一种可分析油井供液情况的单流阀及油井供液情况的分析方法

摘要

一种可分析油井供液情况的单流阀及油井供液情况的分析方法，包括阀体、阀芯、密封座、弹簧，阀芯、密封座、弹簧位于阀体内部，弹簧的一端与阀体连接，另一端与阀芯连接，密封座固定于阀体内部，在弹簧的作用下，实现阀芯与密封座紧密接触，还包括照明单元、散热单元、支架、控制室、采集箱、指示杆、数据存储单元、无线传输单元、天线、图像传感器、温度传感器、数据处理单元，通过以上各部分实现图像传输的采集、分析、计算、传输；本发明现场安装简单，采用无接触性测量及高分辨率图像传感器，采集数据精度高，实时性强，可反映出油井在每个周期内的供液变化情况，并实现油井工况自动诊断功能。

说明书

技术领域

本发明属于油田开采监控技术领域，特别涉及一种可分析油井供液情况的单流阀及油井供液情况的分析方法。

背景技术

随着油田的不断深入开发，早期油井相继进入低产不稳定阶段，现阶段，主要通过油井流量自动检测装置和油井示功图反映油井运行情况，油井流量自动检测装置只能分时轮流测量每口井的产液量，通过产液量变化，反映油井的实际供液情况；油井示功图反映位移与载荷的关系，通过载荷的变化，间接反映抽油泵的运行情况；通过以上两种方式，可阶段性反应出油井工况变化情况，但不能实时反映出油井在每一个运行周期中的供液变化情况。

发明内容

本发明要解决的问题是一种可分析油井供液情况的单流阀及油井供液情况的分析方法，其安装简单、数据精度高、实时性强，可反映出油井在每个周期内的供液变化情况，并实现油井工况自动诊断功能。

一种可分析油井供液情况的单流阀，包括阀体，所述阀体内设有可上下活动的阀芯，所述阀芯一端通过弹簧与阀体连接，阀芯的另一端与密封座紧密接触，还包括数据处理中心，所述阀体的上部设有采集箱，所述采集箱内设有指示杆、图像传感器、照明单元和控制室，所述指示杆穿过阀体与阀芯竖直连接，指示杆的顶端设有仅在采集箱内上下运动的采集点，所述图像传感器用于采集指示杆信息传输至控制室中，所述采集箱外部还设有与控制室连接用于传输数据的天线；

所述控制室包括数据处理单元、数据存储单元、无线传输单元, 数据存储单元与数据处理单元连接，对运行参数、采集到的数据存储；无线传输单元与数据处理单元、天线连接，通过天线接收、发送数据处理中心的数据；图像传感器与数据处理单元连接用于采集指示杆的图像。

进一步的，所述采集箱内设有温度传感器和和散热单元，温度传感器获取采集箱内部的温度数据传输至数据处理单元中，数据处理单元根据设定的温度范围启动、停止散热单元工作。

进一步的，所述采集箱为密封空间。

进一步的，所述采集点为反光材料制成。

一种油井供液情况的分析方法，包括以下步骤:

1）采集特征油井一个周期的采集点运动轨迹绘制时间-位移曲线图作为备用，通过周期测量算法从时间-位移曲线图中自动确定单流阀运动周期，截取单流阀运动轨迹中一个完整周期的运动轨迹曲线，通过无线传输单元和天线将运动轨迹曲线数据发送到数据处理中心，作为特征对比曲线；

2）通过对所有特征油井的一个完整周期的运动轨迹曲线进行分析，找到具有代表性的轨迹曲线，对时间轴进行重采样，使得一个周期内采样点数相同，归一化位移轴后组成单流阀运动轨迹特征库：

其中，为特征库中的特征曲线，为第种供液情况类型油井第条单流阀运动轨迹特征曲线，为对应的周期，为对应的最大位移，为油井供液情况类型总数，为每种供液情况类型油井单流阀运动轨迹特征曲线的总数；

3）数据处理单元通过图像传感器连续或者定时获取指示杆中采集点的运动图像，通过移动目标捕捉算法计算出指示杆的运动轨迹，绘制时间-位移曲线图作为待检单流阀运动轨迹曲线；

4）通过周期测量算法从单流阀运动轨迹曲线中自动确定待检单流阀运动周期，截取待检单流阀运动轨迹中一个完整周期的运动轨迹曲线，存储在数据存储单元中，并通过无线传输单元和天线将运动轨迹曲线数据发送到数据处理中心；

数据中心接收到发送来的实时单流阀运动轨迹曲线，对时间轴进行重采样，使得一个周期内采样点数与特征库中的采样点数相同，并归一化位移轴，依次计算待检单流阀运动轨迹曲线与特征库中特征曲线的相似程度，最相似的特征曲线对应的值对应的供液情况类型即为该油井的供液情况类型：

其中，为待检单流阀运动轨迹曲线，为特征库中的特征曲线，为第种供液情况类型油井第条单流阀运动轨迹特征曲线，为油井供液情况类型总数，为每种供液情况类型油井单流阀运动轨迹特征曲线的总数；

5）将判断出的油井供液情况类型存储到数据处理中心数据库中，以便于后续查询分析。

进一步的，特征油井包括正常油井、供液不足油井、自喷井、稠油井。

进一步的，判断待检单流阀运动轨迹曲线与特征库中特征曲线的相似程度可采用计算两个向量的相似性度量方式。

进一步的，相似性度量方式包括欧式距离或夹角余弦等。

本发明的有益效果为：本发明现场安装简单，采用无接触性测量及高分辨率图像传感器，采集数据精度高，实时性强，可反映出油井在每个周期内的供液变化情况，并实现油井工况自动诊断功能。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明控制部分结构示意图；

图3为本发明装置现场应用示意图；

图4为本发明测量的油井供液充足情况下的示意图；

图5为本发明测量的油井严重供液不足情况下的示意图；

图6为本发明测量的稠油井供液充足情况下的示意图。

图中：指示杆1，照明单元2，采集箱3，图像传感器4，控制室5，天线6，弹簧7，支架8，阀芯9，散热单元10，密封座11，阀体12，数据处理单元13，温度传感器14，数据处理单元15，无线传输单元16，数据处理中心17。

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，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

为了能够清晰了解单流阀的工作原理，如图1和图2所示，一种可分析油井供液情况的单流阀，主要包含输入端、输出端、阀体12、阀芯9、密封座11、弹簧7，液体只能从输入端流入到阀体12中，由于输入端压力要大于输出端压力，在压力作用下，弹簧7被压缩，使阀芯9跟随弹簧7上移，并与密封座11分离，流入的液体从输出端流出；当输入端无液体流入时，由于弹簧7的作用，将阀芯9与密封座11紧密接触，防止液体从输出端倒流入到输入端，还包括照明单元2、散热单元10、支架8、控制室5、采集箱3、指示杆1、数据存储单元13、无线传输单元16、天线6、图像传感器4、温度传感器14、数据处理单元15、数据存储单元13、无线传输单元16、数据处理中心17，数据处理单元15位于控制室5内，照明单元2、散热单元10、支架8、控制室5、图像传感器4、温度传感器14位于采集箱3内部，天线6安装在采集箱3外部，采集箱3通过螺栓或者焊接与阀体12连接并位于阀体12上部，照明单元2与数据处理单元13连接，为采集箱3内部提供亮度；散热单元10与数据处理单元15连接，实现采集箱3内部散热；指示杆1穿过阀体12与阀芯9连接，跟随阀芯9做上、下运动；数据存储单元13与数据处理单元15连接，对运行参数、采集到的数据存储；无线传输单元16与数据处理单元15、天线6连接，通过天线6接收、发送数据处理中心17的数据；图像传感器4与数据处理单元15连接，通过支架8固定在采集箱3内部，用于采集图像；温度传感器14与数据处理单元15连接，采集温度数据；数据处理单元15为核心控制部件，控制数据的采集、存储、分析及照明、散热。

为了防止外界的干扰，采集箱3为密闭空间，在其内部安装照明单元2、散热单元10、温度传感器14、图像传感器4、控制室5，照明单元2安装在采集箱3顶部并位于指示杆1与图像传感器4中间，便于获得更好的亮度，散热单元10安装在采集箱3的底部，数据处理单元15通过温度传感器14获取采集箱3内部的温度数据，根据设定的温度范围启动、停止散热单元10工作，以便提供合适的温度范围，保证图像传感器4在内的其它单元正常工作，指示杆1同时穿过采集箱3、阀体12、弹簧7，与阀芯9连接，跟随阀芯9在阀体12、采集箱3内部做上、下往复运动，为了便于图像传感器4采集，在指示杆1的顶部涂有反光材料，另外，指示杆1的顶部仅在采集箱3内部做上、下往复运动。数据处理单元15通过图像传感器4采集指示杆1的运动图像，通过现有的图像识别算法分析、计算出指示杆1的运动轨迹，绘制时间-运动轨迹曲线图，将分析、计算得出的时间-运动轨迹曲线图存储在数据存储单元16，并通过无线传输单元16和天线6将数据发送出去。

如图3所示，单流阀为每口油井必需的设备，将可分析油井供液情况的单流阀安装在井口的输油管线上，其工作原理为抽油机在上冲程提取液量过程时，油管中的压力增大，使单流阀阀芯9打开，使液体从油管中经过阀体12流入到输油管线中；在抽油机下冲程过程中，油管中的压力变小，单流阀的阀芯9在弹簧7的作用下关闭，防止输油管线中的液体经阀体12倒流入油管中。目前，现有的监控油井工作设备中，没有对单流阀的阀芯9打开与关闭进行监控，本发明针对此问题，采用图像传感器4实时监控指示杆1的运行轨迹，通过指示杆1反映出单流阀内部阀芯9的运行轨迹，掌握每口油井在每个周期出液情况，便于精细化掌握油井的生产运行情况。

一种油井供液情况的分析方法，通过图像传感器4获取单流阀指示杆1的运动轨迹，用此运动轨迹与特征库中的运动轨迹进行比对，确定当前油井的供液情况，所述的特征库包含正常油井、供液不足油井、自喷井、稠油井单流阀指示杆运动轨迹，所述的特征库可根据实际情况增加、删除单流阀指示杆运动轨迹。

图4、图5、图6为本发明在实际应用中通过图像传感器4采集到的单流阀指示杆1时间-运动轨迹曲线图。图4为油井供液充足的时间与运动轨迹曲线图，在该图中，1点代表单流阀的阀芯9处于关闭状态，伴随抽油机在上冲程提液过程中，液体逐渐进入到阀体12中，随着油管中压力增大，阀芯9逐步打开，指示杆1随着阀芯9移动，图像传感器4实时捕获到指示杆1的运动，并将捕获到的图像实时传输至数据处理单元15，数据处理单元15根据特定的算法识别分析出指示杆1的运动位移，由于液量充足，在阀芯9到达2点时，阀芯9已完全打开，在抽油机上冲程的运行过程中，此阀芯9一直保持在此位置，从2点到3点位置，为一条水平线，从3点开始，抽油机开始进入下冲程，停止提取液体，随着油管压力降低，阀芯9在弹簧的作用下，逐渐关闭，当到达4点时，阀芯9与密封座11完全接触，将油管与输油管线隔开，防止输油管线中的液体倒流入油管中，其中，1与2、3与4之间的连线根据抽油机冲次、供液情况会出现不同，从5点开始，抽油机再次进入提取液量过程，按此过程周而复始的工作，因此，绘制图的时间与运动轨迹曲线图也会出现周期性的变化。图5反映油井严重供液不足情况下的示意图，在阀芯9刚完全打开时，即到达2点时，抽油机进入下冲程停止提取液体，从3点开始，阀芯9逐步关闭，到达4点时，已完全关闭。图7反映稠油井供液充足情况下一个运行周期变化情况，由于液体的粘度较高，导致液体的流动性变差，导致阀芯9的运动出现迟缓，例如图6中从1点到2点的过程变化，另外一个显著的变化为在抽油机的下冲程中，由于液体粘度高，流动性差，阀芯9在弹簧7的作用下自动关闭过程缓慢，即图6中从4点到5点的过程，此段与油井供液充足油井的差别较大，以上采集的数据，在数据处理单元15的控制下，通过无线传输单元16传输至数据处理中心17，供浏览、查询、分析。通过以上时间与运动轨迹曲线图可实际反映出抽油机在每个周期内提取液量的变化情况，为进一步掌握油井的工况情况，提供了理论依据。

将图4、图5、图6时间-运动轨迹曲线图纳入特征库中，当再次采集到相似的曲线图时，则可直接判断出该油井的工况，为了完善特征库，可将正常油井、供液不足油井、自喷井、稠油井单流阀指示杆1运动轨迹纳入到特征库中，并可将其它工况的油井单流阀指示杆1运动轨迹也纳入到特征库中，也可删除特征库中已有类型的指示杆1运动轨迹，最终使特征库涵盖各种油井工况情况，实现油井工况自动诊断功能。

其具体步骤为：

1)分别选取部分正常油井、供液不足油井、自喷井、稠油井等供液情况的油井作为特征油井，利用本装置连续获取这部分特征油井一段时间的单流阀指示杆1运动轨迹，数据处理单元15通过图像传感器4获取指示杆1中采集点的运动图像，通过移动目标捕捉算法计算出指示杆1的运动轨迹，绘制时间-位移曲线图作为单流阀运动轨迹曲线。

2)通过周期测量算法从单流阀运动轨迹曲线中自动确定单流阀运动周期，截取单流阀运动轨迹中一个完整周期的运动轨迹曲线，通过无线传输单元16和天线6将运动轨迹曲线数据发送到数据处理中心17。

3)通过对所有特征油井的一个完整周期的运动轨迹曲线进行分析，找到具有代表性的轨迹曲线，对时间轴进行重采样，使得一个周期内采样点数相同，归一化位移轴后组成单流阀运动轨迹特征库：

其中为第种供液情况类型油井第条单流阀运动轨迹特征曲线，为对应的周期，为对应的最大位移，为油井供液情况类型总数，为每种供液情况类型油井单流阀运动轨迹特征曲线的总数。

4)将本装置安装到待测试的油井上，连续或者定时获取实时的数据，数据处理单元15通过图像传感器4获取指示杆1中采集点的运动图像，通过移动目标捕捉算法计算出指示杆1的运动轨迹，绘制时间-位移曲线图作为待测单流阀运动轨迹曲线。

5)通过周期测量算法从单流阀运动轨迹曲线中自动确定单流阀运动周期，截取单流阀运动轨迹中一个完整周期的待测运动轨迹曲线。存储在本装置的数据存储单元13中，并通过无线传输单元16和天线6将运动轨迹曲线数据发送到数据处理中心17。

6)数据处理中心17接收到待检单流阀装置发送来的单流阀运动轨迹曲线，对时间轴进行重采样，使得一个周期内采样点数与特征库中的采样点数相同，并归一化位移轴。依次计算待测单流阀运动轨迹曲线与特征库中特征曲线的相似程度，最相似的特征曲线对应的值对应的供液情况类型即为该油井的供液情况类型。

此处判断待测单流阀运动轨迹曲线与特征库中特征曲线的相似程度可采用计算两个向量的欧式距离或夹角余弦等相似性度量方式，但不限于这两种方式。

7)将判断出的油井供液情况类型存储到数据处理中心（17）数据库中，以便于后续查询分析。