一種可分析油井供液情況的單流閥及油井供液情況的分析方法與流程

2023-09-18 10:56:45 2

本發明屬於油田開採監控技術領域，特別涉及一種可分析油井供液情況的單流閥及油井供液情況的分析方法。

背景技術：

隨著油田的不斷深入開發，早期油井相繼進入低產不穩定階段，現階段，主要通過油井流量自動檢測裝置和油井示功圖反映油井運行情況，油井流量自動檢測裝置只能分時輪流測量每口井的產液量，通過產液量變化，反映油井的實際供液情況；油井示功圖反映位移與載荷的關係，通過載荷的變化，間接反映抽油泵的運行情況；通過以上兩種方式，可階段性反應出油井工況變化情況，但不能實時反映出油井在每一個運行周期中的供液變化情況。

技術實現要素：

本發明要解決的問題是一種可分析油井供液情況的單流閥及油井供液情況的分析方法，其安裝簡單、數據精度高、實時性強，可反映出油井在每個周期內的供液變化情況，並實現油井工況自動診斷功能。

一種可分析油井供液情況的單流閥，包括閥體，所述閥體內設有可上下活動的閥芯，所述閥芯一端通過彈簧與閥體連接，閥芯的另一端與密封座緊密接觸，還包括數據處理中心，所述閥體的上部設有採集箱，所述採集箱內設有指示杆、圖像傳感器、照明單元和控制室，所述指示杆穿過閥體與閥芯豎直連接，指示杆的頂端設有僅在採集箱內上下運動的採集點，所述圖像傳感器用於採集指示杆信息傳輸至控制室中，所述採集箱外部還設有與控制室連接用於傳輸數據的天線；

所述控制室包括數據處理單元、數據存儲單元、無線傳輸單元, 數據存儲單元與數據處理單元連接，對運行參數、採集到的數據存儲；無線傳輸單元與數據處理單元、天線連接，通過天線接收、發送數據處理中心的數據；圖像傳感器與數據處理單元連接用於採集指示杆的圖像。

進一步的，所述採集箱內設有溫度傳感器和和散熱單元，溫度傳感器獲取採集箱內部的溫度數據傳輸至數據處理單元中，數據處理單元根據設定的溫度範圍啟動、停止散熱單元工作。

進一步的，所述採集箱為密封空間。

進一步的，所述採集點為反光材料製成。

一種油井供液情況的分析方法，包括以下步驟:

1）採集特徵油井一個周期的採集點運動軌跡繪製時間-位移曲線圖作為備用，通過周期測量算法從時間-位移曲線圖中自動確定單流閥運動周期，截取單流閥運動軌跡中一個完整周期的運動軌跡曲線，通過無線傳輸單元和天線將運動軌跡曲線數據發送到數據處理中心，作為特徵對比曲線；

2）通過對所有特徵油井的一個完整周期的運動軌跡曲線進行分析，找到具有代表性的軌跡曲線，對時間軸進行重採樣，使得一個周期內採樣點數相同，歸一化位移軸後組成單流閥運動軌跡特徵庫：

其中，為特徵庫中的特徵曲線，為第種供液情況類型油井第條單流閥運動軌跡特徵曲線，為對應的周期，為對應的最大位移，為油井供液情況類型總數，為每種供液情況類型油井單流閥運動軌跡特徵曲線的總數；

3）數據處理單元通過圖像傳感器連續或者定時獲取指示杆中採集點的運動圖像，通過移動目標捕捉算法計算出指示杆的運動軌跡，繪製時間-位移曲線圖作為待檢單流閥運動軌跡曲線；

4）通過周期測量算法從單流閥運動軌跡曲線中自動確定待檢單流閥運動周期，截取待檢單流閥運動軌跡中一個完整周期的運動軌跡曲線，存儲在數據存儲單元中，並通過無線傳輸單元和天線將運動軌跡曲線數據發送到數據處理中心；

數據中心接收到發送來的實時單流閥運動軌跡曲線，對時間軸進行重採樣，使得一個周期內採樣點數與特徵庫中的採樣點數相同，並歸一化位移軸，依次計算待檢單流閥運動軌跡曲線與特徵庫中特徵曲線的相似程度，最相似的特徵曲線對應的值對應的供液情況類型即為該油井的供液情況類型：

其中，為待檢單流閥運動軌跡曲線，為特徵庫中的特徵曲線，為第種供液情況類型油井第條單流閥運動軌跡特徵曲線，為油井供液情況類型總數，為每種供液情況類型油井單流閥運動軌跡特徵曲線的總數；

5）將判斷出的油井供液情況類型存儲到數據處理中心資料庫中，以便於後續查詢分析。

進一步的，特徵油井包括正常油井、供液不足油井、自噴井、稠油井。

進一步的，判斷待檢單流閥運動軌跡曲線與特徵庫中特徵曲線的相似程度可採用計算兩個向量的相似性度量方式。

進一步的，相似性度量方式包括歐式距離或夾角餘弦等。

本發明的有益效果為：本發明現場安裝簡單，採用無接觸性測量及高解析度圖像傳感器，採集數據精度高，實時性強，可反映出油井在每個周期內的供液變化情況，並實現油井工況自動診斷功能。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為本發明控制部分結構示意圖；

圖3為本發明裝置現場應用示意圖；

圖4為本發明測量的油井供液充足情況下的示意圖；

圖5為本發明測量的油井嚴重供液不足情況下的示意圖；

圖6為本發明測量的稠油井供液充足情況下的示意圖。

圖中：指示杆1，照明單元2，採集箱3，圖像傳感器4，控制室5，天線6，彈簧7，支架8，閥芯9，散熱單元10，密封座11，閥體12，數據處理單元13，溫度傳感器14，數據處理單元15，無線傳輸單元16，數據處理中心17。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖及具體實施例對本發明進行詳細描述。

為了能夠清晰了解單流閥的工作原理，如圖1和圖2所示，一種可分析油井供液情況的單流閥，主要包含輸入端、輸出端、閥體12、閥芯9、密封座11、彈簧7，液體只能從輸入端流入到閥體12中，由於輸入端壓力要大於輸出端壓力，在壓力作用下，彈簧7被壓縮，使閥芯9跟隨彈簧7上移，並與密封座11分離，流入的液體從輸出端流出；當輸入端無液體流入時，由於彈簧7的作用，將閥芯9與密封座11緊密接觸，防止液體從輸出端倒流入到輸入端，還包括照明單元2、散熱單元10、支架8、控制室5、採集箱3、指示杆1、數據存儲單元13、無線傳輸單元16、天線6、圖像傳感器4、溫度傳感器14、數據處理單元15、數據存儲單元13、無線傳輸單元16、數據處理中心17，數據處理單元15位於控制室5內，照明單元2、散熱單元10、支架8、控制室5、圖像傳感器4、溫度傳感器14位於採集箱3內部，天線6安裝在採集箱3外部，採集箱3通過螺栓或者焊接與閥體12連接並位於閥體12上部，照明單元2與數據處理單元13連接，為採集箱3內部提供亮度；散熱單元10與數據處理單元15連接，實現採集箱3內部散熱；指示杆1穿過閥體12與閥芯9連接，跟隨閥芯9做上、下運動；數據存儲單元13與數據處理單元15連接，對運行參數、採集到的數據存儲；無線傳輸單元16與數據處理單元15、天線6連接，通過天線6接收、發送數據處理中心17的數據；圖像傳感器4與數據處理單元15連接，通過支架8固定在採集箱3內部，用於採集圖像；溫度傳感器14與數據處理單元15連接，採集溫度數據；數據處理單元15為核心控制部件，控制數據的採集、存儲、分析及照明、散熱。

為了防止外界的幹擾，採集箱3為密閉空間，在其內部安裝照明單元2、散熱單元10、溫度傳感器14、圖像傳感器4、控制室5，照明單元2安裝在採集箱3頂部並位於指示杆1與圖像傳感器4中間，便於獲得更好的亮度，散熱單元10安裝在採集箱3的底部，數據處理單元15通過溫度傳感器14獲取採集箱3內部的溫度數據，根據設定的溫度範圍啟動、停止散熱單元10工作，以便提供合適的溫度範圍，保證圖像傳感器4在內的其它單元正常工作，指示杆1同時穿過採集箱3、閥體12、彈簧7，與閥芯9連接，跟隨閥芯9在閥體12、採集箱3內部做上、下往復運動，為了便於圖像傳感器4採集，在指示杆1的頂部塗有反光材料，另外，指示杆1的頂部僅在採集箱3內部做上、下往復運動。數據處理單元15通過圖像傳感器4採集指示杆1的運動圖像，通過現有的圖像識別算法分析、計算出指示杆1的運動軌跡，繪製時間-運動軌跡曲線圖，將分析、計算得出的時間-運動軌跡曲線圖存儲在數據存儲單元16，並通過無線傳輸單元16和天線6將數據發送出去。

如圖3所示，單流閥為每口油井必需的設備，將可分析油井供液情況的單流閥安裝在井口的輸油管線上，其工作原理為抽油機在上衝程提取液量過程時，油管中的壓力增大，使單流閥閥芯9打開，使液體從油管中經過閥體12流入到輸油管線中；在抽油機下衝程過程中，油管中的壓力變小，單流閥的閥芯9在彈簧7的作用下關閉，防止輸油管線中的液體經閥體12倒流入油管中。目前，現有的監控油井工作設備中，沒有對單流閥的閥芯9打開與關閉進行監控，本發明針對此問題，採用圖像傳感器4實時監控指示杆1的運行軌跡，通過指示杆1反映出單流閥內部閥芯9的運行軌跡，掌握每口油井在每個周期出液情況，便於精細化掌握油井的生產運行情況。

一種油井供液情況的分析方法，通過圖像傳感器4獲取單流閥指示杆1的運動軌跡，用此運動軌跡與特徵庫中的運動軌跡進行比對，確定當前油井的供液情況，所述的特徵庫包含正常油井、供液不足油井、自噴井、稠油井單流閥指示杆運動軌跡，所述的特徵庫可根據實際情況增加、刪除單流閥指示杆運動軌跡。

圖4、圖5、圖6為本發明在實際應用中通過圖像傳感器4採集到的單流閥指示杆1時間-運動軌跡曲線圖。圖4為油井供液充足的時間與運動軌跡曲線圖，在該圖中，1點代表單流閥的閥芯9處於關閉狀態，伴隨抽油機在上衝程提液過程中，液體逐漸進入到閥體12中，隨著油管中壓力增大，閥芯9逐步打開，指示杆1隨著閥芯9移動，圖像傳感器4實時捕獲到指示杆1的運動，並將捕獲到的圖像實時傳輸至數據處理單元15，數據處理單元15根據特定的算法識別分析出指示杆1的運動位移，由於液量充足，在閥芯9到達2點時，閥芯9已完全打開，在抽油機上衝程的運行過程中，此閥芯9一直保持在此位置，從2點到3點位置，為一條水平線，從3點開始，抽油機開始進入下衝程，停止提取液體，隨著油管壓力降低，閥芯9在彈簧的作用下，逐漸關閉，當到達4點時，閥芯9與密封座11完全接觸，將油管與輸油管線隔開，防止輸油管線中的液體倒流入油管中，其中，1與2、3與4之間的連線根據抽油機衝次、供液情況會出現不同，從5點開始，抽油機再次進入提取液量過程，按此過程周而復始的工作，因此，繪製圖的時間與運動軌跡曲線圖也會出現周期性的變化。圖5反映油井嚴重供液不足情況下的示意圖，在閥芯9剛完全打開時，即到達2點時，抽油機進入下衝程停止提取液體，從3點開始，閥芯9逐步關閉，到達4點時，已完全關閉。圖7反映稠油井供液充足情況下一個運行周期變化情況，由於液體的粘度較高，導致液體的流動性變差，導致閥芯9的運動出現遲緩，例如圖6中從1點到2點的過程變化，另外一個顯著的變化為在抽油機的下衝程中，由於液體粘度高，流動性差，閥芯9在彈簧7的作用下自動關閉過程緩慢，即圖6中從4點到5點的過程，此段與油井供液充足油井的差別較大，以上採集的數據，在數據處理單元15的控制下，通過無線傳輸單元16傳輸至數據處理中心17，供瀏覽、查詢、分析。通過以上時間與運動軌跡曲線圖可實際反映出抽油機在每個周期內提取液量的變化情況，為進一步掌握油井的工況情況，提供了理論依據。

將圖4、圖5、圖6時間-運動軌跡曲線圖納入特徵庫中，當再次採集到相似的曲線圖時，則可直接判斷出該油井的工況，為了完善特徵庫，可將正常油井、供液不足油井、自噴井、稠油井單流閥指示杆1運動軌跡納入到特徵庫中，並可將其它工況的油井單流閥指示杆1運動軌跡也納入到特徵庫中，也可刪除特徵庫中已有類型的指示杆1運動軌跡，最終使特徵庫涵蓋各種油井工況情況，實現油井工況自動診斷功能。

其具體步驟為：

1)分別選取部分正常油井、供液不足油井、自噴井、稠油井等供液情況的油井作為特徵油井，利用本裝置連續獲取這部分特徵油井一段時間的單流閥指示杆1運動軌跡，數據處理單元15通過圖像傳感器4獲取指示杆1中採集點的運動圖像，通過移動目標捕捉算法計算出指示杆1的運動軌跡，繪製時間-位移曲線圖作為單流閥運動軌跡曲線。

2)通過周期測量算法從單流閥運動軌跡曲線中自動確定單流閥運動周期，截取單流閥運動軌跡中一個完整周期的運動軌跡曲線，通過無線傳輸單元16和天線6將運動軌跡曲線數據發送到數據處理中心17。

3)通過對所有特徵油井的一個完整周期的運動軌跡曲線進行分析，找到具有代表性的軌跡曲線，對時間軸進行重採樣，使得一個周期內採樣點數相同，歸一化位移軸後組成單流閥運動軌跡特徵庫：

其中為第種供液情況類型油井第條單流閥運動軌跡特徵曲線，為對應的周期，為對應的最大位移，為油井供液情況類型總數，為每種供液情況類型油井單流閥運動軌跡特徵曲線的總數。

4)將本裝置安裝到待測試的油井上，連續或者定時獲取實時的數據，數據處理單元15通過圖像傳感器4獲取指示杆1中採集點的運動圖像，通過移動目標捕捉算法計算出指示杆1的運動軌跡，繪製時間-位移曲線圖作為待測單流閥運動軌跡曲線。

5)通過周期測量算法從單流閥運動軌跡曲線中自動確定單流閥運動周期，截取單流閥運動軌跡中一個完整周期的待測運動軌跡曲線。存儲在本裝置的數據存儲單元13中，並通過無線傳輸單元16和天線6將運動軌跡曲線數據發送到數據處理中心17。

6)數據處理中心17接收到待檢單流閥裝置發送來的單流閥運動軌跡曲線，對時間軸進行重採樣，使得一個周期內採樣點數與特徵庫中的採樣點數相同，並歸一化位移軸。依次計算待測單流閥運動軌跡曲線與特徵庫中特徵曲線的相似程度，最相似的特徵曲線對應的值對應的供液情況類型即為該油井的供液情況類型。

此處判斷待測單流閥運動軌跡曲線與特徵庫中特徵曲線的相似程度可採用計算兩個向量的歐式距離或夾角餘弦等相似性度量方式，但不限於這兩種方式。

7)將判斷出的油井供液情況類型存儲到數據處理中心（17）資料庫中，以便於後續查詢分析。