水方法首先從調(diào)水方式上將以往機(jī)械投撈方式改為電動調(diào)水,方法解決了機(jī)械投撈水嘴易發(fā)生掉卡事故、井下調(diào)配水嘴十分困難、調(diào)水準(zhǔn)確性差以及不宜頻繁進(jìn)行動態(tài)調(diào)水等問題。方法提高了調(diào)水的準(zhǔn)確性和調(diào)水效率。進(jìn)一步解決了堵水嘴問題,消除了掉卡事故。油田注水井電控分層注水、調(diào)水方法從油田注水和水井動態(tài)調(diào)水要求出發(fā),方法首先充分滿足了分注管柱的可洗井性、可調(diào)水性和可注任意多層的優(yōu)點,并保留和繼承了先前管柱結(jié)構(gòu)特征,原有流量計、各種測試工具包括吸水剖面測試工具等均可繼續(xù)使用,保持了水井測試技術(shù)的連續(xù)性和測試工具的通用性。
文檔編號E21B43/16GK1279338SQ9911023
公開日2001年1月10日 申請日期1999年7月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月6日
發(fā)明者曹平生, 彭君 申請人:曹平生