本發(fā)明屬于油田開采監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可分析油井供液情況的單流閥及油井供液情況的分析方法。

背景技術(shù)：

隨著油田的不斷深入開發(fā)，早期油井相繼進(jìn)入低產(chǎn)不穩(wěn)定階段，現(xiàn)階段，主要通過油井流量自動檢測裝置和油井示功圖反映油井運(yùn)行情況，油井流量自動檢測裝置只能分時輪流測量每口井的產(chǎn)液量，通過產(chǎn)液量變化，反映油井的實(shí)際供液情況；油井示功圖反映位移與載荷的關(guān)系，通過載荷的變化，間接反映抽油泵的運(yùn)行情況；通過以上兩種方式，可階段性反應(yīng)出油井工況變化情況，但不能實(shí)時反映出油井在每一個運(yùn)行周期中的供液變化情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題是一種可分析油井供液情況的單流閥及油井供液情況的分析方法，其安裝簡單、數(shù)據(jù)精度高、實(shí)時性強(qiáng)，可反映出油井在每個周期內(nèi)的供液變化情況，并實(shí)現(xiàn)油井工況自動診斷功能。

一種可分析油井供液情況的單流閥，包括閥體，所述閥體內(nèi)設(shè)有可上下活動的閥芯，所述閥芯一端通過彈簧與閥體連接，閥芯的另一端與密封座緊密接觸，還包括數(shù)據(jù)處理中心，所述閥體的上部設(shè)有采集箱，所述采集箱內(nèi)設(shè)有指示桿、圖像傳感器、照明單元和控制室，所述指示桿穿過閥體與閥芯豎直連接，指示桿的頂端設(shè)有僅在采集箱內(nèi)上下運(yùn)動的采集點(diǎn)，所述圖像傳感器用于采集指示桿信息傳輸至控制室中，所述采集箱外部還設(shè)有與控制室連接用于傳輸數(shù)據(jù)的天線；

所述控制室包括數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)存儲單元、無線傳輸單元, 數(shù)據(jù)存儲單元與數(shù)據(jù)處理單元連接，對運(yùn)行參數(shù)、采集到的數(shù)據(jù)存儲；無線傳輸單元與數(shù)據(jù)處理單元、天線連接，通過天線接收、發(fā)送數(shù)據(jù)處理中心的數(shù)據(jù)；圖像傳感器與數(shù)據(jù)處理單元連接用于采集指示桿的圖像。

進(jìn)一步的，所述采集箱內(nèi)設(shè)有溫度傳感器和和散熱單元，溫度傳感器獲取采集箱內(nèi)部的溫度數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理單元中，數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)設(shè)定的溫度范圍啟動、停止散熱單元工作。

進(jìn)一步的，所述采集箱為密封空間。

進(jìn)一步的，所述采集點(diǎn)為反光材料制成。

一種油井供液情況的分析方法，包括以下步驟:

1）采集特征油井一個周期的采集點(diǎn)運(yùn)動軌跡繪制時間-位移曲線圖作為備用，通過周期測量算法從時間-位移曲線圖中自動確定單流閥運(yùn)動周期，截取單流閥運(yùn)動軌跡中一個完整周期的運(yùn)動軌跡曲線，通過無線傳輸單元和天線將運(yùn)動軌跡曲線數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理中心，作為特征對比曲線；

2）通過對所有特征油井的一個完整周期的運(yùn)動軌跡曲線進(jìn)行分析，找到具有代表性的軌跡曲線，對時間軸進(jìn)行重采樣，使得一個周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)相同，歸一化位移軸后組成單流閥運(yùn)動軌跡特征庫：

其中，為特征庫中的特征曲線，為第種供液情況類型油井第條單流閥運(yùn)動軌跡特征曲線，為對應(yīng)的周期，為對應(yīng)的最大位移，為油井供液情況類型總數(shù)，為每種供液情況類型油井單流閥運(yùn)動軌跡特征曲線的總數(shù)；

3）數(shù)據(jù)處理單元通過圖像傳感器連續(xù)或者定時獲取指示桿中采集點(diǎn)的運(yùn)動圖像，通過移動目標(biāo)捕捉算法計(jì)算出指示桿的運(yùn)動軌跡，繪制時間-位移曲線圖作為待檢單流閥運(yùn)動軌跡曲線；

4）通過周期測量算法從單流閥運(yùn)動軌跡曲線中自動確定待檢單流閥運(yùn)動周期，截取待檢單流閥運(yùn)動軌跡中一個完整周期的運(yùn)動軌跡曲線，存儲在數(shù)據(jù)存儲單元中，并通過無線傳輸單元和天線將運(yùn)動軌跡曲線數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理中心；

數(shù)據(jù)中心接收到發(fā)送來的實(shí)時單流閥運(yùn)動軌跡曲線，對時間軸進(jìn)行重采樣，使得一個周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)與特征庫中的采樣點(diǎn)數(shù)相同，并歸一化位移軸，依次計(jì)算待檢單流閥運(yùn)動軌跡曲線與特征庫中特征曲線的相似程度，最相似的特征曲線對應(yīng)的值對應(yīng)的供液情況類型即為該油井的供液情況類型：

其中，為待檢單流閥運(yùn)動軌跡曲線，為特征庫中的特征曲線，為第種供液情況類型油井第條單流閥運(yùn)動軌跡特征曲線，為油井供液情況類型總數(shù)，為每種供液情況類型油井單流閥運(yùn)動軌跡特征曲線的總數(shù)；

5）將判斷出的油井供液情況類型存儲到數(shù)據(jù)處理中心數(shù)據(jù)庫中，以便于后續(xù)查詢分析。

進(jìn)一步的，特征油井包括正常油井、供液不足油井、自噴井、稠油井。

進(jìn)一步的，判斷待檢單流閥運(yùn)動軌跡曲線與特征庫中特征曲線的相似程度可采用計(jì)算兩個向量的相似性度量方式。

進(jìn)一步的，相似性度量方式包括歐式距離或夾角余弦等。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明現(xiàn)場安裝簡單，采用無接觸性測量及高分辨率圖像傳感器，采集數(shù)據(jù)精度高，實(shí)時性強(qiáng)，可反映出油井在每個周期內(nèi)的供液變化情況，并實(shí)現(xiàn)油井工況自動診斷功能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明控制部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明裝置現(xiàn)場應(yīng)用示意圖；

圖4為本發(fā)明測量的油井供液充足情況下的示意圖；

圖5為本發(fā)明測量的油井嚴(yán)重供液不足情況下的示意圖；

圖6為本發(fā)明測量的稠油井供液充足情況下的示意圖。

圖中：指示桿1，照明單元2，采集箱3，圖像傳感器4，控制室5，天線6，彈簧7，支架8，閥芯9，散熱單元10，密封座11，閥體12，數(shù)據(jù)處理單元13，溫度傳感器14，數(shù)據(jù)處理單元15，無線傳輸單元16，數(shù)據(jù)處理中心17。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

為了能夠清晰了解單流閥的工作原理，如圖1和圖2所示，一種可分析油井供液情況的單流閥，主要包含輸入端、輸出端、閥體12、閥芯9、密封座11、彈簧7，液體只能從輸入端流入到閥體12中，由于輸入端壓力要大于輸出端壓力，在壓力作用下，彈簧7被壓縮，使閥芯9跟隨彈簧7上移，并與密封座11分離，流入的液體從輸出端流出；當(dāng)輸入端無液體流入時，由于彈簧7的作用，將閥芯9與密封座11緊密接觸，防止液體從輸出端倒流入到輸入端，還包括照明單元2、散熱單元10、支架8、控制室5、采集箱3、指示桿1、數(shù)據(jù)存儲單元13、無線傳輸單元16、天線6、圖像傳感器4、溫度傳感器14、數(shù)據(jù)處理單元15、數(shù)據(jù)存儲單元13、無線傳輸單元16、數(shù)據(jù)處理中心17，數(shù)據(jù)處理單元15位于控制室5內(nèi)，照明單元2、散熱單元10、支架8、控制室5、圖像傳感器4、溫度傳感器14位于采集箱3內(nèi)部，天線6安裝在采集箱3外部，采集箱3通過螺栓或者焊接與閥體12連接并位于閥體12上部，照明單元2與數(shù)據(jù)處理單元13連接，為采集箱3內(nèi)部提供亮度；散熱單元10與數(shù)據(jù)處理單元15連接，實(shí)現(xiàn)采集箱3內(nèi)部散熱；指示桿1穿過閥體12與閥芯9連接，跟隨閥芯9做上、下運(yùn)動；數(shù)據(jù)存儲單元13與數(shù)據(jù)處理單元15連接，對運(yùn)行參數(shù)、采集到的數(shù)據(jù)存儲；無線傳輸單元16與數(shù)據(jù)處理單元15、天線6連接，通過天線6接收、發(fā)送數(shù)據(jù)處理中心17的數(shù)據(jù)；圖像傳感器4與數(shù)據(jù)處理單元15連接，通過支架8固定在采集箱3內(nèi)部，用于采集圖像；溫度傳感器14與數(shù)據(jù)處理單元15連接，采集溫度數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理單元15為核心控制部件，控制數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析及照明、散熱。

為了防止外界的干擾，采集箱3為密閉空間，在其內(nèi)部安裝照明單元2、散熱單元10、溫度傳感器14、圖像傳感器4、控制室5，照明單元2安裝在采集箱3頂部并位于指示桿1與圖像傳感器4中間，便于獲得更好的亮度，散熱單元10安裝在采集箱3的底部，數(shù)據(jù)處理單元15通過溫度傳感器14獲取采集箱3內(nèi)部的溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)定的溫度范圍啟動、停止散熱單元10工作，以便提供合適的溫度范圍，保證圖像傳感器4在內(nèi)的其它單元正常工作，指示桿1同時穿過采集箱3、閥體12、彈簧7，與閥芯9連接，跟隨閥芯9在閥體12、采集箱3內(nèi)部做上、下往復(fù)運(yùn)動，為了便于圖像傳感器4采集，在指示桿1的頂部涂有反光材料，另外，指示桿1的頂部僅在采集箱3內(nèi)部做上、下往復(fù)運(yùn)動。數(shù)據(jù)處理單元15通過圖像傳感器4采集指示桿1的運(yùn)動圖像，通過現(xiàn)有的圖像識別算法分析、計(jì)算出指示桿1的運(yùn)動軌跡，繪制時間-運(yùn)動軌跡曲線圖，將分析、計(jì)算得出的時間-運(yùn)動軌跡曲線圖存儲在數(shù)據(jù)存儲單元16，并通過無線傳輸單元16和天線6將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

如圖3所示，單流閥為每口油井必需的設(shè)備，將可分析油井供液情況的單流閥安裝在井口的輸油管線上，其工作原理為抽油機(jī)在上沖程提取液量過程時，油管中的壓力增大，使單流閥閥芯9打開，使液體從油管中經(jīng)過閥體12流入到輸油管線中；在抽油機(jī)下沖程過程中，油管中的壓力變小，單流閥的閥芯9在彈簧7的作用下關(guān)閉，防止輸油管線中的液體經(jīng)閥體12倒流入油管中。目前，現(xiàn)有的監(jiān)控油井工作設(shè)備中，沒有對單流閥的閥芯9打開與關(guān)閉進(jìn)行監(jiān)控，本發(fā)明針對此問題，采用圖像傳感器4實(shí)時監(jiān)控指示桿1的運(yùn)行軌跡，通過指示桿1反映出單流閥內(nèi)部閥芯9的運(yùn)行軌跡，掌握每口油井在每個周期出液情況，便于精細(xì)化掌握油井的生產(chǎn)運(yùn)行情況。

一種油井供液情況的分析方法，通過圖像傳感器4獲取單流閥指示桿1的運(yùn)動軌跡，用此運(yùn)動軌跡與特征庫中的運(yùn)動軌跡進(jìn)行比對，確定當(dāng)前油井的供液情況，所述的特征庫包含正常油井、供液不足油井、自噴井、稠油井單流閥指示桿運(yùn)動軌跡，所述的特征庫可根據(jù)實(shí)際情況增加、刪除單流閥指示桿運(yùn)動軌跡。

圖4、圖5、圖6為本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用中通過圖像傳感器4采集到的單流閥指示桿1時間-運(yùn)動軌跡曲線圖。圖4為油井供液充足的時間與運(yùn)動軌跡曲線圖，在該圖中，1點(diǎn)代表單流閥的閥芯9處于關(guān)閉狀態(tài)，伴隨抽油機(jī)在上沖程提液過程中，液體逐漸進(jìn)入到閥體12中，隨著油管中壓力增大，閥芯9逐步打開，指示桿1隨著閥芯9移動，圖像傳感器4實(shí)時捕獲到指示桿1的運(yùn)動，并將捕獲到的圖像實(shí)時傳輸至數(shù)據(jù)處理單元15，數(shù)據(jù)處理單元15根據(jù)特定的算法識別分析出指示桿1的運(yùn)動位移，由于液量充足，在閥芯9到達(dá)2點(diǎn)時，閥芯9已完全打開，在抽油機(jī)上沖程的運(yùn)行過程中，此閥芯9一直保持在此位置，從2點(diǎn)到3點(diǎn)位置，為一條水平線，從3點(diǎn)開始，抽油機(jī)開始進(jìn)入下沖程，停止提取液體，隨著油管壓力降低，閥芯9在彈簧的作用下，逐漸關(guān)閉，當(dāng)?shù)竭_(dá)4點(diǎn)時，閥芯9與密封座11完全接觸，將油管與輸油管線隔開，防止輸油管線中的液體倒流入油管中，其中，1與2、3與4之間的連線根據(jù)抽油機(jī)沖次、供液情況會出現(xiàn)不同，從5點(diǎn)開始，抽油機(jī)再次進(jìn)入提取液量過程，按此過程周而復(fù)始的工作，因此，繪制圖的時間與運(yùn)動軌跡曲線圖也會出現(xiàn)周期性的變化。圖5反映油井嚴(yán)重供液不足情況下的示意圖，在閥芯9剛完全打開時，即到達(dá)2點(diǎn)時，抽油機(jī)進(jìn)入下沖程停止提取液體，從3點(diǎn)開始，閥芯9逐步關(guān)閉，到達(dá)4點(diǎn)時，已完全關(guān)閉。圖7反映稠油井供液充足情況下一個運(yùn)行周期變化情況，由于液體的粘度較高，導(dǎo)致液體的流動性變差，導(dǎo)致閥芯9的運(yùn)動出現(xiàn)遲緩，例如圖6中從1點(diǎn)到2點(diǎn)的過程變化，另外一個顯著的變化為在抽油機(jī)的下沖程中，由于液體粘度高，流動性差，閥芯9在彈簧7的作用下自動關(guān)閉過程緩慢，即圖6中從4點(diǎn)到5點(diǎn)的過程，此段與油井供液充足油井的差別較大，以上采集的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理單元15的控制下，通過無線傳輸單元16傳輸至數(shù)據(jù)處理中心17，供瀏覽、查詢、分析。通過以上時間與運(yùn)動軌跡曲線圖可實(shí)際反映出抽油機(jī)在每個周期內(nèi)提取液量的變化情況，為進(jìn)一步掌握油井的工況情況，提供了理論依據(jù)。

將圖4、圖5、圖6時間-運(yùn)動軌跡曲線圖納入特征庫中，當(dāng)再次采集到相似的曲線圖時，則可直接判斷出該油井的工況，為了完善特征庫，可將正常油井、供液不足油井、自噴井、稠油井單流閥指示桿1運(yùn)動軌跡納入到特征庫中，并可將其它工況的油井單流閥指示桿1運(yùn)動軌跡也納入到特征庫中，也可刪除特征庫中已有類型的指示桿1運(yùn)動軌跡，最終使特征庫涵蓋各種油井工況情況，實(shí)現(xiàn)油井工況自動診斷功能。

其具體步驟為：

1)分別選取部分正常油井、供液不足油井、自噴井、稠油井等供液情況的油井作為特征油井，利用本裝置連續(xù)獲取這部分特征油井一段時間的單流閥指示桿1運(yùn)動軌跡，數(shù)據(jù)處理單元15通過圖像傳感器4獲取指示桿1中采集點(diǎn)的運(yùn)動圖像，通過移動目標(biāo)捕捉算法計(jì)算出指示桿1的運(yùn)動軌跡，繪制時間-位移曲線圖作為單流閥運(yùn)動軌跡曲線。

2)通過周期測量算法從單流閥運(yùn)動軌跡曲線中自動確定單流閥運(yùn)動周期，截取單流閥運(yùn)動軌跡中一個完整周期的運(yùn)動軌跡曲線，通過無線傳輸單元16和天線6將運(yùn)動軌跡曲線數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理中心17。

3)通過對所有特征油井的一個完整周期的運(yùn)動軌跡曲線進(jìn)行分析，找到具有代表性的軌跡曲線，對時間軸進(jìn)行重采樣，使得一個周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)相同，歸一化位移軸后組成單流閥運(yùn)動軌跡特征庫：

其中為第種供液情況類型油井第條單流閥運(yùn)動軌跡特征曲線，為對應(yīng)的周期，為對應(yīng)的最大位移，為油井供液情況類型總數(shù)，為每種供液情況類型油井單流閥運(yùn)動軌跡特征曲線的總數(shù)。

4)將本裝置安裝到待測試的油井上，連續(xù)或者定時獲取實(shí)時的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理單元15通過圖像傳感器4獲取指示桿1中采集點(diǎn)的運(yùn)動圖像，通過移動目標(biāo)捕捉算法計(jì)算出指示桿1的運(yùn)動軌跡，繪制時間-位移曲線圖作為待測單流閥運(yùn)動軌跡曲線。

5)通過周期測量算法從單流閥運(yùn)動軌跡曲線中自動確定單流閥運(yùn)動周期，截取單流閥運(yùn)動軌跡中一個完整周期的待測運(yùn)動軌跡曲線。存儲在本裝置的數(shù)據(jù)存儲單元13中，并通過無線傳輸單元16和天線6將運(yùn)動軌跡曲線數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理中心17。

6)數(shù)據(jù)處理中心17接收到待檢單流閥裝置發(fā)送來的單流閥運(yùn)動軌跡曲線，對時間軸進(jìn)行重采樣，使得一個周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)與特征庫中的采樣點(diǎn)數(shù)相同，并歸一化位移軸。依次計(jì)算待測單流閥運(yùn)動軌跡曲線與特征庫中特征曲線的相似程度，最相似的特征曲線對應(yīng)的值對應(yīng)的供液情況類型即為該油井的供液情況類型。

此處判斷待測單流閥運(yùn)動軌跡曲線與特征庫中特征曲線的相似程度可采用計(jì)算兩個向量的歐式距離或夾角余弦等相似性度量方式，但不限于這兩種方式。

7)將判斷出的油井供液情況類型存儲到數(shù)據(jù)處理中心（17）數(shù)據(jù)庫中，以便于后續(xù)查詢分析。