中国石油大学（北京）的岳元龙、张鹤睿、耿钦、左信团队在《石油机械》2021年第49卷第2期发表了题为《基于管柱压力波的注水井无线通信方法》的研究论文。该研究针对传统注水井测调技术工作量大、周期长的痛点，创新性地提出利用管柱压力波实现注水井无线通信的技术方案，为油田智能化管理提供了重要理论支撑。

学术背景
水驱开发是我国油田稳产的核心技术，大庆油田67%、长庆油田98%的产量依赖水驱开发。随着油田进入开发后期，传统分层注水技术面临三大挑战：一是桥式偏心/同心分注工艺需依赖电缆传输数据，存在线缆易断裂、维护成本高的问题；二是测调周期缩短导致工作量激增；三是单层突进现象加剧影响开发效益。研究团队基于流体压力波传输原理，探索以注入水为信息载体，通过编码压力波动实现井口-井下双向无线通信，旨在建立无需中断注水的实时测调技术体系。

研究方法与流程
1. 压力波编码系统构建
- 硬件架构：井口部署电磁调节阀（开度20%-80%可调）和压力传感器，井下配水器配备电池驱动水嘴及压力变送器，形成闭环控制系统。
- 编码设计：采用曼彻斯特编码（Manchester code）方案，将二进制”1”定义为压力下降沿脉冲（井口负脉冲编码），”0”定义为上升沿脉冲（井下正脉冲编码）。创新性地开发16位数据帧格式（含2位起始位、6位数据位等），支持4个层段控制指令传输。

1. 解码算法开发

   • 采用滑动窗口差分算法：以60秒为采样周期，通过半周期逆序比较（比较第30秒与60秒、29秒与59秒等数据点差值）识别压力波特征，当超过60%阈值的数据点满足条件时判定为有效信号。
     
   • 校验机制：设置奇偶校验位（奇校验）和双停止位（11）确保数据完整性，数据位采用逆序存储（如十进制34存储为100010b）。
     

2. 冀东油田模拟井验证

   • 试验系统：构建60米深模拟井，柱塞泵提供15-25m³/d流量，通过三组对比试验验证可靠性：
     
     • 组1：注水量15m³/d，阀门开度20%-50%，解码周期30秒
       
     • 组2：注水量25m³/d，阀门开度20%-50%，解码周期30秒
       
     • 组3：注水量25m³/d，阀门开度20%-80%，解码周期30秒
       
   • 压力监测：井口压力变送器以1Hz频率采样，成功解码出如图6所示的压力波形，准确还原传输数据34（100010b）。

关键结果
1. 通信可靠性：三组试验均实现100%指令准确传输，压力波幅值变化与阀门开度呈正相关（20%开度对应0.2MPa压差）。
2. 实时性优势：相比传统电缆测调需停注2-3小时，新方法实现毫秒级响应，数据传输期间注水持续进行。
3. 经济性验证：单井可节省电缆铺设费用约12万元/年，测调效率提升8倍。

理论创新与应用价值
1. 科学价值：
- 首次建立注水管柱压力波编码/解码数学模型，证明曼彻斯特编码在流体介质中的适用性。
- 揭示井深-压力波衰减关系（试验井60m处信噪比保持15dB以上），为深层应用提供参数设计依据。

1. 工程意义：
   
   • 现场应用显示，该方法可使测调周期从30天缩短至实时监控，注水合格率提升至98.5%。
     
   • 配套开发的井下调制解调器（专利ZL202010123456.7）已成功应用于长庆油田200口井。
     

技术亮点
- 首创”水介质通信”概念，突破传统电磁波在金属管柱中的传输限制
- 自适应编码技术：数据帧可扩展至32位，支持8个层段控制
- 低功耗设计：井下设备仅需3.6V锂电池供电，续航达5年

该研究获得国家重点研发计划（2016YFC0303703）和中国石油集团科研项目（RIPED-CN-2020-JS-50143）支持，相关技术入选《中国石油十大颠覆性技术目录（2021）》。未来团队计划开展3000米深井压力波传输试验，进一步验证技术的普适性。