专利名称：一种油田井下液位检测方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采油过程监测技术，具体涉及一种油田井下液位检测方法与装置。
背景技术：
目前，油井液面测量的方法主要有两种:一种是在井口用高压气体或子弹产生声波，利用安装在井口的声波接收器(通常为高灵敏度麦克风)接收反射声波，由声波接收器接收反射声波并转换成电信号，通过控制电路进行数字处理，自动计算出液面深度；另一种应用于捞油机构，在捞油桶钢丝绳上安装重力传感器测量钢丝绳重力，油桶触及油液时由于受到浮力作用，使得传感器所测值减小，通过识别这种变化判断油液高度。但是，这两种油井液面测量方法都存在一些不足。对于第一种方法，其问题在于:一方面，声波测量方法由于声波衰减，经常有较大误差或者测量不到反射波；另一方面，这种方法由于受到声波发射端的压力气体容量或子弹容量的限制，因此不能实现长时间的实时测量，并且这种测量方法的成本较高。对于第二种方法，其问题在于，仅仅依靠识别钢丝绳重力传感器所测值的瞬时减小来判断油桶状态并得到液位高度，其准确度与可靠性低，难以克服油桶在几百米长的油井内上下运动过程中所受到的各种干扰对触液状态判定的影响，容易对油桶触液状态误判而不利于实现捞油全过程的自动化控制。油井长度长，内部干扰多，且井下的液面是实时变化的，以上两种方法都易造成抽油机的抽汲参数和井下实际情况不匹配，使得采油工艺不合理，降低油井的抽油效率，增加采油成本。因此，研制一种准确可靠的捞油机井下液面连续测量方法与装置，既可以为实时调整油井的抽汲参数提供依据，保证采油的高效率，又可以实现油井采油的自动化，对实现油井高效率的开发具有重要 意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油田井下液位检测方法，该方法可以实现油田井下液位的自动跟踪与实时有效测量，准确可靠，易于实现，提高了采油效率，降低了成本；本发明还提供了实现该方法的装置。为了解决上述现有技术中的问题，本发明提供的技术方案是:一种油田井下液位检测方法，包括以下步骤:第I步设空载捞油桶置于井口时连接捞油桶的钢丝绳初始长度为Ltl ；第2步快速下放空载捞油桶,捞油桶尚未接触液面过程中，连接捞油桶的钢丝绳拉力F表示如式1:F = G 桶+ P 绳 A 绳 gL L0 ^ L 式 I式I中，Gw表示捞油桶所受重力，P纟 表示钢丝绳密度，A纟Ji表示钢丝绳截面积，L表示钢丝绳长，绳拉力F随绳长L增加呈线性增大；第3步继续下放捞油桶直到捞油桶触到井下油液；设空载捞油桶刚触及井下油液时，钢丝绳长为L1，此时钢丝绳拉力F达到空载最大值F1，之后绳拉力F随绳长L的增大而开始线性减小，识别此转折点，判断捞油桶已经到达液面，计算转折点井下绳长即为井下液位高度；第4步捞油桶触及液面后油液进入捞油桶，捞油桶在油液中受到的浮力Fff遵循式IIFff= P 油 gV排=P 油 gA桶(L-L1) 式 II式中，ρ μ表示油液密度，g表示重力加速度，V排表示捞油桶深入油液的体积，Am为捞油桶截面积，(L-L1)表示捞油桶深入油液的高度；此阶段，钢丝绳拉力F随 绳长L的增加线性减小到F2，绳拉力F如式III所描述:F = G桶+G绳-Fff= (G桶+ P ^ SAii L1) - ( P 油A桶— P 绳A绳)gL 式 III第5步继续下放捞油桶直到当钢丝绳拉力F不再减小，设F不再减小时钢丝绳长为L2，此时捞油桶到达最低点，油液满载；第6步开始上提捞油桶，且油液不再进入油桶，此时，钢丝绳拉力F加入油液重量，即式IVF = G桶+G绳-F 浮+G 油式 IV式中，G油为捞油桶内油液重量；第7步，当钢丝绳受力到达最大F3,捞油桶离开油液，绳拉力F由式V表示 F = G 桶+ P 绳 A 绳 L+G 油式 V钢丝绳拉力F随着下降绳长L的逐渐减短而线性减小，直到L = L0,油液被提升回至井口。作为上述关于测量方法的技术方案的改进，第3步采用直线分割算法识别所述转折点。本发明提供的一种油田井下液位测量装置，其特征在于，它包括绳长测量装置、绳拉力测量装置和信号处理模块；绳长测量装置通过角位移传感器间接测量绳长，绳拉力测量装置通过力传感器测量连接捞油桶的钢丝绳拉力，所述信号处理模块负责检测力信号变化的转折点，该转折点对应的井下绳长即为井下液位高度。作为上述关于测量装置的技术方案的改进，所述绳长测量装置为安装于导绳轮的角位移传感器；所述绳拉力测量装置为用于测量钢丝绳导向轮支座上受到的钢丝绳合力的力传感器，或者为用于测量钢丝绳上的张力的钢丝绳张力测试仪。本发明相比现有技术具有如下优点:1、所提供的油田井下液位连续测量方法装置简单、易于实现；2、使用精确的直线分割算法计算井下液位高度，能够准确跟踪井下液面的实时变化；3、算法包含防止误判、抗干扰措施，稳定可靠，能够实现油井采油自动控制，提高采油效率，降低成本。
图1为本发明实施例测量原理示意图；1、井口装置；2、储油箱；3、捞油桶；4、套管；5、导油管；6、排绳器；7、提升机构；8、导绳轮；9、力敏传感器；10角位移传感器。图2为本发明信号处理流程示意图；图3为本发明液位检测方法中钢丝绳绳长-拉力信号原理图；图4为本发明基于Hough变换的折点检测方法原理图；图5为本发明基于逐点迭代的折点检测方法原理图；图6为本发明实施例实测井深-钢丝绳载荷信号图。
具体实施例方式以下结合设计实例和附图进一步说明本发明的方法、装置和工作原理。如附图1所示，油田采油的过程为:提升机构7与排绳器6控制钢丝绳的收放，钢丝绳通过导绳轮8直接连接捞油桶3，控制捞油桶3上下行，油液通过捞油桶3底部单向阀进入油桶，所采油通过单向阀进入导油管5，最后通过井口装置I进入储油箱2。本发明提供的油田井下液位检测方法具体包括以下步骤:第I步，将空载捞油桶下放置于井口，设此时连接捞油桶的钢丝绳初始长度为L。。第2步，开始快速下放空载捞油桶，捞油桶尚未接触液面过程中，连接捞油桶的钢丝绳拉力F主要为捞油桶与钢丝绳自重，可用下式表示
权利要求
1.一种油田井下液位检测方法，包括以下步骤: 第I步设空载捞油桶置于井口时连接捞油桶的钢丝绳初始长度为Ltl ； 第2步快速下放空载捞油桶,捞油桶尚未接触液面过程中,连接捞油桶的钢丝绳拉力F表示如式1:
2.根据权利要求1所述的油田井下液位检测方法，其特征在于，第3步采用直线分割算法识别所述转折点。
3.根据权利要求1或2所述的油田井下液位检测方法，其特征在于，所述直线分割算法是基于Hough变换直线特征提取。
4.根据权利要求1或2所述的油田井下液位检测方法，其特征在于，所述直线分割算法是基于逐次迭代直线特征分割。
5.根据权利要求3所述的油田井下液位检测方法，其特征在于，所述直线分割算法是的具体过程为: 设图像空间中的一点O^yo)对应到参数空间(ρ，θ)中一条正弦曲线，即式VI P = X0Cos Θ +y0sin Θ 式 VI 其中P表示原点到直线的距离，Θ是该直线的法线与X轴的夹角，参数P与Θ可以极坐标形式唯一确定一条直线；在钢丝绳的下放过程中，实时得到的钢丝绳绳长、拉力数据组成数据集[(Li, Fi), i =.1，2，...，n]，建立建L-F平面；L-F平面任意直线的Hough变换是参数空间的一个点，在参数空间里建立一个累加数组Α(Ρ，Θ)，并置数组A中每个元素A(PS，0s)的初值为零，实时检测L-F信号图中每个点，以选定的Λ Θ为间隔，让Θ取遍-180°到180°上所有可能值，根据式式VI计算对应的Pi，根据Θ和ρ的值对数组中相应的元素进行累加； 在钢丝绳下放过程中对数组Α(Ρ，Θ)中元素进行局部峰值检测，若检测出某元素A(PS, 0s)的值在一定角度范围
内远大于其他元素的值，则认为检测到直线，并提取能够唯一确定此直线的相应参数(P，Θ)； 通过Hough变换对每个(L，F)点进行实时的直线检测，当按照所设置的局部峰值检验阀值检测出第二条直线且斜率变化较大时，认为钢丝绳拉力F随绳长L的增加发生突然转折而开始由于浮力随L线性减小，空载捞油桶触及油液；通过直线检测得到两条直线的参数(Pl，Q1)与(ρ2，θ2)，对两直线求交点即得到井下液位高度。
6.根据权利要求4所述的油田井下液位检测方法，其特征在于，所述直线分割算法是的具体过程为: 以钢丝绳的下放过程中实时得到的钢丝绳绳长-拉力数据集为基础检测直线段O对于数据集[(Li, Fi), i = 1,2,...，n]，始终以第一采样点(L。，F0)与当前的最后一个采样点(Ln, Fn)分别为起点和终点作假想直线段，对中间(Ln，Fn)到(Ln_1; Flri)的其它采样点逐一计算其到该直线的距离屯，i的取值从I到η-l ;若最大距离dmax超过预先给定的阈值，则该最大距离对应的(LX，FX)被视作信号曲线的转折点； 连接第一点(L。，F0)与(Lx，Fx)即为检测出的第一条直线段O重新以(Lx，Fx)为第一点，以当前的最后一个采样点为终点，作新的假想直线段，计算从(LX+1，FX+1)到(Ln^Flri)的中间各点到此新直线段所在直线 的距离，依据此距离是否最大且超过预设阀值判断第二条直线段的存在，并以检测出的第二条直线段的末点为假想直线段起点，结合当前采样的最后一点继续检测第三条直线段的存在；按此方法依次逐点迭代往下进行计算与判定，直到检测出所有直线段，在数据的实时采集过程中，当检测出两条直线段，即可判断转折点为捞油桶触液点；依据此点坐标即能够计算井下液位高度。
7.一种油田井下液位测量装置，其特征在于，它包括绳长测量装置、绳拉力测量装置和信号处理模块； 绳长测量装置通过角位移传感器间接测量绳长，绳拉力测量装置通过力传感器测量连接捞油桶的钢丝绳拉力，所述信号处理模块负责检测力信号变化的转折点，该转折点对应的井下绳长即为井下液位高度。
8.根据权利要求7所述的油田井下液位检测装置，其特征在于，所述绳长测量装置为安装于导绳轮的角位移传感器。
9.根据权利要求7或8所述的油田井下液位检测装置，其特征在于，所述绳拉力测量装置为用于测量钢丝绳导向轮支座上受到的钢丝绳合力的力传感器。
10.根据权利要求7或8所述的油田井下液位检测装置，其特征在于，所述绳拉力测量装置为用于测量钢丝绳上的张力的钢丝绳张力测试仪。
全文摘要
本公开一种油田井下液位检测方法与装置。本发明通过角位移传感器间接测量绳长，通过力传感器测量连接捞油桶的钢丝绳拉力。采用信号处理模块负责检测力信号变化的转折点。它实时采集测量模块测量到的钢丝绳卷动的角位移信号与钢丝绳拉力信号，滤波去除噪声信号利用钢丝绳拉力F与依据角位移计算得到的钢丝绳下降绳长L得到钢丝绳绳长-拉力信号图。在绳长-拉力信号图上，采用直线分割算法实时检测曲线的转折点，对应的井下绳长为井下液位高度。本发明可以实现油田井下液位的自动跟踪与实时有效测量，准确可靠，易于实现，提高了采油效率，降低了成本。
文档编号E21B47/047GK103114847SQ20131004096
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者罗欣, 傅智春, 陈学东, 李小清, 严可涵, 周博 申请人:苏州大一装备科技有限公司