油田分层注水智能控制系统设计

第21卷第2期长春大学学报Vol．21No．22011年2月JOURNAL OF CHANGCHUN UNIVERSITY Feb．2011

收稿日期：2010-

11-14作者简介：顿超亚（1982-），男，河南新乡人，硕士研究生，主要从事机械CAD /CAM 研究。

谢劲松（1969-），男，四川成都人，副教授，博士，主要从事机械CAD /CAM 研究工作。

油田分层注水智能控制系统设计

顿超亚，谢劲松

（长春理工大学

机电工程学院，长春130022）摘要：油井的地下油层大多有多个，每层的地质物理条件差异很大，而且每个油层都是独立、封闭的储油体，这是

由形成油层的地质条件不同造成的。就同一注水井而言，以同一压力注水，某些层段可能大量进水，某些层就可能

进水少甚至不进水，导致不进水的油层里的油驱替不出来，造成采油死区，使产油量下降。为了使各油层注水注量

合理、注水均匀，提高各油层的水驱油效率，科学家研究出了分层注水的办法，被国内外油田作为油田注水开发最

有效的办法广泛应用。

关键词：油井；压力；效率；分层注水

中图分类号：TE938+.4文献标志码：A 文章编号：1009－3907（2011）02－0014－02

0引言

注量合理、注水均匀是提高油层的水驱油效率的前提。油层注水时，要根据具体油层的工况即温度、压

力注入适当水量。但井下的工况会随注水量改变［1］，故在注水出油后还得重新测量工况，给以合理的注水

量。所以设计一套能够快速测量、并能根据测得工况给各油层注入合理水量的装置至关重要。油田分层智

能控制系统正是基于这个目的而开发的，

结构上主要分为机械部分与电气部分［2］

。图1密封段1机械部分

机械部分作为执行机构，分为定位部分、测量部分、驱动部分。执

行机构与油井的密封段配合。密封段由上端定位接头、往复体、移动

环、

下端定位接头组成，如图1所示。往复体顺、逆时针旋转时移动环就会沿往复体轴线上、

下移动。移动环的上下移动改变注水口的大小，注水开度的大小会控制注水量的大小。

机械部分与密封段的上端定位接头的定位花键配合。检测部分

测得油层的温度、压力以及密封段内水的流量，并在电气部分的协助

下把测量的信号返回地面控制系统，地面人员根据测量结果利用驱动部分给油层以合理、均匀的注水量［3］。1．1定位部分与测试部分

如图2所示，定位部分主要结构有弹簧、伸出爪、钢丝、传动体、电动机。工作原理是：执行机构自重克服

弹簧作用在油井壁的摩擦力，沿着油井下滑，由于弹簧的作用，会使伸出爪的开度随着井壁的直径的变化而变化，

当遇到台阶时，伸出爪就会卡在台阶平面上［4］。测试部分主要由集成电路板、温度传感器、压力传感器、流量传感器组成。当定位部分使执行机构定位在密封段的定位花键处时，测试部分在集成电路板的作用下，把传感信号传送到地面控制系统

［5］。1．2执行部分

执行部分主要由电动机、顶出弹簧、伸出轴组成，集成电路板检测测试结果，给驱动电动机发出信号来调节注水量［6］。

2电气部分

本设计中单片机是控制核心［7］，能够独立工作，实现多种功能。

2．1

设计原则

图2

定位部分与测试部分图3执行部分

（1）尽量选择典型的应用电路以实现硬件系统的标准化、模块化；

（2）片外扩展与外围设备配置应充分满足应用系统的功能要求，并考虑环境温度等因素的干扰；

（3）硬件结构的设计应结合软件方案，能用软件实现的尽可能地用软件来实现；

（4）功耗方面，应尽可能选择CMOS 芯片单片机；

（5）硬件系统设计中的可靠性及抗干扰设计是必不可少的；

（6）保证单片机系统的驱动能力

。

图4系统工作原理方框图

2．2软件设计步骤

（1）编写任务说明书；

（2）确定用软件来实现的功能；

（3）确定各功能模块，并定义每一模块的输入、输出；

（4）确定算法；

（5）确定数据类型，规划数据结构；

（6）分配内存资源；

（7）编程及调试；

（8）程序优化。

图4为系统功能实现原理图。由于井下环境的限制，系统采用单芯电缆实现井下仪器供电

及数据的传输。井下数据通过数据耦合变压器将数据耦合到直流电源线上［8］，数据通过单芯电缆传到地面

系统，地面系统采用同样的办法将数据耦合到处理电路中，再传送至PC 机，实现对数据的存储和分析。3结语

本设计能够快速测量每层油井的工况，并能根据油层的实际状况给油层合理、均匀地注水，而且执行机构可以很方便地到达每个油层，使测试、调节每层油层的时间周期缩短，大大提高了效率。油田分层注水智

能控制系实现了测、

调、控一体化的控制过程。参考文献：

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责任编辑：吴旭云

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1第2期顿超亚，等：油田分层注水智能控制系统设计