CN111075431B - 一种试油气参数记录仪、作业状态模式识别方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种试油气参数记录仪、作业状态模式识别方法及系统，一种基于张力变化的试油气参数记录仪，设置拉力悬吊组件，拉力悬吊组件至少有一端固定，拉力悬吊组件至少有一端连接待提放的油管或待提放的抽子；在所述拉力悬吊组件的固定端安装张力传感器。一种作业状态模式识别方法，利用本发明的基于张力变化的试油气参数记录仪收集张力数据，通过张力数据时间变化曲线识别作业状态；所述的作业状态包括下油管作业、起油管作业和抽汲作业。能有效记录试油作业参数，远程进行作业状态监控，并在一定程度上监测抽油量，实现作业监控。

Description

一种试油气参数记录仪、作业状态模式识别方法及系统

技术领域

本公开属于油气井探测领域，具体地，涉及一种试油气参数记录仪、作业状态模式识别方法及系统。

背景技术

试油(气)测试是油气勘探取得成果的关键，是寻找油气田、了解地下情况的最直接手段，也是为开发提供科学依据的重要环节。

具体流程:试油工在做好准备工作后便开始进行“试、探、提”作业了。“试”就是试压，对井口采油树及井下套管密闭性能进行检测；“探”下油管，就是将油管继续加深到井底，为了后续工作中录取试油资料更准确，试油工还要用清水洗井筒。之后，试油工还将参与测井射孔作业，将配好的特殊药液用泵车打入井下，送到即将射孔的井段，其目的是为了减少对射开井段地层造成的污染。抽汲取样，将抽子在油管内进行上下的往复运动，对油气层进行诱流，并提取油样、气样、水样进行分析。最后是“提”起油管，就是把下到全井筒的油管再全部提上来。提上来的油管必须摆放整齐，以便计算油管长度和井深。

在传统的试油气作业过程中，“探”、“提”即下油管、起油管过程没有完整的记录，全凭试油工人的记忆判断下/起了多少根油管。对下油管、起油管过程中的速度、起止时间等参数的记录也主要依靠工人的记录来完成。抽油诱流过程中，也依靠试油工进行记录。很大程度上加大了得到真实试油数据的难度。

发明内容

本公开的目的是针对现有生产作业过程中无法通过单一传感器有效记录试油作业参数的问题，提供了一种试油气参数记录仪、作业状态模式识别方法及系统，能够远程监测作业状态。

为实现本发明的目的，一种基于张力变化的试油气参数记录仪，设置拉力悬吊组件，拉力悬吊组件至少有一端固定，拉力悬吊组件至少有一端连接待提放的油管或待提放的抽子；

在所述拉力悬吊组件的固定端安装张力传感器。

可选的，张力传感器的型号为FYZLY-101。

可选的，所述的拉力悬吊组件为轮滑组件，所述的轮滑组件至少设置第一滑轮和第二滑轮，第一滑轮为定滑轮，第二滑轮为动滑轮，穿绕第一滑轮和第二滑轮设置第一拉绳；

待提放的油管或待提放的抽子悬挂在第二滑轮上。

可选的，所述的拉力悬吊组件还包括第三滑轮，第三滑轮与所述的第二滑轮悬吊连接；且在所述的第三滑轮上缠绕第二拉绳；

第二拉绳的自由端悬挂待提放的油管或待提放的抽子。

可选的，还包括修井机，所述的修井机为拉力悬吊组件提供动力。

为达到本发明的目的，一种作业状态模式识别方法，利用本发明所述的试油气参数记录仪收集张力数据，通过张力-时间变化曲线识别作业状态；所述的作业状态包括下油管作业、起油管作业和抽汲作业。

可选的，根据张力脉冲变化值进行作业状态判断；未悬吊油管或抽子时张力传感器测得的张力为F，单位为N，张力传感器收集的张力按照时间(s)顺序组成一维数组，一维数组对时间的关系为F_n(t)，脉冲值f_n(t)＝F_n(t)-F；n表示某一时间测定张力的数据编号，n取不为零的自然数；

Sn＝max[f_n(t)]-max[f_(n-1)(t)]

S_n为张力脉冲变化值，设定单根油管的重量为G_管，单位为N；

当S_n大于0，且(Sn-G_管)＜(G_管/10)，则判定当前状态为下油管作业；

当S_n小于0，且|Sn-G_管|＜(G_管/10)，则判定当前状态为起油管作业；

当连续的10个S_n的|Sn|＜(G_管/10)，则判定当前状态为抽汲作业。

可选的，所述的抽汲过程还包括开始下放抽子、抽子位于动液面、抽子到达抽深、抽子上提过程、抽子开始出液和抽子到达井口；根据实际抽子所对应的开始下放抽子、抽子位于动液面、抽子到达抽深、抽子上提过程、抽子开始出液和抽子到达井口的状态进行张力-时间变化曲线波形的对应。

可选的，还包括抽油重量识别，具体包括：

当前处于抽汲作业时进行抽油重量的计算：

m_油＝[F_n(t)-F_n-1(t)]a/2*sinθ*g+ρ_绳(H_n-H_n-1)；

m_油为单次抽汲排出油的质量；第一滑轮与第二滑轮之间的滑轮绕线为a根，ρ_绳拉绳的线密度，单位：Kg/m；张力传感器与绳的受力夹角为θ，°；g为重力常数，9.8N/Kg；F_n(t)为某一时刻张力计所采集的张力，N；H_n为某一时刻抽子到井口的深度，m。

为达到本发明的目的，一种作业状态模式识别系统，设置作业状态模式识别模块，所述的作业状态模式识别模块基于试油气参数记录仪收集张力数据，建立张力-时间变化曲线，根据张力脉冲变化值进行作业状态判断；所述的作业状态包括下油管作业、起油管作业和抽汲作业；抽汲作业包括开始下放抽子、抽子位于动液面、抽子到达抽深、抽子上提过程、抽子开始出液和抽子到达井口；

未悬吊油管或抽子时张力传感器的张力为F，单位为N，张力传感器收集的张力按照时间(min)顺序组成一维数组，一维数组对时间的关系为F_n(t)，脉冲值f_n(t)＝F_n(t)-F；n表示某一时间测定张力的数据编号，n取不为零的自然数；

Sn＝max[f_n(t)]-max[f_(n-1)(t)]

S_n为张力脉冲变化值，设定单根油管的重量为G_管，单位为N；

当S_n大于0，且(Sn-G_管)＜(G_管/10)，则判定当前状态为下油管作业；

当S_n小于0，且|Sn-G_管|＜(G_管/10)，则判定当前状态为起油管作业；

当连续的10个S_n的|Sn|＜(G_管/10)，则判定当前状态为抽汲作业；

还设置抽油重量识别模块；

抽油重量识别具体包括，当处于抽汲作业时：

m_油＝[F_n(t)-F_n-1(t)]a/2*sinθ*g+ρ_绳(H_n-H_n-1)

m_油为单次抽汲排出油的质量；第一滑轮与第二滑轮之间的滑轮绕线为a根，ρ_绳拉绳的线密度，单位：Kg/m；张力传感器与绳的受力夹角为θ，°；g为重力常数，9.8N/Kg；F_n(t)为某一时刻张力计所采集的张力，N；H_n为某一时刻抽子到井口的深度，m。

本发明达到的技术效果：

本发明的试油气参数记录仪、作业状态模式识别方法及系统，能够远程监测作业状态，并在一定程度上监测抽油量，实现作业监控。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。

图1为本发明的试油气参数记录仪第一种连接状态结构图；

图2为本发明的试油气参数记录仪第二种连接状态结构图；

图3为2018年8月16日至2018年8月31日期间，某口井试油作业过程的完整曲线，包含了三个阶段的下油管作业、三个阶段的起油管作业、两个阶段的抽汲作业；

图4为2018年11月4日至2018年11月19日期间，某口井试油作业过程的完整曲线，包含了三个阶段的下油管作业、三个阶段的起油管作业、两个阶段的抽汲作业；

图5为图4中抽汲作业详图、下油管作业详图和起油管作业详图；

图6为图5中抽汲过程中各状态抽子与液面的状态图；

图中各标号表示为：1-张力传感器、2-第一滑轮、3-第一拉绳、4-第二滑轮、5-起吊件、6-油管、7-油井、8-修井机、9-第一地锚点、10-第二地锚点、11-第三滑轮、12-抽子、13-第二拉绳。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

结合图1-2，本发明的基于张力变化的试油气参数记录仪，设置拉力悬吊组件，拉力悬吊组件至少有一端固定，拉力悬吊组件至少有一端连接待提放的油管6或待提放的抽子12；在拉力悬吊组件的固定端安装张力传感器1。本发明通过对拉力悬吊组件上拉绳的张力监测、绘制张力相对时间的变化趋势图。通过对张力、时间变化趋势图的分析准确的划分出某个时间段内所进行的工作状态。进而得出下油管、起油管的开始时间、结束时间；下、起油管的根数及深度；下、起油管的单根速度、平均速度；单根油管的最短、最长下、起时长。抽汲作业的开始、结束时间，动液面位置，单次抽汲时长；单次抽液量；累计抽液量；抽汲总次数等详细参数。

在本公开的实施例中，张力传感器1将测得的张力数据以时间顺序传输储存，以s为单位；张力传感器1的型号为FYZLY-101。

在本公开的实施例中，拉力悬吊组件为轮滑组件，轮滑组件至少设置第一滑轮2和第二滑轮4，第一滑轮2为定滑轮，第二滑轮4为动滑轮，穿绕第一滑轮2和第二滑轮4设置第一拉绳3；待提放的油管6或待提放的抽子12悬挂在第二滑轮4上。最好的，在第二滑轮上安装起吊件5，比如钩子，用于悬挂待提放的油管6或待提放的抽子12。作业时，先通过拉力悬吊组件上的起吊件5将油管由油井7的井口下放到井底；

在本公开的实施例中，拉力悬吊组件还包括第三滑轮11，第三滑轮11与第二滑轮4悬吊连接；且在第三滑轮11上缠绕第二拉绳13；第二拉绳13的自由端悬挂待提放的油管6或待提放的抽子12。当油管6下放到井底后，需要通过抽子12进行抽油作业，即抽汲作业。

在本公开的实施例中，还包括修井机8，修井机8为拉力悬吊组件提供动力，当拉力悬吊组件的第一拉绳3的一端在第一地锚点9固定，另一端与修井机8连接进行油管下放的操作；结束后，将第一拉绳3的另一端固定在第二地锚点10，然后将第三滑轮11与第二滑轮4连接，进行抽汲操作，即第二拉绳13的自由端与抽子12连接进行抽汲作业，第二拉绳13的另一端与修井机8动力连接提供动力。

本发明的作业状态模式识别方法：利用基于张力变化的试油气参数记录仪收集张力数据，通过张力数据时间变化曲线识别作业状态；作业状态包括下油管作业、起油管作业和抽汲作业；下油管作业指的是油管由井口下放到井底的过程；起油管作业指的是当抽汲作业完成，将油管由井底拉倒井上的过程。抽汲作业包括开始下放抽子、抽子位于动液面、抽子到达抽深、抽子上提过程、抽子开始出液和抽子到达井口。开始下放抽子：即修井机开始逆时针旋转，由重力带动抽子下放入井中；抽子位于动液面：即抽子达到油管内有油液的位置；抽子到达抽深：即抽子达到预定最大深度，准备开始上提；抽子上提过程：即修井机开始顺时针旋转，带动抽子与抽子上的油液一起上升的过程；抽子开始出液：油液开始从井口溢出；抽子到达井口：在上提过程结束时，抽子达到的最高位置。

在本公开的实施例中，结合图3，根据张力脉冲变化值进行作业状态判断；未悬吊油管或抽子时张力传感器的张力为F，单位为N，张力传感器收集的张力按照时间(s)顺序组成一维数组，一维数组对时间的关系为F_n(t)，脉冲值f_n(t)＝F_n(t)-F；n表示某一时间测定张力的数据编号，n取不为零的自然数；

Sn＝max[f_n(t)]-max[f_(n-1)(t)]

S_n为张力脉冲变化值，设定单根油管的重量为G_管，单位为N；

当S_n大于0，且(Sn-G_管)＜(G_管/10)，则判定当前状态为下油管作业；

当S_n小于0，且|Sn-G_管|＜(G_管/10)，则判定当前状态为起油管作业；

当连续的多个S_n(通常为10个)|Sn|＜(G_管/10)，则判定当前状态为抽汲作业。

在本公开的实施例中，还包括抽油重量识别，具体包括：

当前处于抽汲作业时进行抽油重量的计算：

m_油＝[F_n(t)-F_n-1(t)]a/2*sinθ*g+ρ_绳(H_n-H_n-1)；

m_油为单次抽汲排出油的质量；第一滑轮与第二滑轮之间的滑轮绕线为a根，ρ_绳拉绳的线密度，单位：Kg/m；张力传感器与绳的受力夹角为θ，°；g为重力常数，9.8N/Kg；F_n(t)为某一时刻张力计所采集的张力，N；H_n为某一时刻抽子到井口的深度，m。

结合图6，假设1：抽子与油管之间的摩擦力相对于抽子重力较小，设定为0；拉绳的半径为：r单位m(现已知钢绳半径为7.8mm)；油管的内径为：R单位m；拉绳重力：G_绳；抽子的重力为G_抽；

F_n为某一时刻张力计所采集的张力，H_n为某一时刻抽子到井口的深度(抽子的上表面到井口的距离)。

F₁＝2(G_抽+G_绳)*sinθ；

即为井口时(图6中的1时间点位置)；

时间点2，张力计采集到张力值F₂，(H₂-H₁)＝(F₂-F₁)*n/2ρ_绳*g*sinθ；

(H₂-H₁)就为动液面深度；H₂表示时间点2时，抽子到井口的距离。

当抽子与钢绳位于动液面中时.

(H₃-H₂)＝(F₃-F₂)*n/2(ρ_绳-ρ_油πr²)*g*sinθ；

其中(H₃-H₂)为抽深，H₃表示时间点3时，抽子到井口的距离；

m_油＝(F₅-F₄)a/2*sinθ*g+ρ_绳(H₅-H₄)

其中(H₅-H₄)为液体高度，即时间点5时的抽子上表面到井口的距离。

本发明的作业状态模式识别系统，设置作业状态模式识别模块，所述的作业状态模式识别模块基于张力变化的试油气参数记录仪收集张力数据，通过张力数据时间变化曲线识别作业状态；所述的作业状态包括下油管作业、起油管作业和抽汲作业；抽汲作业包括开始下放抽子、抽子位于动液面、抽子到达抽深、抽子上提过程、抽子开始出液和抽子到达井口；

根据张力脉冲变化值进行作业状态判断；

未悬吊油管或抽子时张力传感器的张力为F，单位为N，张力传感器收集的张力按照时间(min)顺序组成一维数组，一维数组对时间的关系为F_n(t)，脉冲值f_n(t)＝F_n(t)-F；n表示某一时间测定张力的数据编号，n取不为零的自然数；

Sn＝max[f_n(t)]-max[f_(n-1)(t)]

S_n为张力脉冲变化值，设定单根油管的重量为G_管，单位为N；

当S_n大于0，且(Sn-G_管)＜(G_管/10)，则判定当前状态为下油管作业；

当S_n小于0，且|Sn-G_管|＜(G_管/10)，则判定当前状态为起油管作业；

当连续的10个S_n的|Sn|＜(G_管/10)，则判定当前状态为抽汲作业；

还设置抽油重量识别模块；

抽油重量识别具体包括，当处于抽汲作业时：

m_油＝[F_n(t)-F_n-1(t)]a/2*sinθ*g+ρ_绳(H_n-H_n-1)

m_油为单次抽汲排出油的质量；第一滑轮与第二滑轮之间的滑轮绕线为a根，ρ_绳拉绳的线密度，单位：Kg/m；张力传感器与绳的受力夹角为θ，°；g为重力常数，9.8N/Kg；F_n(t)为某一时刻张力计所采集的张力，N；H_n为某一时刻抽子到井口的深度，m。

结合上述的方法和系统，利用本发明的装置和方法进行实际检测：

验证实例一：

长庆油田某油井2018年08月16日至2018年08月31日试油气作业：具体结果见图3：

抽子与油管之间的摩擦力相对于抽子重力较小，设定为0；

拉绳的半径为：r单位m(现已知钢绳半径为7.8mm,即0.078m)；

油管的内径为：R单位m，0.62m；

拉绳重力：G_绳,为时时变量，单位为N；

抽子的重力为G_抽，200N；

第一滑轮与第二滑轮之间的滑轮绕线为a＝6根；

ρ_绳拉绳的线密度，单位：Kg/m，为0.84Kg/m；

张力传感器与绳的受力夹角为θ，°，30°；

g为重力常数，9.8N/Kg。

验证实例二：

长庆油田某油井2018年11月4日至2018年11月19日试油气作业：具体结果见表1-3及图4和5：

抽子与油管之间的摩擦力相对于抽子重力较小，设定为0；

拉绳的半径为：r单位m(现已知钢绳半径为7.8mm,即0.078m)；

油管的内径为：R单位m，0.62m；

拉绳重力：G_绳,为时时变量，单位为N；

抽子的重力为G_抽，200N；

第一滑轮与第二滑轮之间的滑轮绕线为a＝6根；

ρ_绳拉绳的线密度，单位：Kg/m，为0.84Kg/m；

张力传感器与绳的受力夹角为θ，°，30°；

g为重力常数，9.8N/Kg；

结果见下表：

表1

对应表1数据的曲线图见图5的抽汲作业。

表2

对应表2数据的曲线图见图5的下油管作业。

表3

对应表3数据的曲线图见图5的起油管作业。

以上数据表明，经实际使用比对证明，本发明的试油气参数记录仪、作业状态模式识别方法及系统，能够远程监测作业状态，并在一定程度上监测抽油量，实现作业监控。

结合图6，(图6为对图5中的抽汲曲线进行放大分析，横坐标以秒为单位)抽汲过程还包括开始下放抽子、抽子位于动液面、抽子到达抽深、抽子上提过程、抽子开始出液和抽子到达井口，根据实际抽子所对应的开始下放抽子、抽子位于动液面、抽子到达抽深、抽子上提过程、抽子开始出液和抽子到达井口的状态进行张力数据时间变化曲线波形的对应；具体的，在图6中时间点1位置抽子位于最高点(井口)，抽子上方没有油液，悬挂到缆绳现在最短反应到张力曲线上是图6所示，在时间点1时，张力最小。这时，如果张力逐渐增加，则认为开始下放抽子。时间点2时，抽子下降到动液面时，由于抽子接触到液面，张力会出现明显的波动，形成一个脉冲。张力值达到最大值时的前一时刻点，就是到达抽深位置。张力达到最大值时，为开始上提的时间点。开始出液时，张力曲线的斜率的绝对值增大，并在整个出液过程中曲线相对平滑。到达井口时，张力回到最低值。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (8)

1.一种作业状态模式识别方法，其特征在于，利用试油气参数记录仪收集张力数据，通过张力-时间变化曲线识别作业状态；

所述的试油气参数记录仪设置拉力悬吊组件，拉力悬吊组件至少有一端固定，拉力悬吊组件至少有一端连接待提放的油管（6）或待提放的抽子（12）；

在所述拉力悬吊组件的固定端安装张力传感器（1）；

所述的作业状态包括下油管作业、起油管作业和抽汲作业；

根据张力脉冲变化值进行作业状态判断；

未悬吊油管或抽子时张力传感器测得的张力为，单位为，张力传感器收集的张力按照时间秒顺序组成一维数组，一维数组对时间的关系为，脉冲值；表示某一时间测定张力的数据编号，取不为零的自然数；

；

为张力脉冲变化值，设定单根油管的重量为，单位为；

当大于0，且，则判定当前状态为下油管作业；

当小于0，且，则判定当前状态为起油管作业；

当连续的10个的，则判定当前状态为抽汲作业。

2.根据权利要求1所述的作业状态模式识别方法，其特征在于，还包括抽油重量识别，具体包括：

当前处于抽汲作业时进行抽油重量识别：

；

为单次抽汲排出油的质量；第一滑轮与第二滑轮之间的滑轮绕线为根，拉绳的线密度，单位：Kg/m；张力传感器与绳的受力夹角为，°；为重力常数，9.8N/Kg；为某一时刻张力计所采集的张力，N；为某一时刻抽子到井口的深度，m。

3.根据权利要求1或2所述的作业状态模式识别方法，其特征在于，张力传感器（1）的型号为FYZLY-101。

4.根据权利要求1或2所述的作业状态模式识别方法，其特征在于，所述的拉力悬吊组件为轮滑组件，所述的轮滑组件至少设置第一滑轮（2）和第二滑轮（4），第一滑轮（2）为定滑轮，第二滑轮（4）为动滑轮，穿绕第一滑轮（2）和第二滑轮（4）设置第一拉绳（3）；

待提放的油管（6）或待提放的抽子（12）悬挂在第二滑轮（4）上。

5.根据权利要求4所述的作业状态模式识别方法，其特征在于，所述的拉力悬吊组件还包括第三滑轮（11），第三滑轮（11）与所述的第二滑轮（4）悬吊连接；且在所述的第三滑轮（11）上缠绕第二拉绳（13）；

第二拉绳（13）的自由端悬挂待提放的油管（6）或待提放的抽子（12）。

6.根据权利要求1或2所述的作业状态模式识别方法，其特征在于，还包括修井机（8），所述的修井机（8）为拉力悬吊组件提供动力。

7.一种作业状态模式识别系统，其特征在于，设置作业状态模式识别模块，所述的作业状态模式识别模块基于试油气参数记录仪收集张力数据，建立张力-时间变化曲线模型，根据张力脉冲变化值进行作业状态判断；所述的作业状态包括下油管作业、起油管作业和抽汲作业；

未悬吊油管或抽子时张力传感器的张力为，单位为N，张力传感器收集的张力按照时间分钟顺序组成一维数组，一维数组对时间的关系为，脉冲值；表示某一时间测定张力的数据编号，取不为零的自然数；

；

为张力脉冲变化值，设定单根油管的重量为，单位为N；

当大于0，且，则判定当前状态为下油管作业；

当小于0，且，则判定当前状态为起油管作业；

当连续的10个的，则判定当前状态为抽汲作业。

8.根据权利要求7所述的作业状态模式识别系统，其特征在于，还设置抽油重量识别模块；

抽油重量识别模块具体包括，当处于抽汲作业时：

；

为单次抽汲排出油的质量；第一滑轮与第二滑轮之间的滑轮绕线为根，拉绳的线密度，单位：Kg/m；张力传感器与绳的受力夹角为，°；为重力常数，9.8N/Kg；为某一时刻张力计所采集的张力，N；为某一时刻抽子到井口的深度，m。