CN105093930A - 一种适合超低渗油藏数字化抽油机最佳冲次工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种适合超低渗油藏数字化抽油机最佳冲次工艺方法，属于油田数字化技术领域。对抽油机冲次进行判定调节；在保证产液量的情况下，可以根据油井产液量大小，自动寻找最佳冲次，使冲次调整到最小，使其达到最佳工作状态，实现冲次自动调节、和远程手动调节。本发明的优点是特别适合超低渗透油田低产井的工况，对低产井可以实现连续抽吸，延长检泵周期，延长抽油杆、抽油机使用寿命，管理方便，维护费用低。可以与复合型抽油机、弯梁变矩抽油机等各种机型相匹配，实现低冲次运行，通过调节变频频率改变抽油机冲次，计算泵充满度、计算近似产液量，使产液量最大，同时，可节约能源。

Description

一种适合超低渗油藏数字化抽油机最佳冲次工艺方法

技术领域

本发明涉及一种适合超低渗油藏数字化抽油机最佳冲次工艺方法，属于油田数字化技术领域。

背景技术

油田自推广实施数字化油田以来，抽油机作为油田开发的主要设备及耗能大户，受到了极大的关注。数字化抽油机是针对目前数字化建设现场施工中安装工作量大、野外施工难度大、油田现场动火、动电危险度高、设备集成度低、各施工单位安装方式不统一等问题而研制的新产品。要求数字化抽油机满足以下功能：

(1)系统应具备油井载荷、位移和三相电参数自动采集功能；

(2)系统应具备冲次调节功能；

(3)系统应具备平衡度调节功能；

(4)系统应具备主电机保护功能。

因此，针对油田复杂的地理环境下、占生产井总数的1/3、产量在1-2m3/d的低产井工况，需开发一套可根据现场工况实现数字化抽油机最优冲次自动调节的系统。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种适合超低渗油藏数字化抽油机最佳冲次工艺方法，特别适合超低渗油藏数字化抽油机在给定泵径的条件下，根据油井功图，满足变频频率在一定的范围内计算油井最佳冲次，并实现冲次自动调节功能。

一种适合超低渗油藏数字化抽油机最佳冲次工艺方法，含有以下步骤；

将油井数据采集处理后，远传到上位机，并接收上位机指令，对抽油机进行控制，以实现抽油机相关参数的采集和远程控制操作；

确定调节目标，通过调节变频频率改变抽油机冲次，计算泵充满度、计算近似产液量，目标使产液量最大；

根据采油工程，产液量的计算公式为：Q＝1440*A/4*S*N*b；

式中：Q－油井产量；A－柱塞截面积；S－有效冲程；N－冲次；b－泵充满度；

此式可简化为：Q＝K*N*b；

式中：K＝1140*A/4*S；当油井确定后，此值为常数；

(2)泵充满度的计算；

泵充满度的计算公式为：

上式中表示为上冲程过程中的有效冲程，表示下冲程过程中的有效冲程；

步骤1；输出当前频率F0；

步骤2；采集功图数据；形成功图,计算冲次、充满度；

步骤3；功图采集个数≥CN；如果“是”转向步骤4；如果“不是”转向步骤2；

步骤4；计算冲次、充满度平均值N0、B0；

步骤5；冲次、充满度超限处理；

步骤6；建立产液量与频率的关系模型,计算最佳频率Fo；

步骤7；计算新频率F1＝F0+KF*(Fo－F0)；

步骤8；频率超限处理；

步骤9；判断|F1－F0|<Fb；如果“是”转向步骤2重复上述步骤；如果“不是”转向步骤10；

步骤10；设定F0＝F1，并转向步骤2重复上述步骤。

对抽油机冲次进行判定调节；在保证产液量的情况下，可以根据油井产液量大小，自动寻找最佳冲次，使冲次调整到最小，使其达到最佳工作状态，实现冲次自动调节、和远程手动调节。

为了实现上述目的，本发明实施例的一方面，提供了一种适合超低渗油藏数字化抽油机最佳冲次工艺方法，包括：建立产液量与电机频率的关系模型，其中，所述关系模型用于表示所述产液量与所述电机频率之间的数值关系；从所述关系模型中确定所述电机频率中的最佳频率，其中，所述最佳频率为所述电机频率中所述产液量最大的频率；获取所述数字化抽油机的电机的当前频率；以及将所述当前频率调节为所述最佳频率。

进一步地，将所述当前频率调节为所述最佳频率包括：确定频率调节步长；以及从所述当前频率开始，以所述调节步长为单位调节到所述最佳频率。

进一步地，从所述当前频率开始，以所述调节步长为单位调节到所述最佳频率包括：以所述调节步长为单位调节所述当前频率，得到调节后的当前频率；判断所述调节后的当前频率是否达到所述最佳频率，其中，如果判断出所述调节后的当前频率达到所述最佳频率，则停止频率调节；反之，则继续以所述调节步长为单位对所述调节后的当前频率进行调节。

进一步地，建立产液量与电机频率的关系模型包括：采集同频率下多幅功图数据；利用所述多幅功图数据计算平均冲次和平均泵充满度；根据所述平均冲次和所述平均泵充满度计算所述产液量；以及利用冲次与频率之间的关系计算得到所述产液量与所述电机频率之间的所述关系模型。

进一步地，在采集同频率下多幅功图数据之后，所述方法还包括：利用所述功图数据形成功图；判断所述功图个数是否达到预设个数，其中，如果判断所述功图个数未达到所述预设个数，则再进行功图数据采集。

进一步地，根据所述平均冲次和所述平均泵充满度计算所述产液量包括：通过以下公式计算所述产液量：

Q＝1440*A/4*S*N*β

其中，Q表示所述产液量，A表示柱塞截面积；S表示有效冲程；N表示冲次；β表示泵充满度。

进一步地，利用所述多幅功图数据计算平均泵充满度包括：利用以下公式计算所述多幅功图数据泵每一幅功图数据对应的泵充满度：

$\mathrm{\&beta;}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{A{D}_x}}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{AD}}}$

其中，表示为上冲程过程中的有效冲程，表示下冲程过程中的有效冲程；以及计算所述平均泵充满度。

进一步地，在建立产液量与电机频率的关系模型之前，所述方法还包括：将油井数据采集处理后，远传到上位机，并接收所述上位机指令，对所述数字化抽油机进行控制。

本发明的优点是特别适合超低渗透油田低产井的工况，对低产井可以实现连续抽吸，延长检泵周期，延长抽油杆、抽油机使用寿命，管理方便，维护费用低。可以与复合型抽油机、弯梁变矩抽油机等各种机型相匹配，实现低冲次运行，通过调节变频频率改变抽油机冲次，计算泵充满度、计算近似产液量，使产液量最大，同时，可节约能源。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1为本发明的供液不足时理论泵示功图；

图2为本发明的实际泵功图；

图3数字化抽油机最佳冲次调节程序流程图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

实施例1：如图1、图2、图3所示，

在实际应用中，井口RTU很难得到理论泵功图，因此使用地面功图近似计算泵充满度。实际功图计算泵充满度举例如下：

以图2示功图为例，通过近似计算出上死点载荷线载荷值为33.83kN，下死点载荷线载荷值为22.82kN，通过功图数据点扫描查找可计算出上冲程过程中的有效冲程、下冲程过程中的有效冲程的近似值为：

AD＝2.507-2.53＝2.254；ADx＝1.357-0＝1.357；

由此计算出泵充满度的近似值为：b＝ADx/AD＝1.357/2.254＝60％；

3、冲次调节流程框图；

流程框图见附图3。

设定参数：

Fmin、Fmax―最小、最大频率限。

当频率超出此限时停止调整。

Nmin、Nmax―最小、最大冲次限。

当冲次超出此限时停止调整。

Bmin、Bmax―最小充满度限。

用户根据实际情况设定，当充满度小于此限时停止调整，或可停机实现间抽控制。

KF―频率调节比率

CN―1次计算采集功图的个数

TN―功图采集间隔。

每两次功图采集之间的间隔。

中间参数：

F0――当前频率；

F1――新频率；

Fo－－最佳频率

N0――当前冲次；

B0――当前充满度。

一种适合超低渗油藏数字化抽油机最佳冲次工艺方法，含有以下步骤；

步骤(1)、输入步长改变电机频率；

步骤(2)、采集多幅功图数据；

步骤(3)、数据处理形成正确完整的地面功图；

步骤(4)、计算同频率下多幅功图的；

平均冲次及平均充满度；

步骤(5)、与上次频率下的计算结果；

得到充满度与冲次的关系式2，得到冲次与频率的关系式3，得到产液量与频率的关系式4；

步骤(6)、求解关系式4的极值点，得到最佳频率；

步骤(7)、以最佳频率为目标逐步从当前频率以一定步长改变运行频率，并重复以上过程，直到最佳频率与当前频率小于设定的频率误差限；频率步长由下式确定；

F1＝F0+KF*(Fo－F0)

步骤(8)、在以上过程中插入对频率限、冲次限、充满度限的处理。

一种适合超低渗油藏数字化抽油机最佳冲次工艺方法，通过计算泵充满度、计算近似产液量，调节变频频率改变抽油机冲次，目标使产液量最大；解决低产井连续抽吸时处于半空抽状态，采用间歇抽吸时管理不便，维护费用过高的难题。

1、调节目标

通过调节变频频率改变抽油机冲次，计算泵充满度、计算近似产液量，目标使产液量最大；

2、数学原理

(1)产液量的数学表达；

根据采油工程，产液量的计算公式为：

Q＝1440*A/4*S*N*b；

式中：Q－油井产量；A－柱塞截面积；S－有效冲程；N－冲次；

b－泵充满度；

此式可简化为：

Q＝K*N*b；

式中：K＝1140*A/4*S；当油井确定后，此值为常数；

(2)泵充满度的计算；

供液能力不足时理论泵示功图如图1所示：

泵充满度的计算公式为：

$\mathrm{\&beta;}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{A{D}_x}}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{AD}}}$

上式中表示为上冲程过程中的有效冲程，表示下冲程过程中的有效冲程。

数字化抽油机是新一代抽油机产品，它集成了油井数据采集模块，将油井数据采集处理后，远传到上位机，并接收上位机指令，对抽油机进行控制，以实现抽油机相关参数的采集和远程控制操作。

本发明提供了油田数字化管理模式下，一种数字化抽油机冲次调节控制系统，结合具体实施，说明本系统的功能。本系统分别在长庆油田各采油厂、项目部、采油服务处进行了现场试验。其实施过程如下：

变频器与RTU通过RS485连接，与显示模块共用RTU同一个通信接口，实时显示抽油机的冲次。不必将参数传给上位机计算，可直接通过控制柜内RTU对抽油机冲次进行判定调节。在保证产液量的情况下，可以根据油井产液量大小，自动寻找最佳冲次，使冲次调整到最小，使其达到最佳工作状态，实现冲次自动调节、和远程手动调节。

该方法具有如下功能：

(1)在给定泵径的条件下，根据油井功图，在满足变频频率20～50Hz运行范围内计算油井最佳冲次，实现自动冲次调节，可远程设定最佳冲次计算周期。

(2)可实现就地手动调节冲次和远程手动调节冲次。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适合超低渗油藏数字化抽油机最佳冲次工艺方法,其特征在于，含有以下步骤；

将油井数据采集处理后，远传到上位机，并接收所述上位机指令，对抽油机进行控制，以实现所述抽油机相关参数的采集和远程控制操作；

确定调节目标，通过调节变频频率改变抽油机冲次，计算泵充满度、计算近似产液量，目标使产液量最大；

根据采油工程，产液量的计算公式为：Q＝1440*A/4*S*N*b；

式中：Q－油井产量；A－柱塞截面积；S－有效冲程；N－冲次；b－泵充满度；

此式可简化为：Q＝K*N*b；

式中：K＝1140*A/4*S；当油井确定后，此值为常数；

(2)泵充满度的计算；

所述泵充满度的计算公式为：

上式中表示为上冲程过程中的有效冲程，表示下冲程过程中的有效冲程；

步骤1；输出当前频率F0；

步骤2；采集功图数据；形成功图,计算冲次、充满度；

步骤3；功图采集个数≥CN；如果“是”转向步骤4；如果“不是”转向步骤2；

步骤4；计算冲次、充满度平均值N0、B0；

步骤5；冲次、充满度超限处理；

步骤6；建立产液量与频率的关系模型,计算最佳频率Fo；

步骤7；计算新频率F1＝F0+KF*(Fo－F0)；

步骤8；频率超限处理；

步骤9；判断|F1－F0|<Fb；如果“是”转向步骤2重复上述步骤；如果“不是”转向步骤10；

步骤10；设定F0＝F1，并转向步骤2重复上述步骤。

2.根据权利要求1所述的一种适合超低渗油藏数字化抽油机最佳冲次工艺方法，其特征在于，对抽油机冲次进行判定调节；在保证产液量的情况下，可以根据油井产液量大小，自动寻找最佳冲次，使冲次调整到最小，使其达到最佳工作状态，实现冲次自动调节、和远程手动调节。

3.一种适合超低渗油藏数字化抽油机最佳冲次工艺方法，其特征在于，包括：

建立产液量与电机频率的关系模型，其中，所述关系模型用于表示所述产液量与所述电机频率之间的数值关系；

从所述关系模型中确定所述电机频率中的最佳频率，其中，所述最佳频率为所述电机频率中所述产液量最大的频率；

获取所述数字化抽油机的电机的当前频率；以及

将所述当前频率调节为所述最佳频率。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述当前频率调节为所述最佳频率包括：

确定频率调节步长；以及

从所述当前频率开始，以所述调节步长为单位调节到所述最佳频率。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，从所述当前频率开始，以所述调节步长为单位调节到所述最佳频率包括：

以所述调节步长为单位调节所述当前频率，得到调节后的当前频率；

判断所述调节后的当前频率是否达到所述最佳频率，其中，如果判断出所述调节后的当前频率达到所述最佳频率，则停止频率调节；反之，则继续以所述调节步长为单位对所述调节后的当前频率进行调节。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，建立产液量与电机频率的关系模型包括：

采集同频率下多幅功图数据；

利用所述多幅功图数据计算平均冲次和平均泵充满度；

根据所述平均冲次和所述平均泵充满度计算所述产液量；以及

利用冲次与频率之间的关系计算得到所述产液量与所述电机频率之间的所述关系模型。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在采集同频率下多幅功图数据之后，所述方法还包括：

利用所述功图数据形成功图；

判断所述功图个数是否达到预设个数，其中，如果判断所述功图个数未达到所述预设个数，则再进行功图数据采集。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述平均冲次和所述平均泵充满度计算所述产液量包括：

通过以下公式计算所述产液量：

Q＝1440*A/4*S*N*β

其中，Q表示所述产液量，A表示柱塞截面积；S表示有效冲程；N表示冲次；

β表示泵充满度。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，利用所述多幅功图数据计算平均泵充满度包括：

利用以下公式计算所述多幅功图数据泵每一幅功图数据对应的泵充满度：

$\mathrm{\&beta;}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{AD}}_x}}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{AD}}}$

其中，表示为上冲程过程中的有效冲程，表示下冲程过程中的有效冲程；以及

计算所述平均泵充满度。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在建立产液量与电机频率的关系模型之前，所述方法还包括：

将油井数据采集处理后，远传到上位机，并接收所述上位机指令，对所述数字化抽油机进行控制。