旋轉(zhuǎn)活塞控制式智能開關(guān)器的研制與應(yīng)用

蒙興榮

摘要：在油井的分層測試中使用往復(fù)式智能開關(guān)會(huì)由于校正和無效的切換功能而導(dǎo)致活塞卡死，從而導(dǎo)致分層測試和分層分離操作無法正常進(jìn)行。開發(fā)了由智能開關(guān)控制的旋轉(zhuǎn)活塞，并且流體形成可以流過中空旋轉(zhuǎn)活塞，有效地防止了活塞和閥腔結(jié)垢。為此，形成了由智能活塞控制式的旋轉(zhuǎn)活塞。流體流過中空旋轉(zhuǎn)活塞，可以有效防止活塞和閥腔結(jié)垢，能夠高效進(jìn)行分層測試提高準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)活塞;控制式智能開關(guān)器;研制;應(yīng)用

為了增加單井產(chǎn)量并降低生產(chǎn)成本，中國的主要油田實(shí)施了一系列有效的模式和多層采礦技術(shù)，并支持分層注水技術(shù)。由于每個(gè)油層的巖性、物理性質(zhì)和儲(chǔ)層流體特性不同，因此每個(gè)層的吸水能力、水前進(jìn)速度和流體生產(chǎn)狀況都不同。 生產(chǎn)能力和壓力條件尚不清楚，現(xiàn)場動(dòng)態(tài)調(diào)整步驟也沒有針對(duì)性。智能開關(guān)在分層測試中的應(yīng)用，也實(shí)現(xiàn)了單層地下油層的生產(chǎn)。它提供了一種處理每口油井產(chǎn)能和各層之間不一致的技術(shù)，進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)多層開采技術(shù)的支持，提高了開采的影響力，提高了施工效率。

一、油井自動(dòng)分層開關(guān)工具

自動(dòng)分層測試開關(guān)工具使用活塞壓力平衡結(jié)構(gòu)，以在打開和關(guān)閉狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)軸向壓力平衡，并承受地層和壓力對(duì)開關(guān)運(yùn)動(dòng)的影響。分層測試開關(guān)工具主要由上連接器、控制電路、活塞和下連接器組成。電機(jī)安裝在活塞的上端，驅(qū)動(dòng)螺桿的一端與電機(jī)軸匹配，另一端通過螺紋與活塞連接。傳感器接收井口環(huán)空壓力脈沖信號(hào)，通過該信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)。電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)螺桿來調(diào)節(jié)上下活塞運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)。電機(jī)使活塞向下旋轉(zhuǎn)，并在下限位置打開地層。電機(jī)的反向旋轉(zhuǎn)將活塞向上推動(dòng)，并在活塞的上限位置關(guān)閉地層。開關(guān)式阻水開關(guān)在側(cè)進(jìn)模式下工作。活塞裝有一個(gè)密封環(huán)，以防止流體流到活塞的底部或上部槽口，從而使流體僅流入活塞的環(huán)形空間，因?yàn)殚_關(guān)處于打開狀態(tài)，所以液體入口與液體出口接觸。

二、控制式智能開關(guān)器的構(gòu)成

旋轉(zhuǎn)開關(guān)活塞式地下管道智能監(jiān)控開關(guān)主要由微機(jī)開關(guān)驅(qū)動(dòng)閥，微電機(jī)開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)和開關(guān)微機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路部分組成。首先，通過微軟的計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)控制應(yīng)用程序自動(dòng)設(shè)置電源開關(guān)，并通過高能量的鋰電池電源為電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行供電。當(dāng)驅(qū)動(dòng)達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定工作時(shí)間時(shí)，微電子計(jì)算機(jī)向驅(qū)動(dòng)微電機(jī)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)開關(guān)系統(tǒng)活塞發(fā)送啟動(dòng)命令以使目標(biāo)驅(qū)動(dòng)開關(guān)系統(tǒng)活塞開始正常工作，從而保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)活塞可以打開或及時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)開關(guān)，從而可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)層的及時(shí)自動(dòng)進(jìn)行切換。兩個(gè)大型液體入口通道分別設(shè)計(jì)在一個(gè)活塞上和密封件的底部，兩個(gè)小型液體驅(qū)動(dòng)出口輸入通道分別設(shè)計(jì)在一個(gè)旋轉(zhuǎn)式的活塞上。推動(dòng)開關(guān)旋轉(zhuǎn)活塞的分層密封件和表面厚度是旋轉(zhuǎn)活塞分層密封件和地層旋轉(zhuǎn)推動(dòng)活塞的連接基礎(chǔ)，在活塞接觸面的平面中，地層中的流體通道流過中空可以旋轉(zhuǎn)推動(dòng)活塞，并且旋轉(zhuǎn)活塞的分層密封件和表面厚度不受地層液體通道結(jié)垢的厚度影響，可以有效率地防止旋轉(zhuǎn)活塞卡死，提高活塞分層密封測試的操作準(zhǔn)確性和測試有效性[1]。

三、控制式智能開關(guān)器的原理

（一）開關(guān)器打開

當(dāng)這個(gè)開關(guān)再次打開時(shí)，就已經(jīng)形成了一個(gè)層次。當(dāng)電機(jī)設(shè)置的停止時(shí)間參數(shù)達(dá)到一個(gè)開關(guān)的自動(dòng)打開停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，微電子計(jì)算機(jī)向一個(gè)微電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)活塞發(fā)送開關(guān)命令以使其開始啟動(dòng)操作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，從而促使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)活塞開始旋轉(zhuǎn)。連接兩個(gè)液體驅(qū)動(dòng)通道后，驅(qū)動(dòng)器的電機(jī)將暫時(shí)停止正常工作，活塞將自動(dòng)停止高速旋轉(zhuǎn)。在這個(gè)工作情況下，地層中的流體可以穿過位于入口的地層液體流動(dòng)通道并從地層液體通道出口處從通道內(nèi)部流出，以便于實(shí)現(xiàn)進(jìn)入地層的出口打開[2]。

（二）開關(guān)器關(guān)閉

開關(guān)柜門閉合，地層開關(guān)閉合。當(dāng)驅(qū)動(dòng)計(jì)時(shí)器電機(jī)到達(dá)驅(qū)動(dòng)閉合停止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)開關(guān)時(shí)，微電子計(jì)算機(jī)向帶有微電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)接口發(fā)送驅(qū)動(dòng)命令以使它開始進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而促使驅(qū)動(dòng)器的活塞開始旋轉(zhuǎn)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)活塞連續(xù)停止旋轉(zhuǎn)90°時(shí)，活塞驅(qū)動(dòng)密封件底部的內(nèi)側(cè)液體電流通道和頂部液體電流進(jìn)入活塞通道自動(dòng)停止時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的電機(jī)立即停止驅(qū)動(dòng)工作，活塞自動(dòng)停止連續(xù)旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，當(dāng)?shù)乇肀韺拥叵铝黧w不能通過溶液進(jìn)入和流出到達(dá)一側(cè)液體通道入口和溶液出口進(jìn)入通道的互相連接的兩側(cè)液體入口通道時(shí)，由于一側(cè)液體通道出口是從通道一側(cè)旋轉(zhuǎn)到另一側(cè)，所以地層流體不能從一側(cè)液體通道出口進(jìn)入通道中一側(cè)流出，使得下地層閘門關(guān)閉[3]。

（三）開關(guān)狀態(tài)時(shí)間設(shè)定

使用用戶專用的USB數(shù)據(jù)線將自動(dòng)微機(jī)智能控制管理系統(tǒng)的各個(gè)智能控制開關(guān)與自動(dòng)開關(guān)機(jī)的設(shè)置應(yīng)用程序連接起來。打開開關(guān)參數(shù)表，為每個(gè)開關(guān)的數(shù)據(jù)獲取中斷狀態(tài)分別設(shè)置延遲時(shí)間1?6?？偣惨淮慰梢酝瑫r(shí)設(shè)置6個(gè)控制開關(guān)進(jìn)入狀態(tài)。打開或自動(dòng)關(guān)閉的延遲時(shí)間參數(shù)表示系統(tǒng)打開或自動(dòng)關(guān)閉后上一級(jí)系統(tǒng)狀態(tài)的延遲時(shí)間，如果狀態(tài)延遲1則為24，開。延遲2填為24，關(guān)閉，則可能表示這個(gè)開關(guān)在24小時(shí)后打開。打開后24小時(shí)即可關(guān)閉電源開關(guān)。根據(jù)目前油井采集測試開關(guān)設(shè)計(jì)的功能要求，根據(jù)信息采集測試時(shí)間順序設(shè)置油井測試期間的檢測開關(guān)工作狀態(tài)，然后單擊數(shù)據(jù)裝運(yùn)時(shí)間按鈕將數(shù)據(jù)采集測試時(shí)間發(fā)送到測試開關(guān)上的微計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。斷開了與數(shù)據(jù)傳輸電纜的總線連接，并重新安裝高能量的鋰電池組以進(jìn)行供電。微型自動(dòng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將根據(jù)每個(gè)開關(guān)和分組的數(shù)據(jù)采集工作時(shí)間長短來自動(dòng)控制每個(gè)開關(guān)組的狀態(tài)[4]。

四、現(xiàn)場的實(shí)驗(yàn)

旋轉(zhuǎn)活塞控制式智能開關(guān)與自動(dòng)開關(guān)配合一起使用。封隔器上要捆扎上防油層。每層樓還安裝了另外一組自動(dòng)旋轉(zhuǎn)式的智能控制開關(guān)，該智能開關(guān)根據(jù)不同地面現(xiàn)場設(shè)計(jì)方案需要進(jìn)行自動(dòng)設(shè)置并同時(shí)受到遠(yuǎn)程控制。井下的微型通用計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)定期自動(dòng)控制抽油開關(guān)，地面上的自動(dòng)抽油機(jī)連續(xù)自動(dòng)抽油，以便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判斷換油油層和實(shí)現(xiàn)單層井下自動(dòng)采油，并準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)捕獲生產(chǎn)能力的油參數(shù)，含水量，含鹽使用量，壓力和每層井下油的氧化溫度適當(dāng)。由于多層套管進(jìn)水網(wǎng)絡(luò)由于多層套管系統(tǒng)中不同儲(chǔ)層的巖性，物理化學(xué)性質(zhì)和不同儲(chǔ)層進(jìn)水流體活動(dòng)特性不同，因此，其儲(chǔ)層吸水量，進(jìn)水活動(dòng)速度，不同層的主要液體生產(chǎn)配制活動(dòng)條件以及不同層的主要液體生產(chǎn)活動(dòng)條件均發(fā)生變化因而旋轉(zhuǎn)臂式智能進(jìn)水開關(guān)也可用于直接執(zhí)行我國多層套管系統(tǒng)大型油井套管分層進(jìn)水測試時(shí)的測試。

結(jié)束語：

往復(fù)式的小型智能電源開關(guān)容易產(chǎn)生結(jié)垢，并且由于開關(guān)活塞被嚴(yán)重卡住而直接禁用了智能開關(guān)保護(hù)功能。設(shè)計(jì)了地層旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)活塞和閥智能測量開關(guān)，地層泵的流體流經(jīng)中空時(shí)需旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)活塞，活塞和閥腔不易移動(dòng)測量，解決了旋轉(zhuǎn)活塞和閥卡死的困難問題。現(xiàn)場試驗(yàn)測試結(jié)果證明，旋轉(zhuǎn)加油活塞上的智能控制開關(guān)流動(dòng)性能穩(wěn)定可靠，可以正確準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)捕獲各個(gè)加油層的流動(dòng)性能變化數(shù)據(jù)，為以后的加油動(dòng)態(tài)快速調(diào)整加油提供了可靠的技術(shù)依據(jù)。

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