CN103670348A - 一种油井生产特性评价方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油井生产特性评价方法及装置，应用于油气开采技术领域，该方法包括：根据油井的流入动态曲线，确定一个产量序列；针对产量序列中每一个产量进行如下操作：确定该产量对应的井底流压；应用多相管流公式计算相应的泵吸入口压力；应用多相管流公式计算相应的泵出口压力；计算泵吸入口压力和泵出口压力之差，得到该产量对应的所需泵压差；计算该产量与所需泵压差的乘积，得到该产量对应的所需泵功率；建立产量与所需泵压差之间的函数关系；建立产量与所需泵功率之间的函数关系；利用上述两种函数关系，对油井的生产特性进行评价。本发明综合考虑了油藏、流体和井筒的工作特性，有助于从油井整体系统上对生产特性进行评价。

Description

一种油井生产特性评价方法及装置

技术领域

本发明涉及油气开采技术领域，具体地，涉及一种油井生产特性评价方法及装置。

背景技术

油气从油藏流入井底和在井筒中的流动是油气开采的两个基本流动过程，虽然它们在本质上有着不同的流动规律，但在生产过程中是两个相互衔接的过程，油气分别在油藏和井筒中的运动特性国内外都有深入的研究，从油藏流入井底的流动过程可用油井流入动态来描述，油气井筒中的流动过程可用多相管流规律来描述。

当油层能量充足时，可以利用油层本身的能量将油气通过油藏和井筒举升到地面，此时油井能够自喷；当油层能量较低时，就需要举升设备增加能量将油气从井底举升到地面上来。

人工举升井由两部分组成：油藏-井筒部分和举升设备部分，众所周知，电潜泵、螺杆泵、射流泵等举升设备都有对应的设备工作特性曲线（例如产量-压差曲线、产量-功率曲线），这类工作特性曲线能反映举升设备部分的工作能力；但是就目前国内外文献记载来看，还没有综合反映油藏-井筒及举升设备整体的工作特性曲线研究。

研究综合反映油藏-井筒及举升设备整体的工作特性曲线对于油气开采具有非常重要的意义，例如完井后油井能否自喷，自喷能力有多少，如不能自喷，不同产量需要举升设备提供多少能量，这些特性都可以利用综合反映油藏-井筒及举升设备整体的工作特性曲线来进行分析。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种油井生产特性评价方法及装置，以克服现有针对采油井生产特性曲线的研究仅限于举升设备部分，而没有针对整个油井系统进行研究的缺陷。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种油井生产特性评价方法，包括：

在预设的下泵深度条件下，根据油井的流入动态曲线，确定一个产量序列，所述产量序列中的每一个产量大于等于所述油井的最小产量且小于等于绝对无阻流量；

针对所述产量序列中每一个产量进行如下操作：根据所述流入动态曲线确定该产量对应的井底流压；根据该产量及所述井底流压，应用多相管流公式计算相应的泵吸入口压力；根据该产量及所述油井的井口压力，应用多相管流公式计算相应的泵出口压力；计算所述泵吸入口压力和泵出口压力之差，得到该产量对应的所需泵压差；计算该产量与所述所需泵压差的乘积，得到该产量对应的所需泵功率；

根据所述产量序列中每一个产量及其对应的所需泵压差，建立产量与所需泵压差之间的函数关系；并根据所述产量序列中每一个产量及其对应的所需泵功率，建立产量与所需泵功率之间的函数关系；

利用所述产量与所需泵压差之间的函数关系和/或所述产量与所需泵功率之间的函数关系，对所述油井的生产特性进行评价。

相应的，本发明还提供一种油井生产特性评价装置，包括：

序列确定模块，用于在预设的下泵深度条件下，根据油井的流入动态曲线，确定一个产量序列，所述产量序列中的每一个产量大于等于所述油井的最小产量且小于等于绝对无阻流量；

计算模块，用于针对所述产量序列中每一个产量进行如下操作：根据所述流入动态曲线确定该产量对应的井底流压；根据该产量及所述井底流压，应用多相管流公式计算相应的泵吸入口压力；根据该产量及所述油井的井口压力，应用多相管流公式计算相应的泵出口压力；计算所述泵吸入口压力和泵出口压力之差，得到该产量对应的所需泵压差；计算该产量与所述所需泵压差的乘积，得到该产量对应的所需泵功率；

函数关系建立模块，用于根据所述产量序列中每一个产量及其对应的所需泵压差，建立产量与所需泵压差之间的函数关系；并根据所述产量序列中每一个产量及其对应的所需泵功率，建立产量与所需泵功率之间的函数关系；

评价模块，用于利用所述产量与所需泵压差之间的函数关系和/或所述产量与所需泵功率之间的函数关系，对所述油井的生产特性进行评价。

借助于上述技术方案，本发明基于表征油气从油藏流入井底的流入动态曲线，以及表征油气在井筒中流动特性的多相管流规律，建立了油井产量与所需泵压差和所需泵功率之间的函数关系，给出了油井在不同产量下所需举升设备提供的扬程值和功率值，根据上述函数关系，可方便地对油井的生产特性进行评价，相比于现有技术，本发明综合考虑了油藏、流体和井筒的工作特性，有助于从油井整体系统上对生产特性进行评价。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的油井生产特性评价方法流程示意图；

图2是本发明提供的产量与所需泵压差和所需泵功率之间的曲线关系示意图；

图3是本发明提供的油井生产特性评价装置结构示意图；

图4是本发明实施例提供的不同油管内径下的产量-所需泵压差曲线；

图5是本发明实施例提供的产量-所需泵压差曲线和举升设备工作特性曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种油井生产特性评价方法，如图1所示，包括：

步骤S11，在预设的下泵深度条件下，根据油井的流入动态曲线，确定一个产量序列，所述产量序列中的每一个产量大于等于所述油井的最小产量且小于等于绝对无阻流。

具体的，流入动态曲线记录了油井产量与井底流压之间的关系，根据流入动态曲线可确定出油井的产量范围，进一步的，在油井的产量范围之内，以一定步长作为间隔，可确定出一系列产量。具体实施时，产量序列中各个产量之间的间隔越小，则计算结果越能真实反应油井的生产特性，但是计算量也会越大，因此在确定产量序列中各个产量之间的间隔时，需要综合权衡计算结果精确度与计算量大小。

为了以下描述方便，以下内容中产量序列以（Q₁，Q₂，Q₃…，Q_N）表示，其中，Q_N表示产量，N为自然数，且N≥1。

步骤S12，针对所述产量序列中每一个产量，执行如下步骤S121～步骤S125：

步骤S121，根据所述流入动态曲线确定当前产量对应的井底流压。

具体的，由于流入动态曲线记录了油井产量与井底流压之间的关系，因此，当产量确定时，相应的井底流压就能通过流入动态曲线确定。

设产量Q_N对应的底流压为P_wfN，则产量序列（Q₁，Q₂，Q₃…，Q_N）对应的井底流压序列为（P_wf1，P_wf2，P_wf3…，P_wfN）。

步骤S122，根据当前产量及所述井底流压，应用多相管流公式计算相应的泵吸入口压力。

具体的，设产量Q_N对应的泵吸入口压力为P_inN，则产量序列（Q₁，Q₂，Q₃…，Q_N）对应的泵吸入口压力序列为（P_in1，P_in2，P_in3…，P_inN）。

该步骤中，应用多相管流公式计算产量Q_N对应的泵吸入口压力P_inN，具体公式如下：

$P_{\mathrm{inN}}=P_{\mathrm{wfN}}-{\∫}_{H_p}^{H_{\mathrm{perf}}}[g{\mathrm{\ρ}}_m\left(\sin \mathrm{\θ}\right)+\frac{f_m{\mathrm{\ρ}}_m{\mathrm{dv}}_m}{2D}+\frac{{\mathrm{\ρ}}_m{v}_m{\mathrm{dv}}_m}{\mathrm{dz}}]\mathrm{dz}$    （公式1）

公式1中，g为重力加速度，单位m²/s；ρ_m为井液密度，单位Kg/m³；θ为井斜角，单位rad；f_m为摩擦系数；v_m为井液流速,单位m/s；D为管道内径，单位m；Z为井身测深，单位m；H_perf油层中深，单位m；H_p为下泵深度，单位m。

步骤S123，根据当前产量及所述油井的井口压力，应用多相管流公式计算相应的泵出口压力。

该步骤中，油井的井口压力可以提前确定，设油井的井口压力为P_t，产量Q_N对应的泵出口压力为P_outN，则产量序列（Q₁，Q₂，Q₃…，Q_N）对应的泵出口压力序列为（P_out1，P_out2，P_out3…，P_outN）。

该步骤中，应用多相管流公式计算产量Q_N对应的泵出口压力P_outN，具体公式如下：

$P_{\mathrm{outN}}=P_t-{\∫}_0^{H_p}[g{\mathrm{\ρ}}_m\left(\sin \mathrm{\θ}\right)+\frac{f_m{\mathrm{\ρ}}_m{\mathrm{dv}}_m}{2D}+\frac{{\mathrm{\ρ}}_m{v}_m{\mathrm{dv}}_m}{\mathrm{dz}}]\mathrm{dz}$    （公式2）

公式2中各参数含义参见前述公式1中的各参数含义。

步骤S124，计算所述泵吸入口压力和泵出口压力之差，得到当前产量对应的所需泵压差。

设产量Q_N对应的所需泵压差为△P_N，则产量序列（Q₁，Q₂，Q₃…，Q_N）对应的所需泵压差序列为（△P₁，△P₂，△P₃…，△P_N），并且△P_N=P_inN-P_outN。

步骤S125，计算当前产量与所述所需泵压差的乘积，得到当前产量对应的所需泵功率。

设产量Q_N对应的所需泵功率为WN，则产量序列（Q₁，Q₂，Q₃…，Q_N）对应的所需泵功率序列为（W₁，W₂，W₃…，W_N），并且W_N=Q_N×△P_N。

步骤S13，根据所述产量序列中每一个产量及其对应的所需泵压差，建立产量与所需泵压差之间的函数关系；并根据所述产量序列中每一个产量及其对应的所需泵功率，建立产量与所需泵功率之间的函数关系。

具体的，该步骤根据步骤S12中确定的产量序列（Q₁，Q₂，Q₃…，Q_N）与所需泵压差序列（△P₁，△P₂，△P₃…，△P_N）之间的对应关系，建立产量与所需泵压差之间的函数关系；并且根据步骤S12中确定的产量序列（Q₁，Q₂，Q₃…，Q_N）与所需泵功率序列（W₁，W₂，W₃…，W_N）之间的对应关系，建立产量与所需泵功率之间的函数关系。具体实施时，可以采用数学拟合方法建立上述函数关系。

上述建立的两种函数关系可以多种形式表示，例如公式形式、曲线形式等。为了更直观地表示出上述函数关系，在一种较佳的实施例中，所述产量与所需泵压差之间的函数关系、所述产量与所需泵功率之间的函数关系均以曲线形式表示。例如在二维坐标系中，以产量为横坐标，以所需泵压差为纵坐标，可得到产量与所需泵压差对应的曲线关系，类似的，以产量为横坐标，以所需泵功率为纵坐标，可得到产量与所需泵功率对应的曲线关系。

较佳的，如图2所示，本发明还可以以产量为横坐标，分别以所需泵压差和所需泵功率为纵坐标，同时得到产量与所需泵压差和所需泵功率之间的曲线关系。

步骤S14，利用所述产量与所需泵压差之间的函数关系和/或所述产量与所需泵功率之间的函数关系，对所述油井的生产特性进行评价。

具体的，由于上述两种函数关系是基于表征油气从油藏流入井底的流入动态曲线，以及表征油气在井筒中流动的多相管流规律所建立的，因此上述两种函数关系从系统上综合反映了油井的生产特性，进而利用上述两种函数关系可从整体上对油井生产特性进行评价。

具体的，利用所述产量与所需泵压差之间的函数关系和/或所述产量与所需泵功率之间的函数关系，对所述油井的生产特性进行评价，可以包括：判断停喷产量、优选管柱、节点分析，可充分利用油井自身的能量，降低能耗，提高举升井的系统效率等。

产量-所需泵压差曲线与横坐标轴（产量坐标轴）如果有交点，则该交点对应的产量为这口井在当前条件下的停喷产量，当产量低于停喷产量，该油井可以自喷，当产量高于该产量，油井不能自喷，需要进行人工举升。例如根据如图2所示的产量-所需泵压差曲线，该曲线与横坐标有交点，该交点表示该油井可以自喷的最大产量，即小于该产量时油井能够自喷，大于该产量时油井不能自喷，需要进行人工举升，对应某一产量，人工举升设备所需提供的泵压差即可从该曲线得到，所需提供的泵功率则可由产量-所需泵功率曲线得到。

由于产量-所需泵功率曲线给出了油井不同产量下举升设备所需提供的扬程值。通过对比不同规格油管条件下的产量-所需泵功率曲线，在产量不变的情况下，若某一规格的油管所需举升设备提供的扬程值最小，则该规格油管为当前产量条件下的最优管柱。

与产量-所需泵压差曲线相比，举升设备的工作特性曲线给出了不同扬程条件下的油井产量，如果将油井工作曲线和举升设备的工作特性曲线绘制到一幅图上，两条曲线的交点就是当前生产条件下的协调产量，所以利用油井工作曲线，可以进行节点分析。

本发明基于表征油气从油藏流入井底的流入动态曲线，以及表征油气在井筒中流动特性的多相管流规律，建立了油井产量与所需泵压差和所需泵功率之间的函数关系，给出了油井在不同产量下所需举升设备提供的扬程值和功率值，根据上述函数关系，可方便地对油井的生产特性进行评价，相比于现有技术，本发明综合考虑了油藏、流体和井筒的工作特性，有助于从油井整体系统上对生产特性进行评价。

相应的，本发明还提供一种油井生产特性评价装置，如图3所示，包括：

序列确定模块31，用于在预设的下泵深度条件下，根据油井的流入动态曲线，确定一个产量序列，所述产量序列中的每一个产量大于等于所述油井的最小产量且小于等于绝对无阻流量；

计算模块32，用于针对所述产量序列中每一个产量进行如下操作：根据所述流入动态曲线确定该产量对应的井底流压；根据该产量及所述井底流压，应用多相管流公式计算相应的泵吸入口压力；根据该产量及所述油井的井口压力，应用多相管流公式计算相应的泵出口压力；计算所述泵吸入口压力和泵出口压力之差，得到该产量对应的所需泵压差；计算该产量与所述所需泵压差的乘积，得到该产量对应的所需泵功率；

函数关系建立模块33，用于根据所述产量序列中每一个产量及其对应的所需泵压差，建立产量与所需泵压差之间的函数关系；并根据所述产量序列中每一个产量及其对应的所需泵功率，建立产量与所需泵功率之间的函数关系；

评价模块34，用于利用所述产量与所需泵压差之间的函数关系和/或所述产量与所需泵功率之间的函数关系，对所述油井的生产特性进行评价。

在一种较佳的实施例中，函数关系建立模块33建立的所述产量与所需泵压差之间的函数关系、所述产量与所需泵功率之间的函数关系均以曲线形式表示。

在一种较佳的实施例中，评价模块34具体用于：判断停喷产量、优选管柱、节点分析。

图3所示的油井生产特性评价装置与图1所示的油井生产特性评价方法基于相同的发明思想实现，其具体实施方式可参照前述对油井生产特性评价方法的介绍，此处不再赘述。

实施例一

本实施例以某口井为例进行计算，计算参数如下：井筒垂直，地层压力24MPa，井深2500m，下泵深度2000m，油管内径0.062m，油管外径0.073m，油管锚定，生产气油比20m³/m³，含水率为0，原油相对密度0.8，天然气相对密度0.75等。利用本发明提供的油井生产特性评价方法，可绘制出不同油管条件下的产量-所需泵压差曲线，通过对比可知，不同油管内径条件下所需泵提供的压差和功率是不同，利用该方法可以辅助管柱优选。

图4所示为不同油管内径下的产量-所需泵压差曲线，当产量小于50m³/d时，油管内径为62mm时，所需泵压差最小，当产量大于50m³/d时，油管内径74mm时，所需泵压差最小，本着能耗最低的原则，该井产量小于50m³/d时，可选用62mm内径的油管，当产量大于50m³/d时，可选用74mm内径的油管。因此，利用产量-所需泵压差曲线，通过对比不同油管内径条件下所需泵压差和泵功率最低，同时配合地质配产，来确定最佳油管内径。

如图5所示，设使用74mm内径规格的油管，使用某种型号电潜泵进行人工举升，可以利用产量-所需泵压差曲线进行节点分析，具体方法为：

1）先用本发明提供的方法绘制当前条件下的产量-所需泵压差曲线：

2）在同一幅图上绘制该型电潜泵的工作特性曲线（由电潜泵的生产厂家提供）；

3）两个特性曲线的交点为协调点。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种油井生产特性评价方法，其特征在于，包括：

在预设的下泵深度条件下，根据油井的流入动态曲线，确定一个产量序列，所述产量序列中的每一个产量大于等于所述油井的最小产量且小于等于绝对无阻流量；

针对所述产量序列中每一个产量进行如下操作：根据所述流入动态曲线确定该产量对应的井底流压；根据该产量及所述井底流压，应用多相管流公式计算相应的泵吸入口压力；根据该产量及所述油井的井口压力，应用多相管流公式计算相应的泵出口压力；计算所述泵吸入口压力和泵出口压力之差，得到该产量对应的所需泵压差；计算该产量与所述所需泵压差的乘积，得到该产量对应的所需泵功率；

根据所述产量序列中每一个产量及其对应的所需泵压差，建立产量与所需泵压差之间的函数关系；并根据所述产量序列中每一个产量及其对应的所需泵功率，建立产量与所需泵功率之间的函数关系；

利用所述产量与所需泵压差之间的函数关系和/或所述产量与所需泵功率之间的函数关系，对所述油井的生产特性进行评价。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产量与所需泵压差之间的函数关系、所述产量与所需泵功率之间的函数关系均以曲线形式表示。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的利用所述产量与所需泵压差之间的函数关系和/或所述产量与所需泵功率之间的函数关系，对所述油井的生产特性进行评价，具体为：判断停喷产量、优选管柱、节点分析。

4.一种油井生产特性评价装置，其特征在于，包括：

序列确定模块，用于在预设的下泵深度条件下，根据油井的流入动态曲线，确定一个产量序列，所述产量序列中的每一个产量大于等于所述油井的最小产量且小于等于绝对无阻流量；

计算模块，用于针对所述产量序列中每一个产量进行如下操作：根据所述流入动态曲线确定该产量对应的井底流压；根据该产量及所述井底流压，应用多相管流公式计算相应的泵吸入口压力；根据该产量及所述油井的井口压力，应用多相管流公式计算相应的泵出口压力；计算所述泵吸入口压力和泵出口压力之差，得到该产量对应的所需泵压差；计算该产量与所述所需泵压差的乘积，得到该产量对应的所需泵功率；

函数关系建立模块，用于根据所述产量序列中每一个产量及其对应的所需泵压差，建立产量与所需泵压差之间的函数关系；并根据所述产量序列中每一个产量及其对应的所需泵功率，建立产量与所需泵功率之间的函数关系；

评价模块，用于利用所述产量与所需泵压差之间的函数关系和/或所述产量与所需泵功率之间的函数关系，对所述油井的生产特性进行评价。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述函数关系建立模块建立的所述产量与所需泵压差之间的函数关系、所述产量与所需泵功率之间的函数关系均以曲线形式表示。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述评价模块具体用于：判断停喷产量、优选管柱、节点分析。

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