注水井智能流量監(jiān)控裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種注水井控制檢測設備，尤其是一種注水井智能流量監(jiān)控裝置。數(shù)據(jù)采集模塊包括單片機、流量計、閥體控制模塊，GPS通訊模塊、流量計、閥體控制模塊分別與單片機連接，GPS通訊模塊與監(jiān)控中心進行遠程的無線通訊。上述結構利用流量計對油田注水井流量進行監(jiān)測，并把實時的檢測值傳送給單片機，單片機根據(jù)事先設置的參數(shù)通過閥體控制模塊控制閥門的開啟，還利用監(jiān)控中心與GPS通訊模塊之間的連接實現(xiàn)GPS無線通信網(wǎng)和計算機網(wǎng)絡技術實現(xiàn)油田注水井的遠程監(jiān)控，采集的數(shù)據(jù)利用GPS通信模塊，將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心，這樣工作人員不必到現(xiàn)場即可及時、準確地獲取現(xiàn)場工況信息，可以隨時判斷設備的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障，降低了由事故帶來的損失。
【專利說明】注水井智能流量監(jiān)控裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種注水井控制檢測設備，尤其是一種注水井智能流量監(jiān)控裝置。
【背景技術】
[0002]在石油資源開采后期，由于地層壓力的下降，常采取注水方式來補充油田能量。油田注水的目的是為了保持油田能量，保持油層壓力，提高供液能力，降低原油遞減率，以達到進一步開采石油的目的，是實現(xiàn)原油高產、穩(wěn)產的重要手段。特別是油田進入中后期開發(fā)階段，各種增油措施效果越來越差，穩(wěn)產難度日益增大，強化有效的注水是目前改善油田開發(fā)效果的關鍵。
[0003]為保持地層壓力，需不斷加大注水量。注水情況的好壞直接關系到油田的穩(wěn)產與否，如果注水不穩(wěn)定，會導致暴性水淹，油層注水波及不平衡，水驅動用程度低。由于受油田井下地質情況變化以及洗井、供水不足等因素的影響，注水系統(tǒng)的配注量在不同開發(fā)時期是不同的，注水量隨開采狀況的變化，需要經(jīng)常調整。
[0004]當油井壓力發(fā)生變化時，注水量就會隨之改變，目前很多油井注水量主要是人工控制。每口注水井都安裝有高壓閥門、壓力表、高壓注水表。所用的注水閥門多為高壓閘閥或截止閥，開關時需要人工旋轉手輪，用來打開或關閉閥門。操作人員根據(jù)注水工藝配注量進行人工調節(jié)，由于閘閥或截止閥不適于經(jīng)常性調節(jié)，絲桿和螺母磨損易漏，加之由于人工控制的時間滯后效應，不能對注水出現(xiàn)的異常情況及時處理，特別是夜間，由于壓力波動，操作人員不能及時發(fā)現(xiàn)并做出處理，使得注水量失控或反吐“倒灌”，嚴重時造成地層出砂，嚴重影響油田的穩(wěn)定開發(fā)和安全生產。對于周期短的間注水井和層間矛盾突出或測試難度大的油井，人工測試的控制精度差，注水量調節(jié)難度大，工作量大，注水倒流和因此引起的地層出砂現(xiàn)象時有發(fā)生。另一方面，大部分油田注水壓力都在10?40MPa之間，屬高壓力危險環(huán)境，普通閘閥或截止閥易損易漏，在實際中存在著許多的不安全因素，現(xiàn)場人工調節(jié)不安全。另外，注水流量人工調節(jié)，程序繁瑣。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種監(jiān)控方便、節(jié)省人員、監(jiān)控調節(jié)及時精確的注水井智能流量監(jiān)控裝置。
[0006]本發(fā)明解決進一步技術問題所采用的技術方案是:一種注水井智能流量監(jiān)控裝置，包括監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括GPS通訊模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊包括單片機、流量計、閥體控制模塊，GPS通訊模塊、流量計、閥體控制模塊分別與單片機連接，GPS通訊模塊與監(jiān)控中心進行遠程的無線通訊。
[0007]此項設置利用流量計對油田注水井流量進行監(jiān)測，并把實時的檢測值傳送給單片機，單片機根據(jù)事先設置的參數(shù)通過閥體控制模塊控制閥門的開啟，利用模糊控制技術調節(jié)閥門狀態(tài)，從而實現(xiàn)注水量的調節(jié)，還利用監(jiān)控中心與GPS通訊模塊之間的連接實現(xiàn)GPS無線通信網(wǎng)和計算機網(wǎng)絡技術實現(xiàn)油田注水井的遠程監(jiān)控，采集的數(shù)據(jù)利用GPS通信模塊，將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心，這樣工作人員不必到現(xiàn)場即可及時、準確地獲取現(xiàn)場工況信息，此外，可以隨時判斷設備的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障，最大限度地降低了由事故帶來的損失。
[0008]本發(fā)明的進一步設置為:閥體控制模塊包括電動機、調節(jié)閥，電動機的輸出端與調節(jié)閥的輸入端連接，電動機與單片機連接。
[0009]此項設置閥體控制模塊采用電動機與調節(jié)閥實現(xiàn)，為了保持閥門開度位置避免頻繁的正反轉控制切換，以及電動執(zhí)行機構慣性失調和振蕩，利用模糊自適應PID控制來實現(xiàn)對閥門的操作。
[0010]本發(fā)明的進一步設置為:還包括傳感器、調理電路，傳感器的輸出端與調理電路的輸入端連接，調節(jié)電路與單片機連接。
[0011]此項設置在單片機上設置了傳感器，由于油田現(xiàn)場的情況比較復雜，各種環(huán)境因素很多，為了做到更全面的監(jiān)控，設置了傳感器，傳感器和流量計配合可以采集更多的數(shù)據(jù)，比如溫度、壓力、流量等很多數(shù)據(jù)，使本發(fā)明的適用性更加廣，監(jiān)控和控制更加全面、安全。
[0012]本發(fā)明的進一步設置為:還包括太陽能電源，太陽能電源與單片機連接。
[0013]此項設置采用的是太陽能電源，考慮到大部分油田地處邊遠地區(qū)，油井分散等問題，還有當外電網(wǎng)引入困難，經(jīng)濟不合理時，油田應建立獨立的發(fā)電供電體系，因此本發(fā)明采用太陽能電源，不僅供電方便，而且獨立、節(jié)能、環(huán)保。
[0014]本發(fā)明的進一步設置為:還包括注水控制系統(tǒng)，單片機與電動機連接，電動機與調節(jié)閥連接，調節(jié)閥與單片機分別與流量計連接，構成注水控制系統(tǒng)。
[0015]此項設置設置了注水控制系統(tǒng)，這是一個由四個基本環(huán)節(jié)組成，有一條從系統(tǒng)的輸出端到輸入端的反饋回路構成的單回程流量控制系統(tǒng)，通過實驗找出流量測量與控制環(huán)節(jié)之間形成的閉環(huán)系統(tǒng)的響應速度，在單片機編程中結合這些參數(shù)，應用PID算法實現(xiàn)實際流量信號與設定瞬時流量比較得出“偏差”大小不同，向電動執(zhí)行器(電動機)發(fā)出“開關”指令脈沖時間長短不同，實現(xiàn)電動執(zhí)行器(電動機)快速、平穩(wěn)地調節(jié)流量調控閥實現(xiàn)穩(wěn)定精確注水，達到控制精確的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1為本發(fā)明的原理框圖；
[0018]圖2為本發(fā)明中注水控制系統(tǒng)的原理框圖。
【具體實施方式】
[0019]參考圖1可知，本發(fā)明一種注水井智能流量監(jiān)控裝置，包括監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括GPS通訊模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊包括單片機、流量計、閥體控制模塊，GPS通訊模塊、流量計、閥體控制模塊分別與單片機連接，GPS通訊模塊與監(jiān)控中心進行遠程的無線通訊，電動機的輸出端與調節(jié)閥的輸入端連接，電動機與單片機連接，傳感器的輸出端與調理電路的輸入端連接，調節(jié)電路與單片機連接，太陽能電源與單片機連接。
[0020]本發(fā)明中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心部分，主要完成注水井流量的測量和控制，現(xiàn)場設備主要硬件包括流量計、調節(jié)閥、電動機、單片機及其外圍電路和GPS通訊模塊。單片機是系統(tǒng)的重要組成部分，鑒于油田使用環(huán)境惡劣，有較強的干擾，注水控制間內溫度和濕度高，空氣中含腐蝕性氣體濃度高，野外供電不方便，以及注水閥運行成本要求，本實施例選用美國TI公司生產的有高性價比的超低功耗MSP430系列單片機為主機，單片機利用數(shù)據(jù)采集設備實時采集油田注水井的工況信息，并利用MSP430F149片上資源對數(shù)據(jù)進行處理、存儲，利用GPS通訊模塊實現(xiàn)遠程監(jiān)控，同時輔助各種傳感器，滿足面向多種類型信號(工況)控制需求，只要采用安裝對應功能的傳感器，就可以制定相應的控制策略。
[0021]參考圖2可知，單片機與電動機連接，電動機與調節(jié)閥連接，調節(jié)閥與單片機分別與流量計連接，構成注水控制系統(tǒng)。
[0022]注水控制系統(tǒng)中，控制器(調節(jié)閥)是根據(jù)被控流量的測量值與設定值間的偏差來進行控制的，流量計測得的流量轉化成脈沖信號，送入單片機中，由單片機對該脈沖信號進行采集計算，得到脈沖信號的頻率F1，同時，在上位機上輸入配注工藝所需的流量值，單片機對流量值進行轉換計算，得到相應的頻率F2，在得到這兩個參數(shù)的情況下，單片機內部控制程序，通過PID算法，可以確定電動機轉動控制量的變化，通過控制負載的通斷時間來達到控制閥門開啟程度，然后通過I/O 口給出一個調節(jié)閥正、反轉控制信號，實現(xiàn)閉環(huán)控制調節(jié)，使流量逐漸達到設定值?？紤]節(jié)能的問題，本系統(tǒng)采用間歇控制，閥門調節(jié)時間可隨現(xiàn)場工況條件進行隨意設置(默認調節(jié)時間為10分鐘一次)。
[0023]顯然，上述實施例僅僅是為了清楚的說明所做的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種注水井智能流量監(jiān)控裝置，其特征在于:包括監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括GPS通訊模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊包括單片機、流量計、閥體控制模塊，GPS通訊模塊、流量計、閥體控制模塊分別與單片機連接，GPS通訊模塊與監(jiān)控中心進行遠程的無線通訊。
2.按照權利要求1所述的注水井智能流量監(jiān)控裝置，其特征在于:閥體控制模塊包括電動機、調節(jié)閥，電動機的輸出端與調節(jié)閥的輸入端連接，電動機與單片機連接。
3.按照權利要求1或2所述的注水井智能流量監(jiān)控裝置，其特征在于:還包括傳感器、調理電路，傳感器的輸出端與調理電路的輸入端連接，調節(jié)電路與單片機連接。
4.按照權利要求1所述的注水井智能流量監(jiān)控裝置，其特征在于:還包括太陽能電源，太陽能電源與單片機連接。
5.按照權利要求2所述的注水井智能流量監(jiān)控裝置，其特征在于:還包括注水控制系統(tǒng)，單片機與電動機連接，電動機與調節(jié)閥連接，調節(jié)閥與單片機分別與流量計連接，構成注水控制系統(tǒng)。
【文檔編號】E21B43/20GK103643926SQ201310638302
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權日:2013年12月2日
【發(fā)明者】董征 申請人:蒼南華宇科技開發(fā)有限公司