一种功能分级的智能分注管柱及使用方法与流程

本发明涉及石油开采机械领域，具体而言，涉及一种功能分级的智能分注管柱及使用方法。

背景技术：

1、油田进入高含水开发后期，分注井数量增多，层系划分更细，注水测调工作量增大。国内分层注水技术主要包括活动式分层注水技术、测调一体化技术和有缆式分注技术。活动式分层注水技术需逐层进行水嘴投捞调配，钢丝起下频繁，不能实时监测分层注水效果。测调一体化技术测试仪器与可调水嘴对接后可边测边调，井下数据上传采用有线传输方式。测调一体化技术仍然需要起下电缆，需要测调仪器与井下可调水嘴对接，受油管腐蚀结垢、井斜等因素影响，投捞成功率受到限制。水嘴调整完成后，分层注水情况不能实时监测，如果分层注水参数发生变化，不能进行自动调整。

2、目前，有缆智能分注技术实现了对分注井的远程实时测试、调配，但是有缆智能配水器成本较高，制约了大规模推广。针对上述问题，为降低智能分注技术实施费用，通过强化上层配水器通信、调节功能，弱化下层配水器温度、压力、流量采集功能，将统一配置的有缆智能配水器优化为高配的中枢配水器和低配的配水智能配水器，采用“中枢配水器+配水智能配水器”组合模式优化配水器组合，提高自动控制程度，降低实施成本。

3、在申请号：201910085437.2的中国专利申请中，涉及到一种注水注聚双向转换管柱及其使用方法，该管柱包括n个封隔器、n个注调器、单流阀和筛管，n为大于或等于2的整数。该管柱还包括第一测调仪或第二测调仪。n个封隔器中的第i个封隔器与第i+1个封隔器之间连接有n个注调器中的第i个注调器，n个封隔器中的第n个封隔器与单流阀的第一接头之间连接有n个注调器中的第n个注调器，单流阀的第二接头与筛管的第一端连接，筛管的第二端密封。n个注调器中的每个注调器包括第一调节管、第二调节管和外套。该申请为注水、注聚多用管柱，注调器集成了注水和注聚功能，通过下入测调仪来调节不同的过流通道来实现注水和注聚与本发明的功能分级的注水管柱无关。

4、在申请号：202011207459.0的中国专利中，涉及到一种集成式智能配水系统及方法，包括上封隔器、下封隔器和中间集成式配水器，上、下封隔器分别设于上、下油管上，中间集成式配水器包括筒体、封隔皮囊、上出水口、下出水口、水嘴电机总成，筒体的上下两端分别与上、下油管相连接，筒体中设有过流通道，筒体侧壁设有上、下过流孔，上下、过流孔两端分别与过流通道及上、下出水口相连通。本发明实现对井下集成式智能配水器控制、信号双向传输等功能，降低施工成本、减少施工工序。本专利配水器与封隔器一体化设计，各级同等配置，与本发明无关。

5、在申请号：202120139415.2的中国专利中，涉及到一种有缆智能配水器，外护管的下端与下接头密封；中心过流管两端分别与上接头和下接头连接；分线盒固设在上接头上，内部形成密封空间；水嘴组件与电路组件之间的导线连接、限流组件与水嘴组件之间的导线连接，以及限流组件与电路组件之间的导线连接均在分线盒的内部连接。本发明的多重密封结构在中心过流管和外护管之间的空腔密封失效时，配水器仍然可以正常工作，有效提高了配水器的密封可靠性。本专利侧重密封可靠性，与本发明无关。

6、以上现有技术均与本发明有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，为此我们发明了一种功能分级的智能分注管柱及其分注方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种功能分级的智能分注管柱及使用方法，以实现低成本的分层注水。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一种功能分级的智能分注管柱，包括至少1个中枢配水器、至少n个封隔器、n个智能配水器，所述n为大于或等于1的整数，所述中枢配水器、所述封隔器以及所述智能配水器通过油管由井口至井底方向顺次连接，所述的n个封隔器中的第m个封隔器的下方通过油管连接有所述的n个智能配水器中的第m个智能配水器；

4、所述中枢配水器包括若干流量计并通过所述流量计实现测量全井流量和当前层流量，所述中枢配水器还能够与地面和所述智能配水器进行通信；

5、所述智能配水器包括用于调节注水量的水嘴和用于监测当前层压力的外压传感器，所述智能配水器能够执行所述中枢配水器或地面的指令并采集当前层的管外压力和控制所述水嘴的过流面积。

6、作为本发明的一种优选技术方案，所述中枢配水器、地面、所述智能配水器之间的通信连接由电缆实现。

7、作为本发明的一种优选技术方案，还包括n个测试短节，所述测试短节设置于所述智能配水器的上方，其能够测量下方各层的总流量，以及采集测试短节对应位置的管内压力、管外压力以及温度，所述测试短节通过所述电缆与所述中枢配水器、所述智能配水器连接通信。

8、作为本发明的一种优选技术方案，管柱末端设置有封闭用的丝堵。

9、本发明还公开了利用上述的功能分级的智能分注管柱所实现的分注方法，包括通过获取以下数据进行计算：

10、设入口的流速和压力分别为v0、p0，其可以由所述中枢配水器获取；

11、设1～n层的水嘴嘴前流速为v1～vn；

12、设1～n层水嘴嘴前面积，即已知的水嘴对应的油管內截面积为a1～an；

13、设1～n层水嘴过流面积为a11～ann，其可以由所述智能配水器获取和控制；

14、设1～n层的水嘴嘴后流速为u1～un；

15、设1～n层的水嘴嘴后压力为p1～pn，其可以由所述中枢配水器或所述智能配水器获取；

16、根据流体质量守恒方程联立方程组：

17、v0a0＝v1a1+u1a11

18、v1a1＝v2a2+u2a22

19、……

20、vnan＝vnan+unann；

21、联立伯努利方程组：

22、1/2v2+p+gz＝const其中z为对应层深度，为已知量，g为重力加速度，const为常数；

23、得出以下n个方程：

24、1/2v02+p0+gz0＝1/2v12+p1+gz1＝……＝1/2vn2+pn+gzn

25、然后再根据各层管外压力p1～pn和水嘴过流面积a11～ann即可求得各层流速u1～un，再根据流速和面积乘积即可获得各层的流量。

26、作为本发明的一种优选技术方案，当分注层大于等于3时，使用测试短节进行流量校准，通过第n-1层测试短节的流量与第n层测试短节的流量之差即可得出第n-1层的智能配水器的流量。

27、本发明的有益效果是：

28、1.设置中枢配水器测量全井流量和当前层流量，可以避开高温恶劣工况区，延长智能分注管柱寿命；

29、2.通过设置智能配水器进行控制各层水嘴的开度而调节水嘴过流面积，根据理论计算获得分层流量，可以减少传感器数量，降低智能配水器成本，延长智能配水器寿命；

30、3.通过设置测试短节，精确测量该短节以下各层流量，验证计算数据的准确性。最下层的测试短节测量最下层配水智能配水器流出的流量；上下两层相邻的测试短节作差可以得到两个短节之间的智能配水器流出的流量。

31、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。