CN116006762A - 一种井下安全阀在线检测和标定方法 - Google Patents

Abstract

一种井下安全阀在线检测和标定方法，包括以下步骤：(1)部署井下电视，获取安全阀图像；(2)给定需要标定的地面压力，记录安全阀的图像；(3)利用三维建模与标定软件绘制模型；(4)、调整模型参数使模型图像与实际相机参数一致，得到安全阀在井中的图像，并记录模型安全阀开度；本发明利用井下摄像机检测安全阀闸板位置，通过三维模型成像以及参数匹配测量安全阀的开度，标定地面液压系统压力和井下安全阀开度的关系，从而实现对井下安全阀的检测和标定。

Description

一种井下安全阀在线检测和标定方法

技术领域

本发明涉及石油天然气行业安全检测技术领域，特别涉及一种井下安全阀在线检测和标定方法。

背景技术

井下安全阀(SSSV)(SubSurfaceSafetyValve)是一种安装在油气井内，在生产设施发生火警、管线破裂、发生不可抗拒的自然灾害(如地震、冰情、强台风等)非正常情况时，能紧急关闭，防止井喷、保证油气井措施、生产安全的井下工具。海上作业中也称水下安全阀。

井下安全阀按其控制方式分为地面控制和井下流体自动控制两类，地面控制分钢丝回收式和油管携带环空安全阀，现在经常用的是油管携带安全阀(TRSV)(TubingRetrievableSubSurfaceSafety Valves)。参照图1，井下安全阀工作原理为：通过地面控制管线加压，液压油通过传压孔到活塞上，推动活塞向下移动，并压缩弹簧，将挡板打开，如果控制套筒保持，安全阀处于打开位置；液压泄放，释放控制套筒压力，靠弹簧的张力向上推动活塞上移使安全阀处于关闭状态。

井下安全阀安装在油气井生产管柱上，参照图2，随管柱一起放入井中，通常下入深度约100m。井下安全阀是一种纯液压机械装置，没有任何电子测量单元，下入井下后通过地面压力控制井下阀门动作，不能实时监测阀门闸板的位置。井下安全阀的井下开启压力和地面开启压力通常有较大差异，井下开启压力大于地面开启压力，实际地面操作压力主要依赖经验数据，易出现压力不够开启不完全，或压力过大影响井下安全阀寿命甚至造成井下安全阀损坏。

近年来新研制的先进的油气井可视化检测装置，可以通过电缆带压作业的测井方法监测安全阀的工作状态，但只能获取安全阀的视频图像，不能得到安全阀开度的定量信息。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种井下安全阀在线检测和标定方法，利用井下摄像机检测安全阀闸板位置，通过三维模型成像以及参数匹配测量安全阀的开度，标定地面液压系统压力和井下安全阀开度的关系，从而实现对井下安全阀的检测和标定。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种井下安全阀在线检测和标定方法，包括以下步骤：

(1)部署井下电视，获取安全阀图像；

通过操作测井车绞车将测井工具串下放到井筒内安全阀位置，井下测井工具串完成视频的采集、压缩编码，通过高速遥传将视频图像实时传输到地面系统，从而获得井下安全阀图像；

(2)给定需要标定的地面压力，记录安全阀的图像；

(3)利用三维建模与标定软件绘制模型；

三维标定模型简化为井筒，安全阀闸板，闸板转轴三部分，输入参数包括管径，轴心，长度，转轴原点，转轴方向，闸板开度；

井筒：绘制半径为r，长度为l，轴心平行于z轴，与xy平面交点为(xo，yo)的柱面；

安全阀闸板：在柱面的底面绘制半径为R的填充圆；能够绕转轴在0°～90°范围内旋转；

闸板转轴：Z＝O，X＝C，C为转轴到套管中心的距离。

(4)、调整模型参数使模型图像与实际图像匹配，将相机部署在管柱中心轴上，距离、视场角及方位能够调整；标定相机参数，包括相机位置，视场角，视角，方位角；调整模型参数使模型图像与实际相机参数一致，得到安全阀在井中的图像，并记录模型安全阀开度；具体为：

(4.1)调整模型和相机的距离，使模型图像端面与管柱图像端面大小一致；

(4.2)调整模型中心坐标，通过水平和垂直方向的平移，使模型图像端面与管柱图像端面重合；

(4.3)调整方位，通过旋转使得模型闸板转动方向与实际闸板转动方向一致；

(4.4)调整模型闸板开度，使模型闸板与实际闸板图像重合，此时模型安全阀开度即为实际安全阀开度；

(5)逐一标定所有需要标定的点，用表格记录控制压力与开度的数值，并绘制其关系曲线，即完成标定。

本发明的优点：

利用井下摄像机检测安全阀闸板位置，三维建模与标定软件建立虚拟三维模型，并通过调整模型与相机参数使得模型图像与实际图像相匹配，从而实现安全阀开度测量与标定的目的。与可视化技术相结合，在安全阀实际的工作状态下标定安全阀的开度，结果更加直观、准确、高效。

附图说明

图1为安全阀结构和工作原理。

图2为带有井下安全阀的完井管柱。

图3为油气井可视化检测井下仪及主要参数。

图4为获取井下安全阀视频图像的井下可视化工具串。

图5为井下安全阀视频获取施工场景。

图6为井下安全阀开启中的图像。

图7为三维标定模型侧视图。

图8为三维标定模型透视图。

图9为三维标定模型透视图。

图10为井下安全阀原始图像。

图11为井下安全阀模型匹配图像。

图12为井下安全阀开度标定图像。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细叙述。

一种井下安全阀在线检测和标定方法，包括以下步骤：

(1)部署井下电视，获取安全阀图像；

图5为井下安全阀视频获取施工场景。安装井下安全阀的油气井大多数井口带有几十兆帕的压力，对获取视频装置耐压有一定要求。油气井测井作业采用单芯或多芯铠装测井电缆下入测试设备，电缆长度多数在4000m-8000m，在长电缆上传输视频信号，对视频获取装置传输速率要求较高，图3为油气井可视化检测井下仪及主要参数。本专利申请视频获取装置采用专利申请(专利)号CN201710708245.3的高速遥传技术和镜头承压结构设计，参照图4，测井工具串组成：电缆测井转接头+54通用弹片扶正器+电池短节+遥传短节+成像短节。

现场施工时，将井下电视地面系统和井下视频获取装置通过7芯铠装测井电缆连接，通过操作测井车绞车将测井工具串下放到井筒内安全阀位置，井下测井工具串完成视频的采集、压缩编码，通过高速遥传将视频图像实时传输到地面系统，从而获得井下安全阀图像。如图6所示为井下安全阀开启中的图像。

(2)给定需要标定的地面压力，记录安全阀的图像。

(3)利用三维建模与标定软件绘制模型；

三维标定模型简化为井筒，安全阀闸板，闸板转轴三部分，输入参数包括管径，轴心，长度，转轴原点，转轴方向，闸板开度。

如图7为模型侧视图，图8为模型透视图。

井筒：绘制半径为r，长度为l，轴心平行于z轴，与xy平面交点为(xo，yo)的柱面；

安全阀闸板：在柱面的底面绘制半径为R的填充圆；能够绕转轴在0°～90°范围内旋转；

闸板转轴：Z＝O，X＝C，C为转轴到套管中心的距离。

图9为在摄像头在模型管柱中心轴上方观察安全阀闸板的视角。

(4)、调整模型参数使模型图像与实际图像匹配，将相机部署在管柱中心轴上，距离、视场角及方位能够调整；标定相机参数，包括相机位置，视场角，视角，方位角；调整模型参数使模型图像与实际相机参数一致，得到安全阀在井中的图像，并记录模型安全阀开度。具体为：

(4.1)调整模型和相机的距离，使模型图像端面与管柱图像端面大小一致；

(4.2)调整模型中心坐标，通过水平和垂直方向的平移，使模型图像端面与管柱图像端面重合，如图11所示；

(4.3)调整方位，通过旋转使得模型闸板转动方向与实际闸板转动方向一致；

(4.4)调整模型闸板开度，使模型闸板与实际闸板图像重合，此时模型安全阀开度即为实际安全阀开度。如图12所示，红色部分为闸板与下方安全阀视频图像中的闸板完全重合，安全阀开度为62°；

(5)逐一标定所有需要标定的点，用表格记录控制压力与开度的数值，并绘制其关系曲线，即完成标定。

本发明利用井下摄像机检测安全阀闸板位置，三维建模与标定软件建立虚拟三维模型，并通过调整模型与相机参数使得模型图像与实际图像相匹配，测量安全阀的开度，在安全阀实际的工作状态下标定安全阀的开度，从而实现对井下安全阀的检测和标定，结果更加直观、准确、高效。

Claims (3)

1.一种井下安全阀在线检测和标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)部署井下电视，获取安全阀图像

通过操作测井车绞车将测井工具串下放到井筒内安全阀位置，井下测井工具串完成视频的采集、压缩编码，通过高速遥传将视频图像实时传输到地面系统，从而获得井下安全阀图像；

(2)给定需要标定的地面压力，记录安全阀的图像；

(3)利用三维建模与标定软件绘制模型

三维标定模型简化为井筒，安全阀闸板，闸板转轴三部分，输入参数包括管径，轴心，长度，转轴原点，转轴方向，闸板开度；

(4)、调整模型参数使模型图像与实际图像匹配，将相机部署在管柱中心轴上，距离、视场角及方位能够调整；标定相机参数，包括相机位置，视场角，视角，方位角；调整模型参数使模型图像与实际相机参数一致，得到安全阀在井中的图像，并记录模型安全阀开度。

2.根据权利要求1所述的一种井下安全阀在线检测和标定方法，其特征在于，三维标定模型井筒，安全阀闸板，闸板转轴参数为：

井筒：绘制半径为r，长度为l，轴心平行于z轴，与xy平面交点为(xo，yo)的柱面；

安全阀闸板：在柱面的底面绘制半径为R的填充圆；能够绕转轴在0°～90°范围内旋转；

闸板转轴：Z＝O，X＝C，C为转轴到套管中心的距离。

3.根据权利要求1所述的一种井下安全阀在线检测和标定方法，其特征在于，步骤(4)具体为：

(4.1)调整模型和相机的距离，使模型图像端面与管柱图像端面大小一致；

(4.2)调整模型中心坐标，通过水平和垂直方向的平移，使模型图像端面与管柱图像端面重合；

(4.3)调整方位，通过旋转使得模型闸板转动方向与实际闸板转动方向一致；

(4.4)调整模型闸板开度，使模型闸板与实际闸板图像重合，此时模型安全阀开度即为实际安全阀开度；

(5)逐一标定所有需要标定的点，用表格记录控制压力与开度的数值，并绘制其关系曲线，即完成标定。

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