一种实时监测井底流压的系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种实时监测井底流压的系统，属于油田开发领域。所述系统包括：测量抽油机的抽油杆的载荷量和位移的传感器；测量油井的套压值的压力计；传输所述传感器测得的所述载荷量和所述位移、以及所述压力计测得的所述套压值的传输单元；以及接收所述传输单元传输的所述载荷量、所述位移和所述套压值，并对接收到的所述载荷量、所述位移和所述套压值进行处理，得到井底流压的处理单元；所述传感器和所述压力计分别与所述传输单元电连接，所述传输单元与所述处理单元电连接。本实用新型可以避免使用价格昂贵的动液面实时监测装置，显著降低了设备成本。
【专利说明】一种实时监测井底流压的系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及油田开发领域，特别涉及一种实时监测井底流压的系统。
【背景技术】
[0002]井底流压是指油井正常生产时井底的压力。它是决定油井产量最重要的参数之一，因而，对于井底流压的实时监测在实际应用中有着十分重要的作用。
[0003]现有的一种监测井底流压的方法是，利用动液面实时监测装置实时获取动液面数据后，再采用获得的动液面数据进行井底流压计算。在这种方法中，动液面实时监测装置的原理与回声仪相同，通过回收套管气作为声源，利用声波反射原理计算出油井的动液面，再结合井口压力数据即可计算出井底流压。
[0004]在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题:
[0005]现有的动液面实时监测装置每台大约2万元，使用时需要在每口井都单独安装一个动液面实时监测装置，成本高；动液面实时监测装置通过回收套管气作为声源，所以每口井测量动液面的时间会随着油井含气量的不同而不同，并不能真正达到动液面实时监测的效果。
实用新型内容
[0006]为了解决现有技术实现成本高、动液面监测非实时的问题，本发明实施例提供了一种实时监测井底流压的系统。所述技术方案如下:
[0007]本实用新型实施例提供了一种实时监测井底流压的系统，所述系统包括:
[0008]测量抽油机的抽油杆的载荷量和位移的传感器；
[0009]测量油井的套压值的压力计；
[0010]传输所述传感器测得的所述载荷量和所述位移、以及所述压力计测得的所述套压值的传输单元；以及接收所述传输单元传输的所述载荷量、所述位移和所述套压值，并对接收到的所述载荷量、所述位移和所述套压值进行处理，得到井底流压的处理单元；所述传感器和所述压力计分别与所述传输单元电连接，所述传输单元与所述处理单元电连接。
[0011]可选地，所述传感器包括用于安装在所述抽油机的悬绳器上的载荷传感器和用于安装在所述抽油机的游梁中心轴上的位移传感器。
[0012]在本实用新型的一个实施例中，所述位移传感器的壳体与所述抽油机的游梁的侧边平行。
[0013]可选地，所述传感器包括用于设置在所述抽油机的悬绳器上的一体式传感器。
[0014]在本实用新型的另一实施例中，所述传输单元包括:采集所述传感器测得的载荷量和所述位移、以及所述压力计测得的套压值的采集器；和发送所述采集器采集的数据的发送器。
[0015]在本实用新型的另一实施例中，所述处理单元包括:接收所述发送器发送的数据的接收器；以及对所述接收器接收到的数据进行处理，得到所述井底流压的处理器；所述接收器和所述发送器无线通信连接，所述处理器和所述接收器电连接。
[0016]可选地，所述系统还包括:显示所述处理单元的处理结果的显示器，所述显示器与所述处理单元电连接。
[0017]可选地，所述系统还包括:设置在各个采油厂的结果发布单元，所述结果发布单元与所述处理单元通信连接。
[0018]本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
[0019]通过传感器测量抽油机的抽油杆的载荷量和位移、通过压力计测量油井的套压值，并根据测得的数据实时计算井底流压，满足了油田数字化生产管理的需求，并且避免了使用价格昂贵的动液面实时监测装置，显著降低了设备成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1是游梁式抽油机的结构示意图；
[0022]图2是本实用新型实施例一提供的一种实时监测井底流压的系统的结构示意图；
[0023]图3是本实用新型实施例二提供的一种实时监测井底流压的系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步详细地描述。
[0025]为了便于理解本实用新型实施例，下面首先结合图1说明游梁式抽油机的结构及工作原理。如图1所示，游梁式抽油机通常包括设置在井口的底座11、设于底座11上的支架12和动力机构13、通过游梁中心轴14a安装在支架12上的游梁14、以及安装在游梁14一端的驴头15，抽油杆17通过悬绳器16与驴头15连接，游梁14的另一端通过曲轴连杆机构18与动力机构13连接。当游梁式抽油机工作时，动力机构13通过曲轴连杆机构18带动游梁14绕游梁中心轴14a转动，从而带动驴头15上下运动，驴头15的上下运动带动抽油杆17上下运动，抽油杆17带动井下抽油泵(图未示)的柱塞作上下运动，从而不断地把井中的原油抽出井筒。
[0026]实施例一
[0027]本实施例提供了一种实时监测井底流压的系统，参见图2，该系统包括:传感器21、压力计22、传输单元23和处理单元24，传感器21和压力计22分别与传输单元23电连接，传输单元23与处理单元24电连接。
[0028]其中，传感器21用于测量抽油机的抽油杆的载荷量和位移。压力计22用于测量油井的套压值，套压是指油管和套管之间的环形空间内的压缩汽体的压力。传输单元23传输传感器21测得的载荷量和位移、以及压力计22测得的套压值。处理单元24接收传输单元23传输的载荷量、位移和套压值，并对接收到的载荷量、位移和套压值进行处理，得到井底流压。[0029]本实用新型实施例通过传感器测量抽油机的抽油杆的载荷量和位移、通过压力计测量油井的套压值，并根据测得的数据实时计算井底流压，满足了油田数字化生产管理的需求，并且避免了使用价格昂贵的动液面实时监测装置，显著降低了设备成本。
[0030]实施例二
[0031]本实施例提供了一种实时监测井底流压的系统，参见图3，该系统包括:传感器31、压力计32、传输单元33和处理单元34，传感器31和压力计32分别与传输单元33电连接，传输单元33与处理单元34电连接。
[0032]其中，传感器31用于测量抽油机的抽油杆的载荷量和位移。压力计32用于测量油井的套压值。套压是指油管和套管之间的环形空间内的压缩汽体的压力。传输单元33传输传感器31测得的载荷量和位移、以及压力计32测得的套压值。处理单元34接收传输单元33传输的载荷量、位移和套压值，并对接收到的载荷量、位移和套压值进行处理，得到井底流压。
[0033]结合图1，在本实施例中，传感器31包括安装在悬绳器16上的载荷传感器和安装在游梁中心轴14a上的位移传感器。其中，位移传感器的壳体优选与抽油机的游梁14的侧边平行，这样可以保证位移传感器与游梁14的夹角准确。在本实用新型的其它实施例中，传感器31还可以包括设置在井口悬绳器16上的一体式传感器31。
[0034]在本实施例中，传输单元33由采集器331和发送器332组成。其中，采集器331可以设置在井口处，负责采集传感器31测得的载荷量和位移、以及压力计32测得的套压值；发送器332负责将采集器331采集的数据发送给接收器241。在实际应用中，发送器332可以采用井场主RTU (Remote Terminal Unit,远程终端控制系统)实现。
[0035]在本实施例中，处理单元34包括接收器341和处理器342。接收器341和发送器332可以无线通信连接，处理器342和接收器341电连接。接收器341接收发送器332所发送的数据并传至处理器342 ;处理器342对接收器341接收到的数据进行处理后，得到所述井底流压。
[0036]在实际应用中，处理器342可以设置在站内计算机上，用于对接收到的数据进行处理得到光杆示功图，并根据光杆示功图计算出动液面，然后利用动液面和井口的套压值得到井底流压。
[0037]其中，光杆示功图是反映抽油杆的载荷量和位移随时间变化的规律的图形。动液面是指油井正常生产时，油管和套管的环形空间之间的一个液面，动液面可以采用从井口算起的深度表示其值。
[0038]其中，处理器342根据光杆示功图计算井底流压可以采用以下方式:
[0039]步骤Fl:利用光杆示功图求解泵功图；
[0040]首先建立抽油杆与油管有限元模型和液柱差分计算模型，然后迭代求解出深井泵口处的载荷、抽油杆的载荷、抽油杆的位移这三者与时间的关系图，即泵功图。
[0041]步骤F2:建立泵功图求解动液面的数学模型；
[0042]以沉没压力作为节点，建立一个冲程内固定阀、游动阀开启作用在柱塞上的平衡模型。将泵沉没度对应的沉没压力和上冲程时泵吸入口的沉没压力，与油套环形空间的压力分布得到的沉没压力进行比较，推算出动液面的深度。
[0043]步骤F3:根据油井动液面和井口套压求解井底流压。[0044]具体地，可以先根据公式I求解油套环形空间的液柱密度P 1；
[0045]p^pod+f^ + pwf； (I)
[0046]然后，在已知泵挂垂深、动液面、套压的情况下，根据公式2计算井底流压:
[0047]P 井底流压=Pc+ P xg (Lg-Lf) (2 )
[0048]其中，Lg-泵挂垂深，m ；PC-套压，Mpa ；Lf-动液面，m ； P r油套环形空间液柱密度，kg/m3 ；fw-含水率；P。-原油密度，kg/m3 ； P w-水密度，kg/m3。
[0049]在本实施例中，该系统还可以包括显示处理单元的处理结果的显示器，显示器与处理单元电连接。
[0050]该系统还可以包括设置在各个采油厂的结果发布单元，结果发布单元与前述处理单元通信连接。在具体实现中，结果发布单元可以为多个计算机，其中存储有油井基础数据以及上述动液面数据、井底流压数据等。
[0051]下面简单介绍本实施例的系统的工作过程。该过程包括以下步骤:
[0052]步骤1:采集数据；
[0053]载荷传感器测`量抽油机的抽油杆的载荷量，位移传感器测量抽油机的抽油杆的位移，压力计测取油井实时的套压值，并且通过电缆线分别将各自测量的载荷量、位移和套压值以电信号的形式传送至采集器；
[0054]步骤2:传送数据；
[0055]采集器将采集的载荷量和位移分别形成载荷量与时间、位移与时间的关系曲线。然后，采集器将每口油井中采集的数据上传至井场主RTU (发送器)。井场主RTU通过井组天线将采集的数据发送给处理单元；
[0056]步骤3:计算动液面、求解井底流压；
[0057]处理单元的接收器将从传输单元接收到的信号转换为数字信号后交由处理器处理。处理器将接收的数据处理后得到实时的井底流压。
[0058]步骤4:发布计算结果。
[0059]设置在各采油厂的结果发布单元接收来自处理单元上传的油井基础的数据和站内计算机的计算结果后，以采油厂为单元对所有的数据进行存储和网页信息的发布。
[0060]在实际应用中，油井可以每隔10分钟采集一张光杆示功图，并对应求解一个井底流压，一天采集144张光杆示功图，可以求解144个井底流压，实现井底流压实时连续监测。
[0061]本实用新型实施例通过传感器测量抽油机的抽油杆的载荷量和位移、通过压力计测量油井的套压值，并根据测得的数据实时计算井底流压，避免了使用价格昂贵的动液面实时监测装置，显著降低了设备成本。并且本实用新型是在油井正常工作时，自动通过传感器和压力计测量载荷量、位移和套压值，不用关闭油井，也无需人工向油井内打入供测量使用的氮气，即可实时测量得到所需要的数据，与传统的压力计实测法和利用压力计和回声仪实测法相比，操作更简单，效率更高，因而具有明显的优势。
[0062]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种实时监测井底流压的系统，其特征在于，所述系统包括: 测量抽油机的抽油杆的载荷量和位移的传感器； 测量油井的套压值的压力计； 传输所述传感器测得的所述载荷量和所述位移、以及所述压力计测得的所述套压值的传输单元；以及 接收所述传输单元传输的所述载荷量、所述位移和所述套压值，并对接收到的所述载荷量、所述位移和所述套压值进行处理，得到井底流压的处理单元； 所述传感器和所述压力计分别与所述传输单元电连接，所述传输单元与所述处理单元电连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器包括用于安装在所述抽油机的悬绳器上的载荷传感器和用于安装在所述抽油机的游梁中心轴上的位移传感器。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述位移传感器的壳体与所述抽油机的游梁的侧边平行。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器包括用于设置在所述抽油机的悬绳器上的一体式传感器。
5.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述传输单元包括: 采集所述传感器测得的所述载荷量和所述位移、以及所述压力计测得的所述套压值的米集器；和 发送所述采集器采集的数据的发送器。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述处理单元包括: 接收所述发送器发送的数据的接收器；以及 对所述接收器接收到的数据进行处理，得到所述井底流压的处理器； 所述接收器和所述发送器无线通信连接，所述处理器和所述接收器电连接。
7.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括:显示所述处理单元的处理结果的显示器，所述显示器与所述处理单元电连接。
8.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括: 设置在各个采油厂的结果发布单元，所述结果发布单元与所述处理单元通信连接。
【文档编号】E21B47/06GK203420705SQ201320465023
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】辛宏, 黄伟, 甘庆明, 李明, 杨海涛, 张磊, 李明江, 韩二涛 申请人:中国石油天然气股份有限公司