具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图 对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发 明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例1

如图1、图2、图3所示为本发明实施例1，该实施例中公开了一种电控 智能分层控水采油装置，包括沿着油层产液输出方向依次连接的测试主体100、连接管10、上接头200，测试主体100内设置有电缆穿越装置、产液控 制装置、含水率测试装置、第一流量测试装置，电缆穿过上接头200进入测 试主体100内，通过电缆与地面系统进行供电及通信，测试主体100、连接管 10、上接头200内均设置有主过流通道，油层产液通过主过流通道向外输出。

地面系统包括控制装置和供电装置，控制信号以及电源均可以通过电缆 传输。电缆可以预制在电控智能分层控水采油装置中，不需要使用电缆接头， 提高了运行可靠性。电缆可采用1/4in钢管单芯电缆。

测试主体100采用多测试通道并列设计，优化空间布局，解决流量、含 水测试难题(产液量测试采用超声波时差法，含水率测试采用射频法)，同 时集成流量、含水、温度、压力测试功能，能够实现分层产液、含水率的实 时监测和控制，达到稳油控水的效果。

电控智能分层控水采油装置在油井中的使用状态如图13所示，油井中可 以针对每一个油层设置一个电控智能分层控水采油装置，它们分别和管柱600 连接。

如图1所示，测试主体100的下端连接有下过渡短节1，上接头200的上 端连接有上过渡短节13，它们之间的连接结构可以采用螺纹连接，下过渡短 节1和上过渡短节13均呈锥形，均具有小面积开口端和大面积开口端，通过 大面积开口端与油井中的管柱600连接。图1中的箭头方向为油井产液输出 方向。

下过渡短节1和上过渡短节13的形状设计一方面是为了保证PLT测试工 具在其内部顺利起下，解决控水采油装置内偏心导致的PLT测试工具下入问 题。第二方面是因为测试主体100和上接头200也具有径向尺寸，所以下过 渡短节1和上过渡短节13均呈锥形可以为测试主体100和上接头200留出安 装空间，不会导致电控智能分层控水采油装置的径向尺寸过大，方便下入油 井之中。参考尺寸：在满足4.75in防砂井眼应用要求的情况下，装置外径≤ 114mm。

如图4、图12所示，测试主体100内设置有第一主过流通道3、与第一 主过流通道3轴向平行的流量调节通道21、含水率测试通道23、第一电缆通 道22，流量调节通道21的出口端与含水率测试通道23的入口端连通，产液 控制装置对应流量调节通道21设置，含水率测试装置对应含水率测试通道23 设置，电缆对应第一电缆通道22设置。图12中的箭头方向为油井产液流动 方向。

如图12所示，流量调节通道21的侧壁上设置有油层产液输入口，通过 油层产液输入口与油层连通，含水率测试通道23的侧壁上设置有油层产液输 出口，通过油层产液输出口与第一主过流通道3连通。

产液控制装置包括驱动电机36、传动机构、限位开关42、调节阀46，驱 动电机36通过传动机构驱动调节阀46在流量调节通道21内往复移动，调节 阀46可封闭和开启油层产液输入口，限位开关42可感知调节阀46的移动位 置和方向。限位开关42可以采用触碰开关或者磁感应开关，至少包括两个开 关，用于调节阀46的顺序控制、定位控制和位置状态的检测，保证调节阀46 正常工作。

调节阀46的右端外侧壁上设置有密封圈，可以阻止油层产液向驱动电机 36一侧渗漏。当调节阀46的左端完全插入油层产液输入口左侧的通道内时， 油层产液输入口就被关闭，当调节阀46的左端位于油层产液输入口不同位置 时，就可以开启油层产液输入口并调节流量大小。

传动机构包括联轴器41、丝杠43、固定块44、连接套45，驱动电机36 的输出轴连接联轴器41，联轴器41连接丝杠43，丝杠43穿过固定块44连 接连接套45，连接套45与调节阀46螺纹连接，传动机构可以将旋转运动转 化为线性运动，驱动电机36正反转可驱动调节阀46往复移动。驱动电机36 优选采用耐高温电机，适合井下环境。

含水率测试装置包括射频天线30、扶正块29、天线座31、连接杆34、 压紧环35，扶正块29、天线座31分别设置在射频天线30的前端和后端，连 接杆34与射频天线30的后端连接，压紧环35设置在连接杆34的后端，射 频天线30向流过含水率测试通道23的油井产液发射电磁波，测试油井产液 对电磁波产生的阻抗特性变化从而测试油井产液的含水率。测量原理是基于 介质的射频阻抗理论，将含水原油作为电介质，通过测定油水混和液对射频信号所呈现的阻抗特性变化来反映原油中的含水率。

射频天线30共有两根，一根用于发射，一根用于接收，固定于天线座31， 通过天线密封圈32、天线座密封圈33实现密封(各四道密封圈)，避免高压 液体进入电路仓；连接杆34一端顶住天线座31，一端连接压紧环35，用于 限位天线座31；另外，由于射频天线30指端位于通道进液口，为降低大排量 液体对天线的冲击损坏，设计了扶正块29，提高天线抗冲击强度，并保证两 根天线间距，确保测试精度。

如图1、图3、图11所示，第一流量测试装置设置在第一主过流通道3 的两侧，第一流量测试装置包括与第一主过流通道3的轴向倾斜安装的两个 流量传感器26，流量传感器26分别向流过第一主过流通道3的油井产液顺向 和逆向发射超声波，测试超声波在油井产液中的传播时间差从而测试流量。 还可以利用递减法计算每一个分层的流量。

第一主过流通道3的侧壁上对应流量传感器26设置有定位孔，流量传感 器26的壳体外侧壁上设置有密封圈28，流量传感器26的后端设置有压紧座 27，压紧座27将流量传感器26固定在定位孔内。

如图2、图3、图4、图9所示，电缆穿越装置包括第一电缆通道22，还 包括设置在上接头200内的第二电缆通道48，上接头200内设置有第二主过 流通道11，第二电缆通道48与第二主过流通道11的轴向平行，第一电缆通 道22、第二电缆通道48的外端设置有带NPT螺纹的世伟洛克接头，内端设 置有密封塞和压紧环，密封塞的内侧壁和外侧壁均设置有若干道密封圈，保 证电缆连接抗拉强度的同时增加一级密封。

如图1所示，测试主体100和上接头200之间设置有电路仓，电路仓内 设置有电路板固定座47，通过电路板固定座47设置有控制电路板，控制电路 板与电缆、产液控制装置、含水率测试装置、第一流量测试装置分别电连接。

控制电路板上设置有温度传感器，温度传感器用于检测电控智能分层控 水采油装置的工作环境温度，就可以反映出油井产液的温度。

电路仓位于电路仓外筒9的内部，连接管10也位于电路仓外筒9的内部， 电路仓外筒9的两端分别与测试主体100、上接头200螺纹连接，连接处还设 置若干道密封圈和紧固螺钉。密封圈用于实现密封，紧固螺钉用于限位。连 接管10的两端分别与测试主体100、上接头200插接或卡接，连接处还设置 若干道密封圈，实现密封效果。

如图1所示，优选地，下过渡短节1、上过渡短节13的截面呈直角梯形， 整体仍然处于锥形，倾斜的腰部位于电缆穿越装置的一侧。这样设计就是为 测试主体100和上接头200留出较大的安装空间，不会导致电控智能分层控 水采油装置的径向尺寸过大，方便下入油井之中。

如图2、图3所示，下过渡短节1与测试主体100的连接处设置有若干道 密封圈和紧固螺钉，上过渡短节13与上接头200的连接处设置有若干道密封 圈和紧固螺钉。密封圈用于实现密封，紧固螺钉用于限位。

本实施例中，主过流通道的内径大于42mm，优选采用44mm，实现主过 流通道下入测试工具要求，满足生产测试要求。

本实施例中的电控智能分层控水采油装置具有以下优点：

(1)装置结构采用多测试通道并列设计，优化空间布局，解决流量、含 水测试难题(产液量测试采用超声波时差法，含水率测试采用射频法)，同 时集成流量、含水、温度、压力测试功能，能够实现层间封隔器验封，分层 产液、含水率的实时监测和控制，达到稳油控水的效果。

(2)装置采用钢管单芯电缆整体穿越接线方式，装置组装时将电缆提前 预制在装置内部，并采用世伟洛克接头+多级密封塞的密封方式，该方式可 以大大提高电缆连接抗拉强度及密封性。另外，装置入井前可以将电缆同时 预制在可穿越封隔器和控水采油装置，减少电缆接头数量，提高工艺整体可 靠性。

(3)装置保留主过流通道，在满足4.75in防砂井眼应用要求的情况下(装 置外径≤114mm)，设计44mm主过流通道，通过配套特制过渡短节，实现 主过流通道下入测试工具要求，满足生产测试要求。

(4)装置采用主通道“Z”法安装的超声波时差流量测试方法，以及射 频天线的射频法含水率测试方法，传感器不占用测试通道(测试通道最小通 径分别为44mm、26mm)，节流压差小，且具有液流双向通过能力，既能满 足采液能力，又具备酸液、化学防砂、化学堵水等油井措施药剂的注入能 力。

实施例2

如图9、图10所示为本发明实施例2，与实施例1所不同的是：

上接头200内设置有第二流量测试装置，第二流量测试装置包括嘴前压 力传感器53和嘴后压力传感器54，嘴前压力传感器53测试油层内的流体压 力，嘴后压力传感器54测试第二主过流通道11内的流体压力，通过压差和 含水率测试流量。

上接头200内设置有嘴前压力通道51、嘴后压力通道52，嘴前压力通道 51与油层连通，嘴后压力通道52与第二主过流通道11连通。

本实施例采用流量测试冗余设计，一是利用第一流量测试装置(超声波 流量计)直接测量，二是根据嘴前后压差，结合含水率测试，利用差压流量 计算方程计算流量，计算公式如下：

Q：体积流量；

C：流量无量纲系数；

B：油嘴开度面积；

ΔP：嘴前后压力差；

α_w:含水率；

ρ_w：地层水密度；

ρ_o：地层原油密度。

流量冗余设计可以增加流量测试可靠性，当一种流量测试系统故障时， 另一种测试系统能够正常使用。具体应用时，首先利用地面计量产液量对超 声波流量计、差压流量计进行标定。

本实施例中的电控智能分层控水采油装置的使用过程如下：

下井前，将电控智能分层控水采油装置与过电缆封隔器地面连接预制， 形成控水采油总成，钢管单芯电缆整体穿越封隔器、控水采油装置，减少下 入过程中电缆接头数量，降低电缆接头漏水短路故障，提高系统可靠性。

按照设计管柱图13依次下入各层控水采油装置总成，分别为第三控水采 油装置总成500、第二控水采油装置总成400、第一控水采油装置总成300。 各装置调节阀保持全开状态，下入过程中制定合理的测试方案，每连接一个 电缆接头进行一次通讯测试，每下入500m进行一次通讯测试，避免管柱下 入过程中磕碰挤压电缆及电缆接头安装不合格导致的系统通讯故障，确保完 井后整个分层控水采油系统能够正常工作。

封隔器坐封。装置入井后，地面控制系统发送指令，井下控水采油装置 驱动电机旋转，通过丝杠、连接套，将旋转运动转化为线性运动，带动调节 阀轴向左移动，直至碰触限位开关，实现调节阀全关，油管打压实现封隔器 坐封。

封隔器验封。地面控制系统发送指令，打开第二控水采油装置总成 400，控水采油装置的调节阀沿轴向右移，单独生产该层。固定电泵频率， 生产稳定后，地面控制系统读取第一控水采油装置总成300、第三控水采油 装置总成500的嘴前、嘴后压力值。改变电泵频率，生产稳定后，再次读取 第一控水采油装置总成300、第三控水采油装置总成500的嘴前、嘴后压力 值，如果嘴前压力值不变，则说明层间封隔器密封良好。

生产测试。封隔器验封结束后，打开第一控水采油装置总成300、第三 控水采油装置总成500，各层全开生产，此时调节阀处于最右端。地层流体 通过油层产液输入口经调节阀进入流量调节通道，然后经过液流转向通道进 入含水率测试通道，利用该通道含水率测试装置进行含水率测试，流体再次 经过液流转向通道进入主过流通道，利用第一流量测试装置进行产液量测 试，随后流体经过连接管、上接头、上过渡短节被电泵举升至地面。流体经 过上接头时，可通过嘴前压力传感器、嘴后压力传感器实时测试地层压力、 油管压力，并利用嘴前压力、嘴后压力差，结合含水率数值，计算单层产液 量，实现流量测试冗余。所有测试数据实时上传至地面控制系统，地面控制 系统显示各层产液、含水情况。

控水采油生产。根据各层生产测试(产液、含水)数据，制定控水采油 生产方案。根据方案要求，地面控制系统发送指令，通过调节阀调节开度大 小，对于高含水层，减小开度，降低产液量；对于低含水层，调大开度，增 加产液量；达到整井控水增油的目的。

该装置满足液流双向流动要求，若要进行地层堵塞等作业，钢丝捞Y堵 后，油管正注药剂，药剂通过流量测试通道经液流转向通道进入含水率测试 通道，然后再经液流转向通道进入流量调节通道，经油层产液输入口进入地 层。

另外，该控水采油装置设计44mm主过流通道，测试工具可以在过流通 道内部顺利起下，满足产液剖面测试、连续油管作业、钢丝开关滑套等作业 要求。

需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应 当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示 或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述 中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修 改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替 换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均 应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构 冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发 明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所 有技术方案。