一种用载荷力测量抽油机井环空动液面及工况诊断方法
技术领域
本申请涉及到油田的采油技术领域,具体涉及到油田抽油机井液面位置测量技术领域。
背景技术
多年以来,油田抽油机井测量环空动液面,普遍采用声波液面测试仪实现动液面测量,测量动液面过程中:环套之间含气量少、或结蜡影响、或气体上部悬浮硬盖(死油面)、泡沫段影响、或斜井等因素影响,抽油机井环空动液面很难测准,或测不到动液面;运行中抽油机井工况诊断多数采用载荷与位移地面示功图仪实现,用测完数据回放曲线图形进行判断工况类型,目前采用抽油杆受力后形变量来计算,很难确定示功图受力零位点位置。传统方法很难实现现场在线连续自动化定量测量;抽油机井环空动液面测量及工况诊断,需要采用多种仪器,需要人机配合,并且辅助上位机回放图形对比方可完成。
发明内容
本发明提供了一种能够在油井工作过程中现场实时检测的一种用载荷力测量抽油机井环空动液面及工况诊断方法。
本发明所述的一种用载荷力测量抽油机井环空动液面的方法的过程为:
在抽油机正常工作过程中高速实时采集抽油机井的井口悬点载荷力,数据采集速度大于或等于20次/秒,并确定抽油机曲柄运行至对应抽油机上死点的时刻以及下死点的时刻;
步骤一、在需要测量工况参数的时候,首先进行系数修正:
对抽油机井进行调参,具体为控制抽油机井的冲次由正常运行的N转换到调参之后的N1,N1≠N并持续运行时间T,然后再次恢复到正常运行的冲次N;所述时间T为2-5分钟;
通过实时采集的数据,对调参之前的连续多个冲次的上冲程的井口悬点载荷力数据和下冲程的井口悬点载荷力数据进行相减叠加处理,获得上下冲程井口悬点载荷力数据P1上下,
通过实时采集的数据,对调参之后的前1-2分钟内的连续多个冲次的上冲程的井口悬点载荷力数据和下冲程的井口悬点载荷力数据进行相减叠加处理,获得上下冲程井口悬点载荷力数据P2上下;
根据上述获得的P1上下和P2上下获得系数K1,
当N1<N时,系数K1=P1上下-NP2上下/N1;
当N1>N时,K1=P2上下-N1P1上下/N;
通过实时采集的数据,对调参之后的最后1分钟内的连续多个冲次的上冲程的井口悬点载荷力数据和下冲程的井口悬点载荷力数据进行相减叠加处理,获得上下冲程井口悬点载荷力数据P3上下;
通过实时采集的数据,对恢复正常运行之后的连续多个冲次的上冲程的井口悬点载荷力数据和下冲程的井口悬点载荷力数据进行相减叠加处理,获得上下冲程井口悬点载荷力数据P4上下;
根据上述获得的P3上下和P4上下获得系数K2;
当N1<N时,则有:K2=P4上下-NP3上下/N1,
当N1>N时,则有:K2=P3上下-N1P4上下/N;
进而获得环空动液面修正系数K=(K1+K2)/2;
然后,采用上述修正系数K对求取环空动液面的数学模型进行修正,
步骤二、根据正常运行状态下测量获得的连续多个冲次的上冲程的井口悬点载荷力数据和下冲程的井口悬点载荷力数据相减叠加处理,获得上下冲程井口悬点载荷力数据P上下,根据P上下以及修正后的数学模型获得环空动液面HY。
环空动液面HY的单位是米,表示抽油机井在生产过程中,油井产出液的环空液面距离地面的距离。
根据正常运行状态下测量获得的连续多个冲次的上冲程井口悬点载荷力数据P上,与下冲程井口悬点载荷力数据P下相减叠加处理,获得上下冲程井口悬点载荷力数据P上下,根据P上下以及修正后的数学模型获得环空动液面HY。
上述步骤二所述的获得环空动液面HY的方法是根据公式HY=(P上下-K)/Fp获得的,其中:Fp表示抽油机井的抽油柱塞的截面面积。
上述测量方法还包括测量环空动液面加速度a的步骤,根据所述加速度a由公式HY=HY/(1+a)对获得的环空动液面进行修正,获得最终的环空动液面HY。
上述井口悬点载荷力数据Pi上下是指该冲次内的上冲程过程中的井口悬点载荷力数据P上和下冲程过程中的井口悬点载荷力数据P下进行数据相减叠加处理获得。
上述控制抽油机井的冲次由正常运行的N转换到调参之后的N1的方法为:通过调整抽油机井的驱动电机的频率实现。
调整抽油机井的驱动电机的频率的方法采用下述任意一种方法实现:
第一种:自动调频;第二种:人机配合手动调频率。
所述调参之后的冲次N1大于0,且小于或等于1.5N。
基于上述测量方法实现抽油机井工况诊断的方法为:
首先,在正常运行状态下连续测量获得环空动液面HY;
然后,根据连续60分钟之内测量获得的环空动液面HY对抽油机井的工况诊断:
如果连续60分钟之内测量获得的环空动液面HY均大于200米,并且泵挂高度HH与环空动液面HY的差值大于200米,则判定抽油机机的工况运行参数正常;
如果连续60分钟之内测量获得的环空动液面HY均小于或等于200米,则判定抽油机井的井工况运行参数偏低;
如果连续60分钟测量获得的泵挂高度HH与环空动液面HY的差均小于或等于200米,则判定抽油机井的井工况运行参数偏高。
本发明的工作原理是确定抽油机井曲柄运行至对应抽油机井上死点的时刻和下死点的时刻,根据所述两个时刻对每个冲次内的测量数据进行分解,获得上冲程的数据和下冲程的数据,然后对上冲程的数据和下冲程的数据进行相减叠加处理,根据处理结果获得环空动液面。
应用根据本发明所述的测量方法能够实施测量和修正环空动液面,根据这些数据还能够现场给出建议性工况诊断,进而为油井的维护提供及时可靠的数据依据,也能够为潜在的危险或故障提供预警。
本发明所述的基于载荷力的抽油机井环空动液面测量方法,是在采油井相同运行工况参数状态下,采用差动处理数据的原理实现的,即:在调整参数前后相同工况下的数据进行差动处理,进而有效的消除了一些不确定因素误差或固定误差,与结蜡、磨损、漏失、气体等无关,进而提高了测量的准确性,对环空动液面的测量感知度能够达到0.1米。
本发明所述的基于载荷力的抽油机井环空动液面测量方法中,采用载荷力作为计算依据,即:以重量作为计算的基础,进而消除了抽油管路中的气体对测量结果的影响。
本发明所述的一种用载荷力测量抽油机井环空动液面的方法及抽油机井工况诊断方法,无需其它仪器、仪表设备辅助测量,如:流量、液面等参量测量的多种专用仪器设备等等,现场测试参量少,仅仅采用井口载荷力传感器测量,大大降低了测量的成本。
发明方法原理应用示例产品现场连续、实用性、通用化测量,可实现如下功能:实时环空动液面测量及给出建议性工况诊断。
本发明可应用于各种油田的抽油机井的井日常工况参数监测领域,能够有效配合对抽油机井工作状态的管理,进而为实现节能增效提供可靠及时地数据支持。
附图说明
图1是本发明所述的基于载荷力的抽油机井环空动液面测量方法过程中,在启机15分钟开始一次周期为T的调参运行,以及之后采用周期性时间T调参运行过程中,参数P上下随时间的变化情况示意图。
图2是图1所示的调参时间T前后的P上下变化趋势示意图,从该图能够确定,在周期性调参时间T前后的P上下几乎没有变化。
图3是一种实现本申请所述的测量方法的抽油机井计量诊断综合测试仪的电气结构示意图,该图中:1、笔记本电脑;2、USB连接导线;3、无线接收模块;4、数据采集无线发射合;5、井口悬点载荷力传感器。
具体实施方式
具体实施方式一、本实施方是所述的一种用载荷力测量抽油机井环空动液面的方法的过程为:
在抽油机正常工作过程中高速实时采集抽油机井的井口悬点载荷力,数据采集速度大于或等于20次/秒,并确定抽油机曲柄运行至对应抽油机上死点的时刻以及下死点的时刻;
步骤一、在需要测量工况参数的时候,首先进行系数修正:
对抽油机井进行调参,具体为控制抽油机井的冲次由正常运行的N转换到调参之后的N1,N1≠N并持续运行时间T,然后再次恢复到正常运行的冲次N;所述时间T为2-5分钟;
通过实时采集的数据,对调参之前的连续多个冲次的上冲程的井口悬点载荷力数据和下冲程的井口悬点载荷力数据进行相减叠加处理,获得上下冲程井口悬点载荷力数据P1上下,
通过实时采集的数据,对调参之后的前1-2分钟内的连续多个冲次的上冲程的井口悬点载荷力数据和下冲程的井口悬点载荷力数据进行相减叠加处理,获得上下冲程井口悬点载荷力数据P2上下;
根据上述获得的P1上下和P2上下获得系数K1,
当N1<N时,系数K1=P1上下-NP2上下/N1;
当N1>N时,K1=P2上下-N1P1上下/N;
通过实时采集的数据,对调参之后的最后1分钟内的连续多个冲次的上冲程的井口悬点载荷力数据和下冲程的井口悬点载荷力数据进行相减叠加处理,获得上下冲程井口悬点载荷力数据P3上下;
通过实时采集的数据,对恢复正常运行之后的连续多个冲次的上冲程的井口悬点载荷力数据和下冲程的井口悬点载荷力数据进行相减叠加处理,获得上下冲程井口悬点载荷力数据P4上下;
根据上述获得的P3上下和P4上下获得系数K2;
当N1<N时,则有:K2=P4上下-NP3上下/N1,
当N1>N时,则有:K2=P3上下-N1P4上下/N;
进而获得环空动液面修正系数K=(K1+K2)/2;
然后,采用上述修正系数K对环空动液面数学模型进行修正,
步骤二,根据正常运行状态下测量获得的连续多个冲次的上冲程的井口悬点载荷力数据和下冲程的井口悬点载荷力数据相减叠加处理,获得上下冲程井口悬点载荷力数据P上下,根据P上下以及修正后的数学模型获得环空动液面HY。
本实施方式步骤一所述的系数修正过程,可以在抽油机井正常运行过程中,周期性进行,所述周期性为2至30天。
本实施方式中所述的井口悬点载荷力可以通过在井口设置载荷力传感器实现测量。
抽油机曲柄运行至对应抽油机井口下死点(曲柄运行角度为0°或360°),抽油机曲柄运行至对应抽油机井口上死点(曲柄运行角度为180°),由下死点运行至上死点的过程为上冲程,由上死点运行至下死点的过程为下冲程。
本实施方式中,确定抽油机曲柄运行至对应抽油机上死点的时刻以及下死点的时刻的目的,是为了准确的确定一个冲次的时刻起点和结束点,进而分解每个冲程中上冲程的数据和下冲程的数据。确定上死点和下死点的时刻的方法可以采用霍尔传感器或者井口载荷力加速度位置复合传感器实现,还可以采用下死点辅助位置传感器实现,还可以采用人机配合操作实现。
本实施方式中,确定抽油机曲柄运行至对应抽油机上死点的时间以及下死点的时刻的目的,是为了准确的确定一个冲次的时间起点和结束点,进而实现分解每个冲程中上冲程的数据和下冲程的数据。
本实施方式所述的方法,在测量环空动液面之前,先通过调参获得环空动液面地数学模型中的修正系数K,然后将该修正系数K代入环空动液面数学模型中对该数学模型进行修正,然后根据修正后的环空动液面数学模型获得环空动液面。在实际的操作过程中,可以在测量环空动液面的过程中不断地对数学模型进行修正,进而提高了测量精度。本实施方式中,调参运行的时间T很短,因此,在调参之后再恢复到原频率运行时,环空动液面会几乎没有变化,不会影响抽油机井的正常工作,即:不会降低抽油机井的工作效率。
具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用载荷力测量抽油机井环空动液面的方法的进一步限定,本实施方式中,获得环空动液面HY的方法是根据公式:
HY=(P上下-K)/Fp
获得环空动液面HY,其中:Fp表示抽油机井的抽油柱塞的截面面积。
现有技术中,求取环空动液面的方法是根据数学模型公式HY=P上下/Fp获得。本实施方式在测量环空动液面的时候,利用了油机上冲程光杆静载荷与抽油机下冲程光杆静载荷差fp×HY×γ密g与环空动液面重量有关系,通过调参过程中实测载荷力的变化量P上下建立该变化量P上下与环空动液面修正系数K=(K1+K2)/2之间的关系模型,然后根据该修正系数修改原有公式获得修正后的数学模型HY=(P上下-K)/Fp。
上述抽油机上冲程光杆静载荷为F上=fr×HH×(qr-γ密)×g+fp×HY×γ密g,抽油机下冲程光杆静载荷为F下=fr×HH×(qr-γ密)×g,二者的差为fp×HY×γ密g。参数γ密表示抽油机井抽取的混合液体密度,g为重力加速度,qr表示每米抽油杆质量,单位是Kg/m,HH为泵挂高度,单位米,fr为抽油杆面积,单位是m2,fp为柱塞面积,单位是m2,抽油机井抽取的混合液体密度为γ密=fw+(1-fw)×0.855,fw为抽油机井产出液的含水百分量。
具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式二所述的一种用载荷力测量抽油机井环空动液面的方法的进一步限定,本实施方式中,还包括计算获得环空动液面加速度数据a的步骤,然后根据速度数据a采用公式HY=HY/(1+a)对获得的环空动液面进行修正,获得最终的环空动液面HY。
本实施方式,在测量环空动液面的过程中,增加了测量环空动液面加速度a的步骤,通过加速度a对获得的环空动液面HY进行修正,进而消除环空动液面的加速度对测量结果的影响,使得测量结果更接近于实际值。
所述加速度a可以根据公式a=S×N2/1790求得,所述S为抽油机光杆冲程,N为抽油机光杆冲次数。
具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用载荷力测量抽油机井环空动液面的方法的进一步限定,本实施方式中,所述的连续多个冲次的上冲程的井口悬点载荷力数据和下冲程的井口悬点载荷力数据进行相减叠加处理,获得上下冲程井口悬点载荷力数据的过程为:根据每个冲次的上冲程数据和下冲程数据进行相减叠加处理获得该冲刺的上下冲程数据,然后将多个冲次的上下冲程数据进行叠加后求取平均值就是连续多个冲次的上下冲程井口悬点载荷力数据Pi上下。
举例说明所述连续多个冲次的上冲程的井口悬点载荷力数据和下冲程的井口悬点载荷力数据进行相减叠加处理的过程,假设要求取连续m个冲次的上下冲程井口悬点载荷力P上下:
第一冲次的上冲程采集的载荷力数据为X1、X2、X3、…Xn,则该冲次内的上冲程所有载荷力数据的平均值P1上为:(X1+X2+X3+…+Xn)/n。
第一冲次的下冲程采集的载荷力数据为Y1、Y2、Y3、…Yn,则该冲次内的下冲程所有载荷力数据的平均值P1下为:(Y1+Y2+Y3+…+Yn)/n。
该冲次的上下冲程井口悬点载荷力P1上下为:P1上-P1下。依次类推求取第二个冲次的上下冲程井口悬点载荷力P2上下、……、第m个冲次的上下冲程井口悬点载荷力Pm上下。
上述连续多个冲次的上下冲程井口悬点载荷力P上下为:(P1上下+P2上下+P3上下+…+Pm上下)/m。
在实际操作过程中,为了加快数据处理速度,可以减少数据处理量,如:可以对上冲程和下冲程所采集的数据中的中间区域的数据进行叠加处理,仍可以获得很好的技术效果。例如;选择上冲程采集数据集中间区域的十分之一至二分之一的数据,与下冲程采集数据集的中间区间的十分之一至二分之一的数据进行叠加处理。
例如:第一个冲次的上冲程采集的数据集为X1、X2、X3、…Xn,下冲程采集的数据为Y1、Y2、Y3、…Yn,则在求取上冲程所有载荷力数据的平均值P1上的时候仅仅根据采样数据中间的二分之一数据Xn/4、X(n/4)+1、X(n/4)+2、…X3n/4进行计算获得,求取下冲程所有载荷力数据的平均值P1下的时候仅仅根据采样数据中间的二分之一数据Yn/4、Y(n/4)+1、Y(n/4)+2、…Y3n/4进行计算获得。前面仅是举例说明数据选择的原则,如果n/4n、3n/4不是整数,则选择邻近的整数即可。上述处理过程,针对每个冲次的数据处理量均减少了二分之一,大大减少了数据处理量,明显的提高了数据处理过程。
采用上述选择部分数据进行处理获得上下冲程井口悬点载荷力P上下,在保证测量结果准确度的前提下,能够大大减少数据处理量,提高运算速度。
本实施方式中所述的上冲程过程中的井口悬点载荷力数据P上和下冲程过程中井口悬点载荷力数据P下进行数据叠加处理,在实际情况中,上冲程的井口悬点载荷力与下冲程的井口悬点载荷力,进行相减叠加结果获得P上下只与环空动液面的高度有关,进而实现环空动液面的测量。
具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用载荷力测量抽油机井环空动液面的方法的进一步限定,本实施方式中,
控制抽油机井的冲次由正常运行的N转换到调参之后的N1的方法为:通过调整抽油机井的驱动电机的频率实现。
电机控制技术领域中,变频控制技术是比较成熟的技术,采用变频技术控制电机的转速,能够达到快速稳定的效果。
具体实施方式六、本实施方式是对具体实施方式四所述的一种用载荷力测量抽油机井环空动液面的方法的进一步限定,本实施方式中,调整抽油机井的驱动电机的频率的方法采用下述任意一种方法实现:
第一种:自动调频;第二种:人机配合手动调频率。
具体实施方式七、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用载荷力测量抽油机井环空动液面的方法的进一步限定,本实施方式中,所述调参之后的冲次N1大于0,且小于或等于1.5N。
具体实施方式八、本实施方式所述的是一种抽油机井工况诊断的方法,该方法是基于具体实施方式一至七任意一项实施方式所述的一种用载荷力测量抽油机井环空动液面的方法实现的,所述诊断方法为:
首先,采用具体实施方式一至七任意一项实施方式所述的一种用载荷力测量抽油机井环空动液面的方法在正常运行状态下周期性测量获得环空动液面HY;
然后,根据连续60分钟之内测量获得的环空动液面HY对抽油机井的工况诊断:
如果连续60分钟之内测量获得的环空动液面HY均大于200米,并且泵挂高度HH与环空动液面HY的差值大于200米,则判定抽油机机的工况运行参数正常;
如果连续60分钟之内测量获得的环空动液面HY均小于或等于200米,则判定抽油机井的井工况运行参数偏低;
如果连续60分钟测量获得的泵挂高度HH与环空动液面HY的差均小于或等于200米,则判定抽油机井的井工况运行参数偏高。
上述各个实施方式中所述的井口悬点载荷力数据Pi上下是连续多个冲次的上下冲程井口悬点载荷力数据的平均值,i=1,2,3,4……。
具体实施方式九、参见图3说明本实施方式,本实施方式所述的是一种实现本申请所述的测量方法及工矿诊断方法的装置,该装置为抽油机井计量诊断综合测试仪,该抽油机井计量诊断综合测试仪由笔记本电脑1、USB连接导线2、无线接收模块3、数据采集无线发射盒4、井口悬点载荷力传感器5组成,笔记本电脑1内存入有程序,用于实现本申请所述的测量方法,还用于实现人机界面,该笔记本电脑1通过USB连接导线2与无线接收模块3连接,该无线接收模块3通过无线信号传输方式接收数据采集无线发射盒4发射的无线信号,数据采集无线发射盒4用于采集井口悬点载荷力传感器5采集的信号。
本实施方式所述的抽油机井计量诊断综合测试仪通过井口悬点载荷力传感器5采集数据,并将采集的数据通过数据采集无线发射盒4发送给无线接收模块3,进而通过USB接口发送给笔记本电脑1,笔记本电脑1通过对数据处理实现对环空动液面的测量,以及抽油机井的工况诊断。
本实时方式的抽油机井计量诊断综合测试仪仅仅是实现本发明所述的环空动液面测量方法及抽油机井工况诊断的一种装置,实现本发明所述环空动液面测量方法及抽油机井工况诊断的装置不局限于上述装置的结构,还可以采用其它装置实现。