專利名稱：稠油井群產量動態監測系統及流量在線監測方法
技術領域：
本發明屬于油田油井抽油技術領域，特別是適用于油田稠油井抽油時的一種稠油井群產量動態監測系統及流量在線監測方法。
背景技術：
稠油的開采生產具有特殊性，原油含蠟量高、油黏、含沙，從注蒸汽、悶井到放噴，然后采油，產量逐漸遞減，到下一輪注蒸汽，整個生產周期中，產液量波動大。同時其他影響生產的因素也多如井下地層出沙、串水、堵塞不出液、抽油泵泄漏、井口裝置密封不嚴等，最終都會影響稠油井的生產。為了及時掌握生產情況，采取技術措施，排除影響因素，提高生產效率，其最好的方法就是檢測動態產量，及時有效地發現和解決生產中的問題。此外，監測動態產量，也可為抽油機采油節能裝置的控制提供最好的控制信號源。但是稠油井的高黏度、含雜質、低流量(0.5-10m3/24h)、脈動出液等特性，給動態流量的測量帶來了嚴重困難。目前常用的流量計，如浮子流量計、渦輪流量計、腰輪流量計、電磁流量計都因產液的特殊性不能正常測試，故稠油井產量計量還是沿用了最原始的計量方法每1天或3天將各油井產出的油液導入流量罐，1小時量取該時段油井流出的液體體積，推算出1天的產量，顯然是極不準確的，也無法及時準確地反映油井產量的瞬值，對指導生產和節能控制就無大的意義。目前，對于低產液量的稠油井，國內尚未開發出稠油井群產量動態監測儀器設備。
發明內容
本發明的目的是提供一種自動化程度高，能夠通過計算機屏幕直接讀出被測油井稠油生產的動態流量，且具有一定精度的高效率稠油井群產量動態監測系統。
本發明的另一個目的是提供一種快捷、簡便、判定準確的流量在線監測方法。
為了實現上述目的，本發明所采取的技術方案是稠油井群流量動態監測系統包括若干個感應式流量傳感器，安裝在計量站的輸油分支管道上，用于采集通過輸油管道的油液瞬時流量信號并轉換為電信號；一個多通道數據采集卡，用于通過A/D轉換將各感應式流量傳感器采集轉換的電信號轉換為數字信號；一個計算機處理系統，用于接受多通道數據采集卡輸出的數字信號，并進行數據運算處理，將計算的出液量數據分井號儲存；一個顯示器，用于將數據運算處理結果進行界面顯示。
所述感應式流量傳感器是由帶有上下設置或左右設置進出液口的殼體和設置在殼體上部或殼體內部的傳感組件兩部分構成，其中，傳感組件具有一個與進液口內端相接觸的閥芯式感應測頭，測頭上部裝有導磁體，導磁體外部套裝有上下感應線圈和供磁線圈，導磁體與線圈之間設有不導磁護套。
所述上下感應線圈采用差動連接。
所述測頭的外表面涂敷有不粘油涂層。
本發明流量在線監測方法的具體步驟為(1)在計量站內的各輸油支管道上加裝感應式流量傳感器；
(2)由感應式流量傳感器對產液流量進行采樣，將每一時刻通過輸油管道的油液流量信號轉換為電信號；(3)由多通道數據采集卡通過A/D轉換，將感應式流量傳感器采集轉換的電信號轉換為數字信號；(4)由計算機將多通道數據采集卡轉換的數字信號通過設定的流量參數進行流量計算，并對每口井的出液量進行累積，將出液累積量分井號儲存；(5)由計算機將各井的出液累積量與設定的標準值進行比較、判斷各油井的生產狀態，并將流量值和生產狀態在顯示器的界面顯示。
應用本發明的稠油井群產量動態監測系統并配合其監測方法，其有益效果為(1)可以對產液量在每天0.5立方米以上稠油井群的工作狀態進行在線產量實時動態監測，并在整個監測過程完全通過計算機操作控制完成，因而具有自動化程度高、采樣密度高、監測效率高等優點。
(2)通過應用該測系統及監測方法，其輸出信號可以較精確地反映稠油井在各種復雜油質下出油情況的動態歷程，通過設置的數據采集卡可以對多口油井的感應式流量傳感器采集輸出的電信號進行轉換和傳輸；并按照設定的數學模型進行計算、狀態判定、存儲并在界面上顯示各油井的產量動態趨勢，從而可以實現在線實時監測各油井的生產狀態，如發現故障油井或低產量油井則可以發出警報信號，通知采油員工及時采取措施，以便降低生產成本、控制能耗、提高產量，如果將若干個井群的數字信號通過互聯網或者GPS發送到油田的管理中心，則中心管理人員可以借助中央監測計算機實時掌握所監測油田的各油井生產狀態。
(3)本發明可為抽油機采油節能的控制提供及時準確的控制信號。
(4)本發明的監測系統設計合理、操作簡便，實用性強；其監測方法快捷、簡便、判定準確，特別適應于油田稠油井群在產液過程中的流量監控要求。
圖1是本發明監測系統的布局結構示意圖；圖2是本發明臥式感應式流量傳感器結構示意圖；圖3是本發明立式感應式流量傳感器結構示意圖；圖4是本發明感應式流量傳感器局部結構簡圖；圖5是本發明稠油井群產量動態監測系統流程框圖；圖6是本發明流量在線監測時的計算機工作程序框圖。
具體實施例方式
參看圖1，圖中各標號分別為油井井群1、輸油支管道2、感應式流量傳感器3、總輸油管道4、傳輸電纜線5、供電電源6、數據采集卡7、計算機8、顯示器9。
本發明的稠油井群流量動態監測系統是由與被測油井數量相等的感應式流量傳感器3、傳輸電纜線5、供電電源6、多通道數據采集卡7、計算機8和顯示器9組成，其中感應式流量傳感器3安裝在計量站的輸油支管道2上。流量傳感器3輸出的信號經信號處理電路(圖中未示)處理后，通過傳輸電纜線5與多通道數據采集卡7的輸入端連接。數據采集卡7設置在計算機內，并通過數據信號傳輸線和控制信號傳輸線與計算機8連接，顯示器9與計算機8連接。在本案中，信號處理電路屬常規技術，此處不再贅述。
參看圖2、圖4，圖2所示為臥式結構的感應式流量傳感器3，包括傳感器殼體3-10和傳感組件，其傳感器殼體上的進出液口3-9、3-8為左右設置，主要用于安裝在橫置的輸液管道上，傳感組件設置在殼體3-10的外部上端，該組件具有一個與進液口3-9內端相接觸的閥芯式感應測頭3-7，測頭3-7的外表面涂敷有不粘油涂層，可使測頭3-7不受油液粘度的影響，以保證監測的靈敏度和準確度。在測頭3-7的上部裝有導磁體3-4，導磁體3-4外部套裝有上下感應線圈3-1、3-3和供磁線圈3-2，導磁體3-4與上下感應線圈3-1、3-3及供磁線圈3-2之間設有不導磁護套3-5，其中上下感應線圈3-1、3-3采用差動連接(參見圖4)。
圖3所示為立式結構的感應式流量傳感器3a，與臥式結構的感應式流量傳感器的不同點在于傳感器殼體3a-10的進出液口3a-9、3a-8為上下設置，主要用于安裝在豎置的輸液管道上。傳感組件設置在殼體3a-10的內部，包括上下感應線圈3a-1、3a-2、供磁線圈3a-2，導磁體3a-4、不導磁護套3a-5、感應測頭3a-7，傳感組件的結構及組裝方式均與圖2中的傳感組件相同，此處不再贅述。
工作時，由供電電源6通過設置在傳感組件外殼上的接線柱3-6或設置在傳感器殼體3-10上的接線柱3a-6給供磁線圈3-2或3a-2提供交流36V電源，根據電磁感應原理，感應測頭3-7或3a-7隨輸油支管道2內液流壓力的變化上下移動，并帶動導磁體3-4或3a-4與感應線圈3-1、3-3或3a-1、3a-3和供磁線圈3-2或3a-2相對移動，由此引起感應線圈3-1、3-3或3a-1、3a-3輸出電壓的變化，輸出的交流電壓信號隨感應測頭3-7或3a-7的位移量呈線性函數。
設置的感應式流量傳感器3、3a，用于采集通過輸油支管道2的油液瞬時流量信號并轉換為電信號；設置的多通道數據采集卡7，通過A/D轉換可將多個感應式流量傳感器3、3a采集輸出的電信號分別轉換為數字信號，并傳輸至計算機8；計算機8處理由數據采集卡7輸入的數字信號，按照設定的參數數學模型計算出各油井產液流量的折算值，輸送至人機顯示界面，同時通過設置的分類判斷程序對各油井的生產狀況進行正常、低產、故障等類別判定，并通過接口輸送至指令、報警系統。
在本案中，所述傳感式流量傳感器是以一定的采樣頻率采集電信號，經A/D轉換，得到分段時間的電壓值Vi，由計算機通過對采樣電壓值Vi進行累加，按數學模型計算出各油井每單位時間內通過液體的體積值，將該體積值送數據庫，分井號儲存。
所述數學模型包含的參數有參算常數K、采樣電壓Vi、流量體積V體，運算公式為V體＝K∑Vi，其中，K值的設定是由人工或計量罐測出油井1個小時的出液體積V1h，由計算機對流量傳感器在同一個小時內采集的電壓信號V1，V2，V3……Vi進行累加，求出總和∑Vi，再按運算公式K＝∑Vi/V1h計算出K值，作為數學模型的參算常量，并在監測系統運行的過程中，按周期1天或3天計量運算，刷新K值。
在分類判定程序中，輸入常數K后，每20min對各油井的出液量V體計算一次，并將計算的出液量V體20min值與各該口井規定的最低產液量V定進行比較，如果V體20min＜V定/72則報警；V體20min＞V定/72，則視為生產正常。
參看圖5，是本發明的稠油井群產量動態監測系統流程框圖，其監測流程為針對油井產出的液體為脈動出液、含蠟量高、油黏、含沙等特點，應用電磁傳感技術對出液流量進行大密度、高靈敏度的測量采樣；并通過多通道數據采集卡7的A/D轉換將流量傳感器輸出的電信號轉換為數字信號，由計算機進行參數設定，應用數學模型對多通道數據采集卡7輸出的各油井的數字信息進行數據處理，通過對各油井每股油液量的累計，計算出的各油井每單位時間內通過的液體的體積值，分庫存儲，并進行生產狀態如正常、低產、故障等的判定分類，提供指令、報警輸出，適時采取措施。同時可將各井動態產液流量值直接在人機界面顯示，通過通訊接口，向其它部門提供生產動態信息。
結合圖1，參看圖6，本發明流量在線監測時的計算機工作程序為1、打開電源6和計算機9，計算機9自動進行初始化，并進行各油井起始時間設置，設置各油井數學模型常數；2、將由感應式流量傳感器3或3a采集并通過數據采集卡7通過轉換輸出的各油井分時采樣的數字信號分井號儲存；3、按照設置的參數數學模型計算各油井產液量的折算值；4、將各油井的折算流量值分井號存入數據庫，以備調用；5、啟動判斷程序，調取各油井產液流量折算值進行正常、低產、故障狀態判定分類；6、從分存數據庫直接讀取流量值輸送至人機界面，并通過顯示器10顯示；7、將判定分類狀況或有關信息通過推動接口輸出報警；8、刷新界面，重復第5、6、7步程序。
權利要求
1.一種稠油井群產量動態監測系統，其特征在于它包括若干個感應式流量傳感器，安裝在計量站的輸油分支管道上，用于采集通過輸油管道的油液瞬時流量信號并轉換為電信號；一個多通道數據采集卡，用于通過A/D轉換將各感應式流量傳感器采集轉換的電信號轉換為數字信號；一個計算機處理系統，用于接受多通道數據采集卡輸出的數字信號，并進行數據運算處理，將計算的出液量數據分井號儲存；一個顯示器，用于將數據運算處理結果進行界面顯示。
2.根據權利要求1所述的稠油井群產量動態監測系統，其特征在于所述感應式流量傳感器是由傳感器殼體和傳感組件兩部分構成，其中，傳感器殼體帶有上下設置或左右設置的進出液口，傳感組件設置在殼體上部或殼體內部，所述傳感組件具有一個與進液口內端口相接觸的閥芯式感應測頭，測頭上部裝有導磁體，導磁體外部套裝有上下感應線圈和供磁線圈，導磁體與線圈之間設有不導磁護套。
3.根據權利要求1所述的稠油井群產量動態監測系統，其特征在于所述上下感應線圈采用差動連接。
4.根據權利要求2所述的稠油井群產量動態監測系統，其特征在于所述測頭的外表面涂敷有不粘油涂層。
5.一種用于稠油井群產量動態監測系統的流量在線監測方法，其特征在于該方法的具體步驟為(1)在計量站內的各輸油支管道上加裝感應式流量傳感器；(2)由感應式流量傳感器對產液流量進行采樣，將每一時刻通過輸油管道的油液流量信號轉換為電信號；(3)由多通道數據采集卡通過A/D轉換，將感應式流量傳感器采集轉換的電信號轉換為數字信號；(4)由計算機將多通道數據采集卡轉換的數字信號按照設定的流量參數和數學模型進行流量計算，并對每口井的出液量進行累積，將出液累積量分井號儲存；(5)由計算機將各油井的出液累積量按照設定的分類判定程序判定油井的生產狀態，并將產液量和生產狀態在顯示器的界面顯示。
6.根據權利要求5所述的流量在線監測方法，其特征在于所述數學模型包含的參數有參算常數K、采樣電壓Vi、流量體積V體，運算公式為V體＝K∑Vi，其中，K值的設定是由人工或計量罐測出油井1個小時的出液體積V1h，由計算機對流量傳感器在同一個小時內采集的電壓信號V1，V2，V3……Vi進行累加，求出總和∑Vi，再按運算公式K＝∑Vi/V1h計算出K值，作為數學模型的參算常量，并在監測系統運行的過程中，按周期1天或3天計量運算，刷新K值。
7.根據權利要求5所述的流量在線監測方法，其特征在于所述分類判定程序為輸入常數K，每20min對各油井的出液量V體計算一次，并將計算的出液量V體20min值與各該口井規定的最低產液量V定進行比較，如果V體20min＜V定/72則報警；V體20min＞V定/72，則視為生產正常。
全文摘要
本發明涉及一種稠油井群產量動態監測系統及流量在線監測方法，監測系統包括若干個安裝在計量站輸油分支管道上的感應式流量傳感器；一個用于將各流量傳感器采集轉換的電信號轉換為數字信號的多通道數據采集卡；一個用于將多通道數據采集卡輸出的數字信號進行數據運算處理的計算機處理系統；一個用于將數據運算處理結果進行界面顯示的顯示器。應用該監測系統及流量在線監測方法，可對稠油井群的工作狀態進行在線產量實時動態監測，整個監測過程完全通過計算機操作控制完成，因而具有自動化程度高、采樣密度高、監測效率高等優點。
文檔編號G05B15/02GK1952347SQ20061012820
公開日2007年4月25日 申請日期2006年11月15日 優先權日2006年11月15日
發明者陳干, 田勝, 付淑英 申請人:陳干