孫浩玉， 薄 鵬， 李作會， 華陳權(quán)， 朱烈濤，馬建鵬

(1.機(jī)械科學(xué)研究院哈爾濱焊接研究所，黑龍江哈爾濱 150080；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動化學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150001；3.中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營 257000；4.中石油燃料油有限責(zé)任公司，北京100102；5.中國石油大學(xué)(華東)信息與控制工程學(xué)院，山東青島266580)

?油氣開發(fā)?

投球式井下智能分控開關(guān)系統(tǒng)的研制及功能試驗(yàn)

孫浩玉1,2,3， 薄 鵬4， 李作會3， 華陳權(quán)5， 朱烈濤5，馬建鵬5

(1.機(jī)械科學(xué)研究院哈爾濱焊接研究所，黑龍江哈爾濱 150080；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動化學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150001；3.中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營 257000；4.中石油燃料油有限責(zé)任公司，北京100102；5.中國石油大學(xué)(華東)信息與控制工程學(xué)院，山東青島266580)

為了降低分層采油中的生產(chǎn)維護(hù)成本，結(jié)合無線射頻和單片機(jī)技術(shù)，研制了一種投球式井下智能分控開關(guān)控制系統(tǒng)，并在室內(nèi)對其進(jìn)行了功能試驗(yàn)。在分析各類井下開關(guān)系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，明確了研制思路：在地面通過投入信號小球的方式來實(shí)時(shí)靈活地控制井下目標(biāo)油層開關(guān)閥的開啟/關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)油層的有效控制。確定了總體設(shè)計(jì)方案：在油管內(nèi)先后投入2個(gè)信號小球，先投入的信號小球用于井下控制系統(tǒng)的喚醒，后投入的信號小球攜帶開啟/關(guān)閉目標(biāo)油層開關(guān)閥的指令，用于控制目標(biāo)層位開關(guān)。室內(nèi)模擬試驗(yàn)表明，投入喚醒信號小球后井下控制器由待機(jī)模式變?yōu)楣ぷ髂Ｊ剑度胗蛯涌刂菩盘栃∏蚝?，各目?biāo)油層開關(guān)閥能按預(yù)定指令正確開/關(guān)，各層通信、開關(guān)控制均滿足設(shè)計(jì)要求。研究認(rèn)為，研制的井下智能分控開關(guān)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)油層的有效控制和降低油層間的干擾，從而實(shí)現(xiàn)分層采油、提高采收率。

分層開采；投球式；井下智能開關(guān)系統(tǒng)；無線射頻識別；實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)

目前，我國各大主力油田已進(jìn)入開發(fā)中后期，含水率迅速上升，各油層之間的矛盾突出，層間干擾嚴(yán)重[1-2]，而層間矛盾是影響油田開采效果的主要矛盾。對不同含水率的油層進(jìn)行分層注水與分層采油，能有效降低層間矛盾[3-7]，分層采油的核心技術(shù)是實(shí)時(shí)有效地控制井下各目標(biāo)油層閥門的開啟與關(guān)閉。針對該核心技術(shù)，國內(nèi)外提出了多種解決方案，大致分為液壓式井下開關(guān)控制、電纜式井下開關(guān)控制和程序固定式井下開關(guān)控制等3種控制方式。

液壓式井下開關(guān)控制的優(yōu)點(diǎn)是，只需要下入一趟生產(chǎn)管柱就能實(shí)現(xiàn)井下開關(guān)系統(tǒng)的“關(guān)閉—開啟—關(guān)閉”操作，而舊式井下開關(guān)系統(tǒng)只有開啟或關(guān)閉一種功能。從某種程度講，液壓式井下開關(guān)系統(tǒng)有效解決了舊式井下開關(guān)系統(tǒng)操作不便的問題，但其工作效率受井況影響較大，操作成功率不高[8]。

電纜式井下開關(guān)控制通過電纜來傳輸開啟或關(guān)閉井下目標(biāo)油層閥門的指令信號，其優(yōu)勢是，能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況實(shí)時(shí)控制井下多個(gè)層位開關(guān)閥的開啟或關(guān)閉，在井下智能開關(guān)器上加裝節(jié)流閥能夠有效地控制閥門的開度，但其生產(chǎn)建設(shè)、維護(hù)費(fèi)用較高。

程序固定式開關(guān)控制是向井下下入帶有單片機(jī)控制器的智能開關(guān)器，通過程序提前設(shè)定好井下開關(guān)閥的開啟、關(guān)閉次序及流量閥的開度，然后井下目標(biāo)油層開關(guān)閥根據(jù)程序設(shè)定的步驟按時(shí)開啟或關(guān)閉。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)建設(shè)成本低，能夠不動管柱實(shí)現(xiàn)井下目標(biāo)層位的調(diào)換。但由于程序在地面設(shè)定，不能實(shí)時(shí)地根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況來調(diào)整井下目標(biāo)油層開關(guān)閥的開啟/關(guān)閉狀態(tài)及流量閥的開度，不能滿足復(fù)雜油田的實(shí)際生產(chǎn)要求。

綜上所述，有必要研制一種生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)用低，且能夠在地面根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況實(shí)時(shí)靈活地進(jìn)行快速調(diào)整的井下開關(guān)控制系統(tǒng)。由于無線射頻技術(shù)(radio frequency identification，RFID)具有非接觸,體積小，通信速度快，能穿透油/水、涂料、塵垢等非鐵磁性物質(zhì)等優(yōu)勢，因此，筆者利用RFID研發(fā)了一種投球式井下智能分控開關(guān)系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況不動管柱就能實(shí)現(xiàn)對井下目標(biāo)油層開關(guān)閥的開啟與關(guān)閉，克服了液壓式井下開關(guān)系統(tǒng)易受井況影響、操作成功率不高的缺陷和電纜式井下開關(guān)系統(tǒng)生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)用高的不足。

1 總體設(shè)計(jì)方案

井下分層采油工藝的測控需求為：1)提供穩(wěn)定可靠的井下智能分控開關(guān)控制系統(tǒng)，在地面人為干預(yù)井下生產(chǎn)動態(tài)，調(diào)節(jié)各生產(chǎn)油層開關(guān)閥的開啟和關(guān)閉狀態(tài)，降低層間干擾對油井產(chǎn)能的影響；2)提供良好的PC機(jī)(上位機(jī))應(yīng)用軟件，準(zhǔn)確讀寫信號小球的目標(biāo)指令，直觀顯示目標(biāo)指令的讀寫狀態(tài)，提高井上發(fā)球指令的讀寫效率。

針對井下高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕、多干擾和小空間的環(huán)境特點(diǎn)，結(jié)合井下分層采油工藝對測控的需求，考慮性價(jià)比、安裝/維護(hù)的便捷性、低功耗等因素，綜合分析各種短距離無線通信方式，確定基于RFID的投球式井下智能分控開關(guān)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案為：在油管內(nèi)投入2個(gè)信號小球，先投入的信號小球用于井下控制器的喚醒，接著投入攜帶開啟/關(guān)閉目標(biāo)油層開關(guān)閥指令的信號小球用于目標(biāo)油層開關(guān)閥的控制。

設(shè)計(jì)的投球式井下智能分控開關(guān)系統(tǒng)可分為井上、井下2大部分：井上部分包括井上讀寫器、信號小球和上位機(jī)軟件等；井下部分是由井下控制器模塊、井下天線和井下油井開關(guān)閥(電機(jī))等構(gòu)成的井下控制器。

井上讀寫器通過RS232串口與上位機(jī)相連，接收上位機(jī)發(fā)送過來的指令，并在收到目標(biāo)指令后對信號小球進(jìn)行無線讀寫操作，完成讀寫操作后返回一定的數(shù)給上位機(jī)。所以，井上讀寫器有2個(gè)主要功能：1)與上位機(jī)串口通信，接收目標(biāo)指令；2)與信號小球進(jìn)行無線通信，對信號小球進(jìn)行目標(biāo)指令讀寫。

上位機(jī)采用筆記本計(jì)算機(jī)或工業(yè)平板計(jì)算機(jī)，上位機(jī)監(jiān)控軟件用圖形式集成開發(fā)環(huán)境LabVIEW 2013編寫，主要功能是：通過RS232串口與井上讀寫器相連，將實(shí)際操作中的井下目標(biāo)油層號及電機(jī)開關(guān)閥的操作狀態(tài)信息編輯好，通過串口將目標(biāo)指令發(fā)送給井上讀寫器，讀寫器收到指令后將井下油層操作對象及電機(jī)開啟/關(guān)閉狀態(tài)信息寫入信號小球。

井下控制器是置于井下目標(biāo)油層附近的硬件模塊，主要有2大功能：1)當(dāng)信號小球經(jīng)過井下控制器天線感應(yīng)區(qū)時(shí)，有效讀取信號小球內(nèi)的指令信息；2)在收到目標(biāo)指令后對信息進(jìn)行解碼分析，并做出相應(yīng)的動作，開啟/關(guān)閉目標(biāo)油層開關(guān)閥(電機(jī))。

投球式井下智能分控開關(guān)系統(tǒng)的井下部分如圖1所示。工作時(shí)，從井口投入信號小球，信號小球在自重及在油管中所受浮力、粘滯阻力的綜合作用下，做先加速后勻速下降的運(yùn)動，當(dāng)其到達(dá)目標(biāo)油層智能開關(guān)閥天線感應(yīng)區(qū)時(shí)，信號小球與井下智能開關(guān)閥(井下控制器)進(jìn)行無線通信，將自身攜帶的指令信號通過無線方式發(fā)送給井下控制器，井下控制器接收到指令后做出相應(yīng)的動作，開啟/關(guān)閉目標(biāo)油層開關(guān)閥，從而實(shí)現(xiàn)遙控配產(chǎn)的目的。

圖1 投球式井下智能分控開關(guān)系統(tǒng)井下部分Fig.1 Downhole sections of the ball-throwing intelligent control switch system

投球式井下智能分控開關(guān)系統(tǒng)的工作流程為：1)通過上位機(jī)軟件編輯喚醒井下控制器的目標(biāo)指令；2)通過RS232串口將上位機(jī)與井上讀寫器連接，并將喚醒信號小球放入井上讀寫器環(huán)形線圈天線感應(yīng)區(qū)內(nèi)，上位機(jī)將編輯好的喚醒指令發(fā)送給井上讀寫器，井上讀寫器在收到目標(biāo)指令后對信號小球進(jìn)行相應(yīng)的讀/寫數(shù)據(jù)操作，將喚醒指令寫入信號小球；3)先在油管內(nèi)投入喚醒信號小球，信號小球沿油管往井下運(yùn)動，到達(dá)井下控制器天線感應(yīng)區(qū)時(shí)，讀取喚醒指令將井下控制器喚醒，井下控制器由低功耗待機(jī)模式進(jìn)入工作模式；4)等待20 min，再通過井上的上位機(jī)軟件編輯控制井下目標(biāo)油層開關(guān)閥開啟/關(guān)閉的指令，并通過井上讀寫器將控制目標(biāo)油層開關(guān)閥開啟/關(guān)閉指令寫入信號小球；5)在檢測確定信號小球內(nèi)部指令寫入正確之后，將信號小球由井口投入目標(biāo)油井；6)當(dāng)信號小球到達(dá)井下控制器天線有效通信范圍時(shí)，信號小球?qū)⒛繕?biāo)油層開關(guān)閥開啟/關(guān)閉指令通過無線傳輸方式發(fā)送給井下控制器；7)井下控制器收到信號小球發(fā)送的目標(biāo)指令后，對指令進(jìn)行解碼、分析，在確定對某一油層開關(guān)閥進(jìn)行操作后，通過控制相應(yīng)電機(jī)的驅(qū)動電路將油層開關(guān)閥(電機(jī))開啟/關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)了不動管柱對井下生產(chǎn)層位的有效調(diào)配及井上遙控配產(chǎn)的目的；8)井下控制器通過內(nèi)部定時(shí)器定時(shí)，等工作時(shí)間到來后井下控制器由工作模式轉(zhuǎn)換為低功耗待機(jī)模式，1次完整的分層控制完成。直至下次喚醒信號小球到來，又從低功耗待機(jī)模式轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ髂Ｊ?，如此循環(huán)下去。

2 井下控制器的設(shè)計(jì)

針對井下特殊環(huán)境，結(jié)合上述井下分層采油工藝對測控的需求，考慮性價(jià)比、安裝/維護(hù)便捷性、低功耗等因素，對井下控制器進(jìn)行了綜合設(shè)計(jì)。所有電路采用低功耗的3.3 V供電、小封裝、150 ℃高溫元器件；電路板采用長條形的高溫沉金板(≤180 ℃)，寬30 mm；中央控制模塊采用國外的高溫?cái)?shù)字信號控制器dsPIC33。

井下控制器主要包括中央控制模塊、電源模塊、信號發(fā)射模塊、信號解調(diào)模塊、電機(jī)控制模塊、串口通信模塊，其工作原理如圖2所示。

圖2 井下控制器的工作原理Fig.2 Operation principles of the downhole intelligent control switch system

2.1 信號發(fā)射模塊的設(shè)計(jì)

信號發(fā)射模塊由信號編碼、功率放大電路、發(fā)射電路和天線組成，主要完成信號編碼、調(diào)制和發(fā)射。

信號編碼采用軟件實(shí)現(xiàn)，用定時(shí)器控制125 kHz方波的持續(xù)時(shí)間完成脈寬調(diào)制，系統(tǒng)定義方波持續(xù)時(shí)間為350 μs時(shí)代表“1”，方波持續(xù)時(shí)間為100 μs時(shí)代表“0”。波形如圖3所示，代表發(fā)送“1”、“0”、“0”、“0”、“0”信號。

圖3 調(diào)制信號波形Fig.3 Waveforms of modulated signals

諧振功率放大器通過功率放大電路(見圖4)向小球提供能量。功率放大電路由1個(gè)NPN型三極管Q2和1個(gè)PNP型三極管Q3構(gòu)成，其在正半周期時(shí)Q2導(dǎo)通，負(fù)半周期時(shí)Q3導(dǎo)通，2個(gè)三極管交替工作。推挽放大電路只放大電流，不放大電壓，其功率放大倍數(shù)等于電流放大倍數(shù)，該系統(tǒng)中功率放大倍數(shù)約為20。其中，電阻R5、R6用來改善矩形波波形，R38、R39為限流電阻，可以調(diào)整LC串聯(lián)諧振回路的電流，并使三極管Q2和Q3的電流處于安全范圍內(nèi)。由于該系統(tǒng)的功率放大電路相當(dāng)于一個(gè)恒壓源，電壓不變，電流增大，所以發(fā)射電路采用串聯(lián)諧振回路。

圖4 功率放大電路Fig.4 Power amplification electric circuit

信號小球與井下控制器能否成功通信，關(guān)鍵在于信號小球能否在井下天線有效感應(yīng)范圍內(nèi)將內(nèi)部的目標(biāo)指令發(fā)送到井下控制器，而信號小球經(jīng)過井下控制器需要一定時(shí)間，如果井下控制器天線有效感應(yīng)區(qū)域太小，信號小球來不及將目標(biāo)指令發(fā)送到井下控制器就已經(jīng)離開井下天線的有效作用范圍，則通信不會成功。因此，筆者選擇比環(huán)形線圈天線有效感應(yīng)區(qū)較大的螺管形天線，將其應(yīng)用于該系統(tǒng)的井下控制器模塊。單層螺管形天線如圖5所示，天線繞制在油管外壁，由于普通鐵磁性油管對天線產(chǎn)生的電磁場有屏蔽作用，井下目標(biāo)油層油管用非鐵磁性材料(鎢鋼)代替；鎢鋼對電磁波沒有屏蔽作用，能在油管內(nèi)部感應(yīng)出有效的電磁場，所以通過調(diào)節(jié)井下控制器天線的發(fā)射功率，可以調(diào)節(jié)油管內(nèi)部電磁場的大小。

圖5 單層螺管形天線示意Fig.5 Single-layer spiral antenna

2.2 信號解調(diào)模塊的設(shè)計(jì)

信號解調(diào)模塊用于信號的接收和解調(diào)，包括包絡(luò)檢波器、整形濾波電路和解調(diào)算法。包絡(luò)檢波器主要由二極管和RC電路組成[9]，其中RC電路有2個(gè)作用：1)濾除檢波電流中的高頻分量；2)作為檢波器的負(fù)載，在兩端產(chǎn)生解調(diào)輸出的原調(diào)制信號電壓。包絡(luò)檢波器的輸出信號波形如圖6所示。

圖6 包絡(luò)檢波器輸出信號波形Fig.6 Waveforms of output signals from the envelope detector

由圖6可知，包絡(luò)檢波器輸出矩形波的波形較差，上升和下降的時(shí)間比較長，波形幅值較小，輸出信號中波形被高頻雜波干擾。要想獲得理想的原調(diào)制波形，需對波形進(jìn)行調(diào)理整形。采用高頻濾波再加過零比較器對信號進(jìn)行調(diào)理整形，整形后的波形如圖7所示。

圖7 整形后輸出的波形Fig.7 Waveforms modulated signals

由圖7可知，整形后的矩形波上升和下降的時(shí)間很短，近似于理想矩形波。矩形波波形幅值變化范圍應(yīng)該滿足單片機(jī)讀I/O引腳電平或者在A/D采集輸入電壓范圍內(nèi)，才能被單片機(jī)有效采集。

2.3 電機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)

投球式井下智能分控開關(guān)系統(tǒng)是對井下目標(biāo)油層的開關(guān)閥進(jìn)行控制，信號小球與井下控制器的無線通信只是系統(tǒng)的通信部分，井下控制器通過信號解調(diào)模塊解調(diào)出信號小球攜帶的控制指令后，由電機(jī)控制模塊控制油層電機(jī)按預(yù)定指令的要求動作，即開關(guān)閥的開啟/關(guān)閉，也就是井下高溫直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)/停/反轉(zhuǎn)的有效控制，從而控制油層開關(guān)閥的開啟/關(guān)閉。

考慮到工作溫度、驅(qū)動功率等因素，也考慮到現(xiàn)場工藝對電機(jī)的要求(速度慢、力矩大)，采用國內(nèi)某公司生產(chǎn)的高低溫直流伺服電機(jī)，該電機(jī)帶行星減速器機(jī)組(減速比為1 000)和小直徑滾珠絲杠，具有耐高溫175 ℃、直徑小(φ26.0 mm)、輸出扭矩大(5 N·m)、轉(zhuǎn)速低(12 r/min)、電壓低、額定電流小(100～250 mA)等優(yōu)點(diǎn)，適合在井下工作。

電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、啟停由單片機(jī)DO輸出引腳控制。但由于單片機(jī)I/O引腳輸出電流有限，不能直接驅(qū)動12 V直流電機(jī)正常工作(正常工作電流100～250 mA)，因此，筆者采用N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管構(gòu)建H橋，實(shí)現(xiàn)大功率直流電機(jī)驅(qū)動控制[10]，電機(jī)驅(qū)動電路如圖8所示。采用雙通道、柵極驅(qū)動芯片驅(qū)動4個(gè)耐高壓、高溫的N 型MOSFET。當(dāng)RE7為高時(shí)，M1和M4 導(dǎo)通，此時(shí)RE6為低，M2和M3斷開，電機(jī)正轉(zhuǎn)；RE6為高時(shí)，M2和M3 導(dǎo)通，此時(shí)RE7為低，M1和M4斷開，電機(jī)反轉(zhuǎn)；RE7 為低時(shí)，M1和M4斷開，RE6為低，M2和M3斷開，電機(jī)停轉(zhuǎn)。

圖8 電機(jī)驅(qū)動電路原理Fig.8 Electric circuit for driving motor

3 井上讀寫器的設(shè)計(jì)

井上讀寫器主要包括中央控制模塊、電源模塊、信號發(fā)射模塊、信號解調(diào)模塊和串口通信模塊，其工作原理如圖9所示。

圖9 井上讀寫器模塊工作原理Fig.9 Operation principles of the surface reading and writing module

井上讀寫器使用環(huán)境不像井下那么復(fù)雜，所以在滿足所需功能的前提下應(yīng)盡量選擇價(jià)格低但功能穩(wěn)定可靠的元器件。與井下控制器相比，井上讀寫器的硬件電路設(shè)計(jì)原理是基本相同的(無電機(jī)控制模塊)，但實(shí)現(xiàn)方式有所不同，即所選用的元器件有所不同。

4 樣機(jī)的測試

采用φ70.0與φ50.0 mm的有機(jī)玻璃管模擬常用的φ73.0和φ60.3 mm油管，用水模擬油管流體環(huán)境，在常溫下對投球式井下智能分控開關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行了室內(nèi)整體調(diào)試，測試了整個(gè)系統(tǒng)的通信和分層控制效果。

試驗(yàn)步驟：1)將油管注滿水，保證單層螺管形天線的有效讀取范圍內(nèi)充滿水；2)用井上讀寫器將喚醒命令寫入信號小球；3)將單層螺管形天線與井下控制器連接好，給井下控制器供電；4)將喚醒信號小球投入到注滿水的有機(jī)玻璃管(油管)中，讓其自由下沉通過井下控制器天線有效感應(yīng)區(qū)；5)用井上讀寫器給1#信號小球?qū)懭氩煌蛯娱_關(guān)閥的開啟/關(guān)閉命令(初始位置為全關(guān)，寫入指令為“1#開，2#關(guān)，3#開，4#關(guān)”)；6)將攜帶目標(biāo)指令的1#信號小球投入到注滿水的有機(jī)玻璃管(油管)中，讓其自由下沉通過井下控制器天線有效感應(yīng)區(qū)；7)通過觀察電機(jī)是否按照寫入指令的要求正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)，從而驗(yàn)證井下控制器與信號小球的通信、開關(guān)閥控制是否正常；8)用井上讀寫器給2#信號小球?qū)懭氩煌蛯娱_關(guān)閥的開啟/關(guān)閉命令(正好與1#信號小球的指令相反，寫入指令為“1#關(guān)，2#開，3#關(guān)，4#開”)；9)投入2#信號小球，通過觀察電機(jī)是否按照寫入指令的要求正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)，再次驗(yàn)證井下控制器與信號小球的通信、開關(guān)閥控制是否正常。

表1 模擬試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Simulation test results

由表1可知，在投入喚醒信號小球之后能準(zhǔn)確地將井下控制器由低功耗待機(jī)模式轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ髂Ｊ?，在分別投入1#信號小球、2#信號小球后，各層電機(jī)都能按照寫入指令的要求正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)，從而驗(yàn)證井下控制器與信號小球的通信、開關(guān)閥控制正常，說明所設(shè)計(jì)的投球式井下智能分控開關(guān)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能滿足要求。

5 結(jié)論與建議

1) 研制的投球式井下智能分控開關(guān)系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要在地面通過投入信號小球，利用無線射頻技術(shù)實(shí)時(shí)靈活地開啟/關(guān)閉井下目標(biāo)油層的開關(guān)閥，實(shí)現(xiàn)分層采油，降低層間干擾，提高采收率。

2) 樣機(jī)測試表明，采用投入信號小球的方式可在地面隨時(shí)靈活地對井下各層開關(guān)閥狀態(tài)進(jìn)行有效控制，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但目前僅對投球式井下智能分控開關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行了樣機(jī)測試，建議下一步對其進(jìn)行實(shí)用化設(shè)計(jì)和現(xiàn)場試驗(yàn)。

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[編輯 令文學(xué)]

Development and Function Test of an Intelligent Split-Control witch for Separate-Layer Oil Production

SUN Haoyu1,2,3，BO Peng4,LI Zuohui3，HUA Chenquan5，ZHU Lietao5，MA Jianpeng5

(1.TheMechanicalScienceResearchInstituteofHarbinWeldingInstitute,Harbin,Heilongjiang,150080，China;2.HarbinIndustrialUniversityInstituteofElectricalEngineeringandAutomation,Harbin,Heilongjiang,150001,China;3.DrillingTechnologyResearchInstitute,SinopecShengliOilfieldServiceCorporation,Dongying,Shandong,257000,China;4.PetroChinaFuelOilCo.,Ltd.，Beijing,100102,China;5.CollegeofInformationandControlEngineering,ChinaUniversityofPetroleum(Huadong),Qingdao,Shandong,266580,China)

Separate-layer oil production is an effective way to reduce oilfield interlayer interference and to enhance the oil recovery. In consideration toof field demands,RFID radio frequency and single-chip microcomputer technologies were used jointly to develop an intelligent split-control switch controlling system for separate-layer oil production. Lab tests were conducted to assess performances of the designed system. By analyzing advantages and disadvantages of downhole switches of various types,the following principles were identified for the development of the system: open/close of switch valve in downhole target formation could be controlled flexibly in real time by ball-throwing from the ground surface to realize effective control over target formation. Overall design could be summarized as flowing: deploy two balls in the tubing,one to trigger the downhole control system and the other one with signals for open/close of switch valves in target formations to control the switch. Lab tests showed the first ball could effectively trigger the downhole controller from low energy consumption mode into operation mode. Upon deployment of the ball with control signals,all switches in target formations could be opened/closed as required. Generally speaking,controls for communication and switches in various target formations could meet design requirements. Research results showed the newly developed intelligent split-control switch system could effectively control target formations,minimize inter-layer interferences to realize separate-layer oil production and to enhance oil recovery.

separate layer oil production;ball-throwing type;downhole intelligent switch system;radio frequency identification;laboratory testing

2016-12-02；改回日期：2017-07-03。

孫浩玉(1978—)，男，山東陵縣人，2000年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)自動化儀表及應(yīng)用專業(yè)，2014年獲石油大學(xué)(華東)機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專業(yè)博士學(xué)位，高級工程師，機(jī)械科學(xué)研究院哈爾濱焊接研究所與哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士后聯(lián)合培養(yǎng)工作站在站博士后，主要從事井下工具與儀器方面的研究工作。E-mail：sunhaoyu7909@163.com。

國家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”課題“低滲油氣田高效開發(fā)鉆井技術(shù)(二期)”(編號：2011ZX05022)資助。

10.11911/syztjs.201704015

TE355.2;TE931+.2

A

1001-0890(2017)04-0087-06