本发明公开一种注水井多级配水器传感器数据通讯网络构建方法及结构。所述方法利用多级配水器和油管构建通讯网络总线，用井筒套管构建通讯网络共地线，在每个配水器中配置一个传感器数据存储及通讯接口电路，所有安装在各级配水器中的传感器都通过所在配水器上的传感器数据存储及通讯接口电路挂接在网络总线和网络共地线上；在第一级配水器中加装一个信号上传电路，用于收集、存储和转发各传感器采集的数据。本发明的优点在于：各配水器基于所建立的通讯网络进行数据传输，简化了数据录取的作业程序，降低了数据录取的作业成本，同时可实现各配水器所采集数据的实时传输和对各配水器的实时控制调节。
1.一种注水井多级配水器传感器数据通讯网络构建方法，其特征在于：所述方法中利用的采油注水井中的油管、井筒套管和配水器都是由导电良好的钢管制成，且各配水器均用油管连接起来，在第一级配水器与油管连接处安装一个绝缘隔离接头，将第一级配水器及其以下用油管串接的多级配水器与第一级配水器上面的油管绝缘连接，同时，在各配水器与井筒套管间安装防贴靠绝缘扶正器，使第一级配水器以下部分与井筒套管不接触，保持它们之间绝缘，这样就用多级配水器和油管构建通讯网络总线，用井筒套管构建通讯网络共地线；在每个配水器中配置一个传感器数据存储及通讯接口电路，所有安装在各级配水器中的传感器都通过所在配水器上的传感器数据存储及通讯接口电路挂接在网络总线和网络共地线上；在第一级配水器中加装一个信号上传电路，用于收集、存储和转发各传感器采集的数据，信号上传电路挂接在网络总线和网络共地线上。
2.如权利要求1所述的一种注水井多级配水器传感器数据通讯网络构建方法，其特征在于：每个传感器将采集的数据输入到所述传感器数据存储及通讯接口电路中，所述传感器数据存储及通讯接口电路将接收的传感器数据发送到网络总线上；所述信号上传电路从网络总线上收到数据后进行载频调制，然后利用电力传输通道发送到地面；或者，所述信号上传电路将所有传感器发送到网络总线上的数据存储起来，等待由钢绳吊装读出器通过油管下放到所述信号上传电路位置，在接口对接后从所述信号上传电路中取出数据。
3.权利要求1所述的构建方法中利用的一种注水井多级配水器传感器数据通讯网络结构，其特征在于：通讯网络由网络总线、网络共地线及挂接在所述网络总线和所述网络共地线之间各级配水器中的传感器数据存储及通讯接口电路和信号上传电路构成；所述网络总线由绝缘隔离接头、油管、第一级配水器、油管、第二级配水器、油管、直至第N级配水器串联连接构成；在每级配水器和油管的连接处安装一个绝缘扶正器使绝缘隔离接头以下所有配水器和油管的组合与井筒套管绝缘隔离，利用所述井筒套管作为通讯网络中的网络共地线。
4.如权利要求3所述的一种注水井多级配水器传感器数据通讯网络结构，其特征在于：
每个配水器中的传感器数据存储及通讯接口电路通过数据通讯连接线连接到作为网络总线一部分的配水器本体内部，实现与所述网络总线的连接；所述传感器数据存储及通讯接口电路的地线通过共地电极连接线连接到共地电极密封塞在配水器内部一侧的导电芯上，所述导电芯穿过所述共地电极密封塞到达配水器外侧，露在外侧的导电芯端头焊接一条共地电极连接弹簧线，该线的另一端焊接在共地电极弹簧架的内侧面上；作为连接地线的所述共地电极弹簧架依靠膨胀弹性使其外侧面紧紧压贴在所述井筒套管内壁上，使所述传感器数据存储及通讯接口电路的地线连接在共地电极连接弹簧线上，这样就将所述传感器数据存储及通讯接口电路挂在通讯网络上。
5.如权利要求4所述的一种注水井多级配水器传感器数据通讯网络结构，其特征在于：
所述密封塞安装在配水器的侧壁上，密封塞通过密封O型环和密封填料使配水器内外密封隔离，并且密封塞的导电芯是与密封塞本体绝缘紧密固封成一体的。
6.如权利要求4所述的一种注水井多级配水器传感器数据通讯网络结构，其特征在于：
为保证所述配水器与所述共地电极弹簧架之间绝缘，在所述配水器外侧面涂镀一层绝缘隔离层，所述绝缘隔离层由陶瓷或聚四氟乙烯构成。
7.如权利要求3所述的一种注水井多级配水器传感器数据通讯网络结构，其特征在于：
当传感器采集数据并将数据输入所述传感器数据存储及通讯接口电路时，所述传感器数据存储及通讯接口电路随即将输入的数据存储，并在所述网络总线没有被其它配水器的传感器数据存储及通讯接口电路占用的情况下将存储的数据发送到总线上。
8.如权利要求3所述的一种注水井多级配水器传感器数据通讯网络结构，其特征在于：
每个配水器中的传感器均可以通过所述传感器数据存储及通讯接口电路将采集数据传到所述网络总线上，而位于第一级配水器中的所述信号上传电路将所述网络总线上的数据接收并存储起来，等待将数据传送到地面。
9.如权利要求3或8所述的一种注水井多级配水器传感器数据通讯网络结构，其特征在于，所述通讯网络的工作过程如下：
1)各配水器接收数据：各级配水器中的传感器启动后，将采集数据传给所述传感器数据存储及通讯接口电路；
2)各配水器发送数据：各级挂接在所述网络总线上的所述传感器数据存储及通讯接口电路在接收数据的同时监测所述网络总线上是否有数据正在传输，如果所述网络总线上没有传输数据，那么所述传感器数据存储及通讯接口电路按照所在配水器的排序，将数据发送到所述网络总线上，排序在后的所述传感器数据存储及通讯接口电路先将输入的传感器数据存储，等待所述网络总线空闲以及排序轮到后才能占用所述网络总线将数据传送上去；
3)信号上传电路汇总数据：安装在第一级配水器中的所述信号上传电路实时监测所述网络总线，一旦发现所述网络总线上有数据，马上读取数据放入存储器，等待将数据上传到地面；
4)信号上传电路传输数据：如果第一级配水器以上的油管已构成电力传输通道，那么就可以利用这个通道作为传输传感器数据的信号通道，所述信号上传电路中的载频调制部件将存储的数据按一定的频率调制为载波信号，沿这个“电力传输通道”传到地面；如果没有“电力传输通道”，那么所述信号上传电路需加装一个数据输出接口，当需要从所述信号上传电路中取出数据时，则用钢绳悬吊一数据读出器从井口沿油管下放到第一级配水器位置与所述信号上传电路的数据输出接口对接读出数据。
注水井多级配水器传感器数据通讯网络构建方法及结构
技术领域
[0001] 本发明涉及油气开采领域的信息传输技术与设备，具体涉及一种注水井多级配水器传感器数据通讯网络构建方法及结构。
背景技术
[0002] 在当前采油注水井中往往有多个注水层分布在不同的深度，每个注水层都需要布设一个配水器，而每个配水器都是用油管串接起来。在每个配水器中往往需要安装压力传感器和流量传感器等，用这些传感器监测、计量配水器的注水情况。由于受到井下结构及配水器构造的限制，这些传感器都是独立安装，各传感器间没有任有线或无线的电连通，所以要获取这些传感器采集的数据就必须将传感器取到地面上读取数据。为了读取传感器采集的数据，就需要将注水井中的油管全部起出，这样操作工程量相当大，或使用另一种方法即由地面下放一数据读出装置分别与各传感器对接通讯从中读取数据，这种方法对于在只有单级配水器的注水井中还可以，如果是在多级配水器的注水井中该方法就存在以下几方面的问题：1.对于多级配水器来说每个配水器中都有独立的传感器，要获取这些传感器的数据，由地面下放的数据读出装置就必须依次分别与每个传感器对接从中读取，按此方法操作不但繁琐、费时、费力，而且对接的可靠性差数据读出的成功率不高，作业成本也高；2.一旦多级配水器中的某些配水器位于井斜角大于45。的井段，或是在水平井中的水平段上时，那么该方法是几乎无法进行操作的；3.该方法无法实现多级配水器的数据实时传输以及对配水器的实时控制。
[0003] 因此要克服上述问题，就需要将多级配水器中所有传感器的数据能通过一无缆传输通道汇集到井下的数据存储包中，该数据存储包安装在井下合适的位置以便于数据读出装置能与其对接读出数据，或是利用本发明人在名称为“一种用于油气田井下无电缆交直流电力输送方法与装置”的发明申请中构建的“电力传输通道”将数据存储包中汇集的数据传输到地面。
[0004] 油气田的注水井的结构中都包括由导电良好的钢管制成的油管和井筒套管，井筒套管套在油管的外围，两者之间有较大空隙。本发明人在名称为“一种用于油气田井下无电缆交直流电力输送方法与装置”的发明申请中，利用油管作为地线，井筒套管作为电力传输线，构建了一条联通地面和井下设备的电力传输通道，以下简称为“电力传输通道”。另外，发明人在名称为“一种用于油气井的无线双向信息传输装置”的发明申请中，利用所述的“电力传输通道”实现了地面与井下设备间的信号传输功能。
发明内容
[0005] 为实现对井下配水器传感器的数据实时传输和对配水器的实时控制，本发明提供一种注水井多级配水器传感器数据通讯网络构建方法及结构。所述方法利用井内已有管柱作为信息传送载体，构建通讯网络总线和共地线，并将所有安装在各级配水器中的传感器都挂接在这个网络总线上，形成了连接多级配水器传感器的数据通讯网络，实现了井下多级配水器传感器的数据实时传输和对配水器的实时控制。
[0006] 为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：
[0007] 一种注水井多级配水器传感器数据通讯网络构建方法，所述方法利用采油注水井中的油管、井筒套管和配水器都是由导电良好的钢管制成，且各配水器均用油管连接起来的特点，在第一级配水器（最上面的一级配水器）与油管连接处安装一绝缘隔离接头，将第一级配水器及其以下用油管串接的多级配水器与第一级配水器上面的油管绝缘连接，同时，在各配水器与井筒套管间安装防贴靠绝缘扶正器，使第一级配水器以下部分与井筒套管不接触，保持它们之间绝缘，这样就可以用多级配水器和油管构建通讯网络总线，用井筒套管构建通讯网络共地线。在每个配水器中配置一个传感器数据存储及通讯接口电路，所有安装在各级配水器中的传感器都通过所在配水器上的传感器数据存储及通讯接口电路挂接在这个网络总线上。在第一级配水器中加装一个信号上传电路，用于收集、存储和转发各传感器采集的数据。
[0008] 每个传感器将采集的数据输入到所述传感器数据存储及通讯接口电路中，该电路将接收的传感器数据发送到网络总线上，而所述信号上传电路从网络总线上收到数据后进行载频调制，然后利用“电力传输通道”发送到地面。所述信号上传电路也可以将所有传感器发送到网络总线上的数据存储起来，等待由钢绳吊装读出器通过油管下放到所述信号上传电路位置，在接口对接后从所述信号上传电路中取出数据。
[0009] 一种注水井多级配水器传感器数据通讯网络结构，所述通讯网络由网络总线、网络共地线及挂接在所述网络总线和所述网络共地线之间各级配水器中的所述传感器数据存储及通讯接口电路和所述信号上传电路构成。所述网络总线由绝缘隔离接头、油管、第一级配水器、油管、第二级配水器、油管、直至第N级配水器串联连接构成；在每级配水器和油管的连接处安装一绝缘扶正器使绝缘隔离接头以下所有配水器和油管的组合与所述井筒套管绝缘隔离，利用所述井筒套管作为通讯网络中的网络共地线。
[0010] 传感器数据存储及通讯接口电路与网络总线的挂接结构是：每个配水器中的传感器数据存储及通讯接口电路的数据输出通过数据通讯连接线连接到作为网络总线一部分的配水器本体内部，因配水器本体是全金属件，所以所述数据通讯连接线连接在配水器本体任意位置均可。所述传感器数据存储及通讯接口电路的地线通过共地电极连接线连接到共地电极密封塞在配水器内部一侧的导电芯上，该导电芯穿过所述共地电极密封塞（密封塞安装在配水器的侧壁上，密封塞通过“密封O型环”和“密封填料”使配水器内外密封隔离，同时，密封塞的导电芯是与密封塞本体绝缘紧密固封成一体的）到达配水器外侧，露在外侧的导电芯端头焊接一共地电极连接弹簧线，该线的另一端焊接在共地电极弹簧架的内侧面上，由于所述共地电极弹簧架是套装在配水器外侧，所以必须在配水器外侧面涂镀一绝缘隔离层，所述绝缘隔离层由陶瓷或聚四氟乙烯等绝缘材料构成，这样就保证了所述共地电极弹簧架与配水器绝缘，即所述网络共地线与所述网络总线间的绝缘。作为连接地线的所述共地电极弹簧架依靠膨胀弹性使其外侧面紧紧压贴在所述井筒套管内壁上，使所述传感器数据存储及通讯接口电路的地线连接在所述网络共地线上，这样就将所述传感器数据存储及通讯接口电路挂在通讯网络上了。
[0011] 当传感器采集数据并将数据输入所述传感器数据存储及通讯接口电路时，所述传感器数据存储及通讯接口电路随即将输入的数据存储，并在所述网络总线没有被其它配水器的传感器数据存储及通讯接口电路占用的情况下将存储的数据发送到总线上。
[0012] 传感器数据网络通讯的工作原理是：在基于本发明所述方法构建的多级配水器传感器数据通讯网络上，每个配水器中的传感器均可以通过所述传感器数据存储及通讯接口电路将采集数据传到所述网络总线上，而位于第一级配水器中的所述信号上传电路将所述网络总线上的数据接收并存储起来，等待将数据传送到地面。通讯网络的工作过程如下：
[0013] 1）各配水器接收数据：各级配水器中的传感器启动后，将采集数据传给所述传感器数据存储及通讯接口电路；
[0014] 2）各配水器发送数据：各级挂接在所述网络总线上的所述传感器数据存储及通讯接口电路在接收数据的同时监测所述网络总线上是否有数据正在传输，如果所述网络总线上没有传输数据，那么所述传感器数据存储及通讯接口电路按照所在配水器的排序，将数据发送到所述网络总线上，排序在后的所述传感器数据存储及通讯接口电路先将输入的传感器数据存储等待所述网络总线空闲以及排序轮到后才能占用所述网络总线将数据传送上去；
[0015] 3）信号上传电路汇总数据：安装在第一级配水器中的所述信号上传电路实时监测所述网络总线，一旦发现所述网络总线上有数据，马上读取下来放入存储器，等待将数据上传到地面；
[0016] 4）信号上传电路传输数据：如果第一级配水器以上的油管已构成“电力传输通道”，那么就可以利用这个通道作为传输传感器数据的信号通道，所述信号上传电路中的载频调制部件将存储的数据按一定的频率调制为载波信号，沿这个“电力传输通道”传到地面。如果没有“电力传输通道”，那么所述信号上传电路需加装一个数据输出接口，当需要从所述信号上传电路 中取出数据时，则用钢绳悬吊一数据读出器从井口沿油管下放到第一级配水器位置与所述信号上传电路的数据输出接口对接读出数据。
[0017] 本发明的优点和有益效果为：
[0018] 1）各配水器基于所建立的通讯网络进行数据传输，简化了数据录取的作业程序，降低了数据录取的作业成本；
[0019] 2）基于所建立的通讯网络可实现各配水器所采集数据的实时传输和对各配水器的实时控制调节。
附图说明
[0020] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0021] 图1为本发明所述注水井多级配水器传感器数据通讯网络物理结构示意图。
[0022] 图中，1是绝缘隔离接头，2是油管，3是绝缘扶正器，4是井筒套管，5是第一级配水器，6是信号上传电路，7是传感器数据存储及通讯接口电路，8是导电芯，9是信号连接线，10是信号通讯连接线，11是共地电极支架，11-1是共地电极弹簧架，11-2是绝缘隔离层，12是第二级配水器，13是第N级配水器。
[0023] 图2为本发明所述注水井多级配水器传感器数据通讯网络信号传输线路图。
[0024] 图中，6是信号上传电路，14是网络总线，15是网络共地线，16是传感器输入，17是第一级配水器的传感器数据存储及通讯接口电路，27是第二级配水器的传感器数据存储及通讯接口电路，37是第N级配水器的传感器数据存储及通讯接口电路。
[0025] 图3为本发明所述导电芯结构图。
[0026] 图中，81是密封O型环，82是共地电极密封塞，83是共地电极连接线，84是密封填料，85是共地电极连接弹簧线。
具体实施方式
[0027] 实施例1
[0028] 一种注水井多级配水器传感器数据通讯网络构建方法，所述方法利用采油注水井中的油管2、井筒套管4和配水器都是由导电良好的钢管制成，且各配水器均用油管2连接起来的特点，在第一级配水器5（最上面的一级配水器）与油管2连接处安装一绝缘隔离接头1，将第一级配水器5及其以下用油管2串接的多级配水器与第一级配水器5上面的油管2绝缘连接，同时，在各配水器与井筒套管4之间安装防贴靠绝缘扶正器3，使第一级配水器5以下部分与井筒套管4不接触，以保持它们之间绝缘，这样就可以用多级配水器和油管2构建通讯网络总线14，用井筒套管4构建通讯网络共地线15。在每个配水器中配置一个传感器数据存储及通讯接口电路7，所有安装在各级配水器中的传感器都通过所在配水器上的传感器数据存储及通讯接口电路7挂接在这个网络总线14上。在第一级配水器5中加装一个信号上传电路6，用于收集、存储和转发各传感器采集的数据。
[0029] 每个传感器将采集的数据输入到所述传感器数据存储及通讯接口电路7中，该电路将接收的传感器数据发送到网络总线14上，而所述信号上传电路6从网络总线14上收到数据后进行载频调制，然后利用“电力传输通道”发送到地面。所述信号上传电路6也可以将所有传感器发送网络总线14上的数据存储起来，等待由钢绳吊装读出器通过油管下放到所述信号上传电路6位置，在接口对接后从所述信号上传电路6中取出数据。
[0030] 一种注水井多级配水器传感器数据通讯网络结构，所述通讯网络由网络总线14、网络共地线15及挂接在所述网络总线14和所述网络共地线15之间各级配水器中的所述传感器数据存储及通讯接口电路7和所述信号上传电路6构成。所述网络总线14由绝缘隔离接头1、油管2、第一级配水器5、油管2、第二级配水器12、油管2、直至第N级配水器13串联连接构成；在每级配水器和油管2的连接处安装一绝缘扶正器3使绝缘隔离接头1以下所有配水器和油管2的组合与所述井筒套管4绝缘隔离，利用所述井筒套管4作为通讯网络中的网络共地线15。
[0031] 传感器数据存储及通讯接口电路7与网络总线14的挂接结构是：每个配水器中的传感器数据存储及通讯接口电路7的数据输出通过数据通讯连接线10连接到作为网络总线14一部分的配水器本体内部，因配水器本体是全金属件，所以所述数据通讯连接线10连接在配水器本体任意位置均可。所述传感器数据存储及通讯接口电路7的地线通过共地电极连接线83连接到共地电极密封塞82在配水器内部一侧的导电芯8上，该导电芯8穿过所述共地电极密封塞82（密封塞82安装在配水器的侧壁上，密封塞82通过密封O型环81和密封填料
84使配水器内外密封隔离，同时，密封塞82的导电芯8是与密封塞82本体绝缘紧密固封成一体的）到达配水器外侧，露在外侧的导电芯端头焊接一条共地电极连接弹簧线85，该线的另一端焊接在共地电极弹簧架11-1的内侧面上，由于所述共地电极弹簧架11-1是套装在配水器外侧，所以必须在配水器外侧面涂镀一层绝缘隔离层11-2，所述绝缘隔离层11-2由陶瓷或聚四氟乙烯等绝缘材料构成，这样就保证了所述共地电极弹簧架11-1与配水器绝缘，即所述网络共地线15与所述网络总线14间的绝缘。作为连接地线的所述共地电极弹簧架11-1依靠膨胀弹性使其外侧面紧紧压贴在所述井筒套管4内壁上，使所述传感器数据存储及通讯接口电路7的地线连接在所述网络共地线15上，这样就将所述传感器数据存储及通讯接口电路7挂在通讯网络上了。
[0032] 当传感器采集数据并将数据输入所述传感器数据存储及通讯接口电路7时，所述传感器数据存储及通讯接口电路7随即将输入的数据存储，并在所述网络总线14没有被其它配水器的传感器数据存储及通讯接口电路7占用的情况下将存储的数据发送到总线14上。
[0033] 传感器数据网络通讯的工作原理是：在基于本发明所述方法构建的多级配水器传感器数据通讯网络上，每个配水器中的传感器均可以通过所述传感器数据存储及通讯接口电路7将采集数据传到所述网络总线14上，而位于第一级配水器中的所述信号上传电路6将所述网络总线14上的数据接收并存储起来，等待将数据传送到地面。通讯网络的工作过程如下：
[0034] 1）各配水器接收数据：各级配水器中的传感器启动后，将采集数据传给所述传感器数据存储及通讯接口电路7；
[0035] 2）各配水器发送数据：各级挂接在所述网络总线14上的所述传感器数据存储及通讯接口电路7在接收数据的同时监测所述网络总线14上是否有数据正在传输，如果所述网络总线14上没有传输数据，那么所述传感器数据存储及通讯接口电路7按照所在配水器的排序，将数据发送到所述网络总线14上，排序在后的所述传感器数据存储及通讯接口电路7先将输入的传感器数据存储等待所述网络总线14空闲以及排序轮到后才能占用所述网络总线14将数据传送上去；
[0036] 3）信号上传电路汇总数据：安装在第一级配水器中的所述信号上传电路6实时监测所述网络总线14，一旦发现所述网络总线14上有数据，马上读取下来放入存储器，等待将数据上传到地面；
[0037] 4）信号上传电路6传输数据：如果第一级配水器以上的油管已构成“电力传输通道”，那么就可以利用这个通道作为传输传感器数据的信号通道，所述信号上传电路6中的载频调制部件将存储的数据按一定的频率调制为载波信号，沿这个“电力传输通道”传到地面。如果没有“电力传输通道”，那么所述信号上传电路6需加装一个数据输出接口，当需要从所述信号上传电路6中取出数据时，则用钢绳悬吊一数据读出器从井口沿油管下放到第一级配水器位置与所述信号上传电路6的数据输出接口对接读出数据。
[0038] 最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
