CN101906961A - 一种油井采油过程监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油井采油过程监测方法，该方法主要是通过力敏传感器测量连接采油筒的钢丝绳的拉力，获取采油筒采油过程中的状态。当所测钢丝绳拉力在一个时间间隔内减小超过预先设定的阈值W时，即可判断采油筒已经到达液面。此时，保证采油筒完全浸没油液中的时间，可以判定采油筒内油液的装载状态。本发明是针对采油筒进入油液中的采油方法，提供一种易于实现的油井采油过程监测方法，该方法具有实时、持续监测设备采油状态的特点，监测信息可以用于实时控制抽油机的运行状态，实现油井高效率的采油。

Description

一种油井采油过程监测方法

技术领域

本发明属于油田采油生产用的液位检测技术，具体涉及一种用力敏传感器进行油井采油过程监测的方法，它包括液面检测及采油满载判定。

背景技术

目前，油井液面测量的方法主要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。但是，这种油井液面测量方法存在着以下几个问题，其一，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；其二，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。而油井下的液面是实时变化的，这种方法会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，降低油井抽油的效率，增加采油的成本。因此，研制抽油机油井液面连续测量方法和装置，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的意义。

发明内容

本发明的目的是针对采油筒深入到油液中的油井采油方法，提供一种油井采油过程监测方法，该方法具有实时测量的特点，并且易于实现。

本发明提供的一种油井采油过程监测方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

第1步当空载的采油筒开始下降时，力敏传感器测量连接采油筒钢丝绳的拉力F₁；

第2步当力敏传感器所测的拉力F₁呈增大的趋势时，表明采油筒钢丝绳在下降过程中；

第3步当钢丝绳拉力F₁在一个预先设定的时间间隔内减小超过预先设定的阈值时，即判断采油筒已经到达液面，并且钢丝绳拉力达到采油筒空载时的最大值，记为F_1max；

第4步当钢丝绳拉力F₁逐渐减小时，表明在采油筒在液面下继续下降；

第5步当钢丝绳拉力F₁逐渐增大时，表明油井内的油液开始逐渐流入到采油筒内，当F₁接近F_1max时，表明流入采油筒的油液接近满载。

本发明可以为油井采油提供一种油井采油过程监测方法，包括油井液面的检测及采油满载判定。该方法是通过力敏传感器测量升降采油筒钢丝绳的拉力变化，判断与钢丝绳连接的采油筒在油井中的状态。通过获取的采油筒采油状态的信息，可以控制拉升钢丝绳电机的运行与速度，达到高效采油的目的。本发明方法具有易于实现，可以实时、持续测量采油状态的优点，因此可以用于实时控制抽油机的工作状态，实现油井高效率的采油。

附图说明

图1为本发明监测方法的实施例的流程框图；

图2为本发明监测方法中力敏传感器信号图；

图3为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合设计实例和附图进一步说明本发明的方法和工作原理。

如附图1所示，图中的钢丝绳直接连接着采油筒，力敏传感器实时测量钢丝绳的受力，力敏传感器采集的模拟信号通过功率放大器将信号放大，然后通过A/D转换器将模拟信号转化为数字信号，并由计算机记录该数字信号。当监测到采集的数字信号减小(小于95％)并持续一段时间(5-10秒)，则可以判断采油筒到油井油液面，此时由计算机输出控制用数字信号，经过D/A转换器将数字信号转换为模拟信号，控制电机的转速或启停，从而控制钢丝绳即采油筒的运动。

测量钢丝绳拉力方法可以采用载荷传感器或应变片等传感器测量钢丝绳导向轮支座上受到的钢丝绳合力，也可采用钢丝绳张力测试仪测量钢丝绳上的张力，通过钢丝绳合力或张力的反求可以得到钢丝绳的拉力。

本发明提供的油井采油过程监测方法，包括以下步骤：

(1)如图2所示，横坐标表明时间，纵坐标表示传感器测量结果，在t₀时刻，空载的采油筒开始下降，采油筒未接触液面，力敏传感器直接或间接测量连接采油筒钢丝绳的拉力。此时，力敏传感器测量的主要是采油筒和钢丝绳的重力，可用公式(1)表示。

F₁＝G_采油筒+G_钢丝绳(1)

式中，F1表示钢丝绳的拉力，G_采油筒表示采油筒受到的重力，G_钢丝绳表示钢丝绳受到的重力。

(2)在t₀-t₁时间段，钢丝绳下降，但钢丝绳连接的采油筒还未到达液面。此时间段内，由于钢丝绳不断下降，钢丝绳受到的重力G_钢丝绳不断增加，力敏传感器所测的拉力F₁呈线性增大的趋势；

(3)t₁时刻当钢丝绳拉力的数值显示在一个时间间隔(一般为5-10秒)内减小超过预先设定的阈值W时，即可判断采油筒已经到达液面。此时钢丝绳拉力达到采油筒空载时的最大值F_1max，并且采油筒开始受到油液浮力。W的选取与采油筒直径有关，采油筒直径越大，W值也越大，实施过程中可以通过实验确定。如直径为400mm的采油筒，W值可以选择5-10N；

(4)在t₁-t₂时间段，钢丝绳继续下降，采油筒到达液面后继续进入油液中，采油筒在油液中受到浮力遵循公式(2)

F_浮＝ρgV_排＝ρgπr²h    (2)

式中，F_浮是采油筒在油液中受到浮力，ρ是油液密度，g是重力加速度，V_排是采油筒深入油液的体积，r是采油筒管径，h是采油筒深入油液的高度。

该时间段内，由于采油筒进入油液的体积逐渐增大，而油液还未流入采油筒，因此受到的浮力逐渐增大，此时钢丝绳拉力F₁逐渐减小，如公式(3)所描述。

F₁＝F_1max-F_浮＝G_采油筒+G_钢丝绳-ρgπr²h    (3)

(5)在t₂-t₃时间段，油井内的油液开始逐渐流入到采油筒内，直至流入采油筒的油液满载。在此阶段，采油筒受到的重力逐渐增大，钢丝绳拉力F₁逐渐增大，慢慢接近F_1max。

图3所示为本发明方法的一种应用实例，主要包括采油筒1、钢丝绳2、导向轮5、支座4、力敏传感器3和电机6。采油筒1连接于钢丝绳2，由钢丝绳2升降采油筒。导向轮5用于改变钢丝绳2的方向，使钢丝绳的运动转为竖直方向运动，导向轮5由支座4支撑，支座4连接在力敏传感器3上，钢丝绳2的受力传递到导向轮支座后直接被力敏传感器3测量获取。电机6与钢丝绳2连接，控制电机6的转速可以控制钢丝绳2和采油筒1的运动。

通过本发明所提出的油井采油过程监测方法，能实时、持续获取油田采油机工作时的采油状态信息，从而可以实时控制电机的起停和转动速度，即控制钢丝绳与采油筒的运行状态和速度，实现采油筒进入油液后持续采油至满载，然后返回，实现采油机的高效率采油，避免采油机采空或采油周期过长等现象。

本发明不局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种油井采油过程监测方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

第1步当空载的采油筒开始下降时，力敏传感器测量连接采油筒钢丝绳的拉力F₁；

第2步当力敏传感器所测的拉力F₁呈增大的趋势时，表明采油筒钢丝绳在下降过程中；

第3步当钢丝绳拉力F₁在一个预先设定的时间间隔内减小超过预先设定的阈值时，即判断采油筒已经到达液面，并且钢丝绳拉力达到采油筒空载时的最大值，记为F_1max；

第4步当钢丝绳拉力F₁逐渐减小时，表明在采油筒在液面下继续下降；

第5步当钢丝绳拉力F₁逐渐增大时，表明油井内的油液开始逐渐流入到采油筒内，当F₁接近F_1max时，表明流入采油筒的油液接近满载。

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