第21卷第2期长春大学学报Vol．21No．22011年2月JOURNAL OF CHANGCHUN UNIVERSITY Feb．2011收稿日期：2010-11-14作者简介：顿超亚（1982-），男，河南新乡人，硕士研究生，主要从事机械CAD /CAM 研究。
谢劲松（1969-），男，四川成都人，副教授，博士，主要从事机械CAD /CAM 研究工作。
油田分层注水智能控制系统设计顿超亚，谢劲松（长春理工大学机电工程学院，长春130022）摘要：油井的地下油层大多有多个，每层的地质物理条件差异很大，而且每个油层都是独立、封闭的储油体，这是由形成油层的地质条件不同造成的。
就同一注水井而言，以同一压力注水，某些层段可能大量进水，某些层就可能进水少甚至不进水，导致不进水的油层里的油驱替不出来，造成采油死区，使产油量下降。
为了使各油层注水注量合理、注水均匀，提高各油层的水驱油效率，科学家研究出了分层注水的办法，被国内外油田作为油田注水开发最有效的办法广泛应用。
关键词：油井；压力；效率；分层注水中图分类号：TE938+.4文献标志码：A 文章编号：1009－3907（2011）02－0014－020引言注量合理、注水均匀是提高油层的水驱油效率的前提。
油层注水时，要根据具体油层的工况即温度、压力注入适当水量。
但井下的工况会随注水量改变［1］，故在注水出油后还得重新测量工况，给以合理的注水量。
所以设计一套能够快速测量、并能根据测得工况给各油层注入合理水量的装置至关重要。
油田分层智能控制系统正是基于这个目的而开发的，结构上主要分为机械部分与电气部分［2］。
图1密封段1机械部分机械部分作为执行机构，分为定位部分、测量部分、驱动部分。
执行机构与油井的密封段配合。
密封段由上端定位接头、往复体、移动环、下端定位接头组成，如图1所示。
往复体顺、逆时针旋转时移动环就会沿往复体轴线上、下移动。
移动环的上下移动改变注水口的大小，注水开度的大小会控制注水量的大小。
机械部分与密封段的上端定位接头的定位花键配合。
检测部分测得油层的温度、压力以及密封段内水的流量，并在电气部分的协助下把测量的信号返回地面控制系统，地面人员根据测量结果利用驱动部分给油层以合理、均匀的注水量［3］。
1．1定位部分与测试部分如图2所示，定位部分主要结构有弹簧、伸出爪、钢丝、传动体、电动机。
工作原理是：执行机构自重克服弹簧作用在油井壁的摩擦力，沿着油井下滑，由于弹簧的作用，会使伸出爪的开度随着井壁的直径的变化而变化，当遇到台阶时，伸出爪就会卡在台阶平面上［4］。
测试部分主要由集成电路板、温度传感器、压力传感器、流量传感器组成。
当定位部分使执行机构定位在密封段的定位花键处时，测试部分在集成电路板的作用下，把传感信号传送到地面控制系统［5］。
1．2执行部分执行部分主要由电动机、顶出弹簧、伸出轴组成，集成电路板检测测试结果，给驱动电动机发出信号来调节注水量［6］。
2电气部分本设计中单片机是控制核心［7］，能够独立工作，实现多种功能。
2．1设计原则图2定位部分与测试部分图3执行部分（1）尽量选择典型的应用电路以实现硬件系统的标准化、模块化；（2）片外扩展与外围设备配置应充分满足应用系统的功能要求，并考虑环境温度等因素的干扰；（3）硬件结构的设计应结合软件方案，能用软件实现的尽可能地用软件来实现；（4）功耗方面，应尽可能选择CMOS 芯片单片机；（5）硬件系统设计中的可靠性及抗干扰设计是必不可少的；（6）保证单片机系统的驱动能力。
图4系统工作原理方框图2．2软件设计步骤（1）编写任务说明书；（2）确定用软件来实现的功能；（3）确定各功能模块，并定义每一模块的输入、输出；（4）确定算法；（5）确定数据类型，规划数据结构；（6）分配内存资源；（7）编程及调试；（8）程序优化。
图4为系统功能实现原理图。
由于井下环境的限制，系统采用单芯电缆实现井下仪器供电及数据的传输。
井下数据通过数据耦合变压器将数据耦合到直流电源线上［8］，数据通过单芯电缆传到地面系统，地面系统采用同样的办法将数据耦合到处理电路中，再传送至PC 机，实现对数据的存储和分析。
3结语本设计能够快速测量每层油井的工况，并能根据油层的实际状况给油层合理、均匀地注水，而且执行机构可以很方便地到达每个油层，使测试、调节每层油层的时间周期缩短，大大提高了效率。
油田分层注水智能控制系实现了测、调、控一体化的控制过程。
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（3）丝杠的振动频率随直径、预拉伸力、旋转速度而增大。
（4）丝杠直径对其正则振型影响较大，而丝杠的预拉伸力、旋转速度和轴承的支承刚度对正则振型的影响并不明显。
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