CN106050220A - 一种利用有功功率差值计算抽油机产液量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种利用有功功率差值计算抽油机产液量的方法涉及到一种流量的测量方法，有功功率曲线Ⅱ中下冲程有功功率对时间的面积积分与有功功率曲线Ⅰ中下冲程有功功率对时间的面积积分相减得到面积积分差值，与采油泵实际充满程度差值对应，进而就可以通过功功率曲线Ⅰ的实际计量的冲次产液量Ⅰ计算出有功功率曲线Ⅱ对应的冲次产液量Ⅱ，然后再将每条功功率曲线Ⅱ的对应的冲次产液量Ⅱ按时间累计，即可算出日、月、年的总产液量。本发明采用差值法计算，无需进行频繁校订，只需在井况发生较大变化后才需要进行校订。校订方法简单，准确率较高。
Description
技术领域
本发明涉及到一种流量的测量方法，尤其涉及到一种利用有功功率差值计算抽油机产液量的方法。
背景技术
目前抽油机井产液量计量主要使用直接测量和间接测量两种方式。
直接测量是测量固定时间内的产液量，主要包括流量计测量和储罐测量两种：
流量计测量需要没口井都要铺设管道，安装流量计，并在井区建设计量间，其建设费用昂贵，如果油井过于分散，那么小站式测量就不能使用。测量所用的流量计常用的有靶式流量计、多相流量计等其它流量计，其中靶式流量计价格相对较低，但是存在零件容易漂移，测量精度低，杠杆可靠性差等问题，而新型流量计虽然精度和可靠性有所提高，但是价格昂贵，维护成本大。
储罐测量是目前油田常用测量方法，多采用计量车现场采油，在一段时间内，通过计量车原油体积和密度计得出产液量。储罐测量测量周期长，一般周期都在一个月左右，并且需要车辆和工人在原地等待放油，大大降低量油效率，并且计量车随着使用时间的增长，会产生计量精度差，排油不完全等情况，在北方等地温度较低的情况下，原油的粘度增加，也会大大影响到计量车的精度。
间接测量目前大多采用示功图进行计算，主要采用有效功率计算和有效冲程计算的方式。在计算方法上有效功率计算法摩擦力很难算出，只能按经验判断，存在很大的难以修正的误差；而有效冲程法在功图转换过程中涉及到一些不确定系数，例如阻尼系数等等，需要经常校订才能满足准确率要求。目前的功图量油法都存在测试精度低，维护量大等问题，并且测试载荷模块必须安装在抽油杆上，安装必须停井，存在故障率高，维修困难，价格昂贵等问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述问题，提供了一种利用有功功率差值计算抽油机产液量的方法。
本发明的一种利用有功功率差值计算抽油机产液量的方法，其具体方法如下：
1）采集抽油机运行一个冲次时的有功功率曲线Ⅰ，并实际计量该冲次内抽油机的产液量为冲次产液量Ⅰ；
2）采集有功功率曲线Ⅱ，设该冲次内采油机的产液量为冲次产液量Ⅱ；
3）将有功功率曲线Ⅱ中下冲程有功功率对时间的面积积分与有功功率曲线Ⅰ中下冲程有功功率对时间的面积积分相减得到面积积分差值；
4）将冲次产液量Ⅱ与冲次产液量Ⅰ相减得到采油泵实际充满程度差值；
5）利用公式换算得到步骤3中的面积积分差值与采油泵实际充满程度差值成正比，最终得到冲次产液量Ⅱ；
6）周期性采集有功功率曲线Ⅱ，单周期内有功功率曲线Ⅱ所对应的冲次产液量Ⅱ乘以时间比例系数得到该周期内的周期产液量，对多个周期的周期产液量累加得到一定时间段内的总产液量。
作为本发明的进一步改进，时间比例系数为周期间隔时间与抽油机运行一个冲次所用时间的比值。
本发明的一种利用有功功率差值计算抽油机产液量的方法，属于间接测量方法，无需地面设施，无需铺设管道，无需安装流量计，无需在井区建设计量间，只需要安装数据采集装置与数据传输装置，即可完成实时数据的24小时采集和传输；其安装容易，能够直接安装在配电箱内，安装过程中无需断电，采用电流钳卡住方式即可，而且数据采集装置与数据传输装置都可以安装在配电箱内，不仅避免环境干扰，而且维修方便，更换或维修时无需停井，并且采集的数据为功率、电流、电压等基础数据，设备技术成熟，准确度高，价格相对便宜。
本方法采用差值法计算，无需进行频繁校订，只需在井况发生较大变化后才需要进行校订。校订方法简单，准确率较高。
附图说明
图1~图3为本发明的一种利用有功功率差值计算抽油机产液量的方法的原理图；
图4为为本发明的一种利用有功功率差值计算抽油机产液量的有功功率曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种利用有功功率差值计算抽油机产液量的方法，作进一步说明：
在井况没有发生大的变化的时候，可以认为抽油机的配重块做功、摩擦力做功、抽油杆自重做功、惯性力做功、井口回压做功、机械效率和电机效率在采集有功功率曲线Ⅱ的时候与采集有功功率曲线Ⅰ的时候是相同的。那么通过以下公式推导过程，可以得出有功功率曲线Ⅱ中下冲程有功功率对时间的面积积分与有功功率曲线Ⅰ中下冲程有功功率对时间的面积积分相减得到面积积分差值，与采油泵实际充满程度差值对应的结论，进而就可以通过功功率曲线Ⅰ的实际计量的冲次产液量Ⅰ计算出有功功率曲线Ⅱ对应的冲次产液量Ⅱ，然后再将每条功功率曲线Ⅱ的对应的冲次产液量Ⅱ按时间累计，即可算出日、月、年的总产液量。
上述的公式推导具体过程如下：
如图1所示，在理想情况下，抽油泵泵体内注满原油，那么有公式
电机做功×电机效率×机械效率 = 配重做功+摩擦力做功+井口压力做功+抽油杆自重做功+液柱做功+其它做功
上述的，配重做功：带动配重块所做的功；抽油杆自重做功：抽油杆自身重力所做的功；摩擦力做功：杆与油摩擦力、管与油摩擦力、油和阀摩擦力做功之和；其它做功：冲击力做功、震动载荷做功、惯性力做功之和；液柱做功：油管中原油液柱对抽油泵泵体所做的功。
此时因为原油充满泵体，那么游动阀在抽油杆做完弹性变形后就会打开，抽油泵泵体里的原油和油管里面的原油形成连通，原油液柱做功为零。
但是如图1和图3所示，在实际情况下，抽油泵泵体未内注满原油，会出现空腔，此时因为原油没有充满抽油泵泵体，那么游动阀在抽油杆做完弹性变形后，只有下降到实际充满原油的位置，压力才会把游动阀打开，这时候抽油泵泵体里的原油和油管里面的原油才形成连通。在这个下降的过程中，油管里的原油液柱对抽油泵泵体有一个向下的压力，这个压力帮助抽油泵泵体下降，减少了电机做功，此时液柱做功=液柱重力×空腔长度。
公式推导过程如下：
有功功率曲线Ⅰ中下冲程有功功率对时间的面积积分可以表述为电机做功Ⅰ×电机效率Ⅰ×机械效率Ⅰ，有功功率曲线Ⅱ中下冲程有功功率对时间的面积积分可以表述为电机做功Ⅱ×电机效率Ⅱ×机械效率Ⅱ，那么
电机做功Ⅰ×电机效率Ⅰ×机械效率Ⅰ=配重做功Ⅰ+摩擦力做功Ⅰ+井口压力做功Ⅰ+抽油杆自重做功Ⅰ+液柱做功Ⅰ+其它做功Ⅰ；（1）
电机做功Ⅱ×电机效率Ⅱ×机械效率Ⅱ = 配重做功Ⅱ+摩擦力做功Ⅱ+井口压力做功Ⅱ+抽油杆自重做功Ⅱ+液柱做功Ⅱ+其它做功Ⅱ；（2）
公式1与公式2相减得到有功功率曲线Ⅱ中下冲程有功功率对时间的面积积分与有功功率曲线Ⅰ中下冲程有功功率对时间的面积积分相减得到面积积分差值为
电机做功Ⅰ×电机效率Ⅰ×机械效率Ⅰ—电机做功Ⅱ×电机效率Ⅱ×机械效率Ⅱ =（配重做功Ⅰ+摩擦力做功Ⅰ+井口压力做功Ⅰ+抽油杆自重做功Ⅰ+液柱做功Ⅰ+其它做功Ⅰ）—（配重做功Ⅱ+摩擦力做功Ⅱ+井口压力做功Ⅱ+抽油杆自重做功Ⅱ+液柱做功Ⅱ+其它做功Ⅱ）；（3）
在抽油机未作调整即在井况不发生大的变化的情况下，可以认为（配重做功Ⅰ+摩擦力做功Ⅰ+井口压力做功Ⅰ+抽油杆自重做功Ⅰ+其它做功Ⅰ）=（配重做功Ⅱ+摩擦力做功Ⅱ+井口压力做功Ⅱ+抽油杆自重做功Ⅱ+其它做功Ⅱ），则由公式3得到
面积积分差值=液柱做功Ⅰ—液柱做功Ⅱ；（4）
由于我们已经通过实际计量得到有功功率曲线Ⅰ所对应时间内的冲次产液量Ⅰ，并且可以通过测量以及抽油机说明书等资料得知抽油泵的直径和冲程，则能够得出
液柱做功Ⅰ=油管中原油液柱重量×空腔长度Ⅰ；（5）
空腔长度Ⅰ=冲程—冲次产液量Ⅰ/抽油泵泵底面积；（6）
设采集有功功率曲线Ⅱ的过程中采油机的产液量为冲次产液量Ⅱ，并由由公式5和公式6同理得出
液柱做功Ⅱ=油管中原油液柱重量×空腔长度Ⅱ；（7）
空腔长度Ⅱ=冲程—冲次产液量Ⅱ/抽油泵泵底面积；（8）
将公式5、公式6、公式7和公式8代入到公式4中得出
面积积分差值=油管中原油液柱重量 ×[（冲程—冲次产液量Ⅰ/ 抽油泵泵底面积）—（冲程—冲次产液量Ⅱ/抽油泵泵底面积）]；（9）
空腔长度Ⅰ即表示测量有功功率曲线Ⅰ时抽油泵实际充满程度，空腔长度Ⅱ表示测量有功功率曲线Ⅱ时抽油泵实际充满程度，则通过公式9能够得出面积积分差值与采油泵实际充满程度差值成正比；
变换公式9，并代入公式4最终可得
冲次产液量Ⅱ = (电机做功Ⅰ×电机效率Ⅰ×机械效率Ⅰ—电机做功Ⅱ×电机效率Ⅱ×机械效率Ⅱ)×抽油泵泵底面积/原油液柱重量+冲次产液量1；（10）
而上述的，原油液柱重量 =（油管横截面积—油杆横截面积）×抽油泵泵深×原油密度，原油密度 = 1×含水率+ 0.9×（1—含水率），其中油管横截面积、油杆横截面积、抽油泵泵深、含水率均可查，而电机效率可以通过真实功率与额定功率的比值查表得到，机械效率可以通过机械结构计算得到。
如图4所示，其中虚线表示有功功率曲线Ⅰ，实线表示有功功率曲线Ⅱ，而为了能够得到最佳的有功功率曲线，可以采集多个冲次的有功功率曲线，图4中即采集了两个连续冲次的有功功率曲线，只需要选择其中一个冲次即可，阐述具体工作过程如下：
1）采集基准有功功率曲线：采集抽油机运行一个冲次时的有功功率曲线Ⅰ，并实际计量该冲次内抽油机的产液量为冲次产液量Ⅰ，在现实情况下不可能为了一个冲次的过程而去计量产液量，所以可以根据一天所得到的产液量进而去得到单个冲次时间内的平均产液量作为该冲次产液量Ⅰ；
2）采集计量有功功率曲线：采集有功功率曲线Ⅱ，设该冲次内采油机的产液量为冲次产液量Ⅱ；
3）将有功功率曲线Ⅱ中下冲程有功功率对时间的面积积分与有功功率曲线Ⅰ中下冲程有功功率对时间的面积积分相减得到面积积分差值；
4）将冲次产液量Ⅱ与冲次产液量Ⅰ相减得到采油泵实际充满程度差值；
5）利用公式换算得到步骤3中的面积积分差值与采油泵实际充满程度差值成正比，最终得到冲次产液量Ⅱ，步骤3、步骤4和步骤5的过程在公式推导部分；
6）周期性采集有功功率曲线Ⅱ，单周期内有功功率曲线Ⅱ所对应的冲次产液量Ⅱ乘以时间比例系数得到该周期内的周期产液量，而时间比例系数为周期间隔时间与抽油机运行一个冲次所用时间的比值，对多个周期的周期产液量累加得到一定时间段内的总产液量，如以一个小时为周期采集有功功率曲线Ⅱ，得到此有功功率曲线Ⅱ所对应的冲次产液量Ⅱ，然后将一个小时除以单个冲次的时间得到的比值乘以冲次产液量Ⅱ，即可作为该周期内的产液量，而要以此周期为基础计算当天产液量，需要将连续24个周期内的产液量数据相加，一个星期、一个月的总产液量以此类推。
异常井况的分析，抽油机非正常工作情况大体分为如下两种情况：
1）无产液量异常：当抽油机出现异常断电、皮带断裂、抽油杆断裂等异常情况的时候，抽油机产液量为0，当出现这样异常井况的时候，直接认为数据采集时间段产液量为0；
2）有产液量异常：当抽油机出现结蜡、漏失、漏水、欠/过平衡等正常井况时候，抽油机产液量不为0，这时候需要根据具体异常类型来计算产液量。
例如结蜡情况：如果抽油机出现结蜡情况，那么会使上下冲程的摩擦力大幅度变化，反映在有功功率曲线中就会发现清理前的整个有功功率曲线相比清理后的有功功率曲线上移一定的幅度，这时需要把整体增加的功率减掉，抛出摩擦力干扰，然后再按正常工况算法计算产液量即可。
实际使用时，先用数据采集装置采集到一条基准有功功率曲线，并在同一时间段测量这口井的产液量和动液面，并得到这口井的所有基础数据（抽油泵的直径、泵深、抽油杆的直径、抽油杆的杆长、抽油泵冲程、冲次等等）。
将数据采集装置安装在抽油机配电箱内，通过超高速数字采样采用真有效值算法，可以得到抽油机电机输入端的周期电流、电压和功率因数数据，计算得到有功功率曲线数据。采集的数据可以通过Zigbee无限传输装置形成星形网络，数据在该星形网络中可以GPRS等装置进入公共网络服务器中，可以利用电脑等终端进行控制、查询。
Claims (2)
1.一种利用有功功率差值计算抽油机产液量的方法，其特征在于具体方法如下：
1）采集抽油机运行一个冲次时的有功功率曲线Ⅰ，并实际计量该冲次内抽油机的产液量为冲次产液量Ⅰ；
2）采集有功功率曲线Ⅱ，设该冲次内采油机的产液量为冲次产液量Ⅱ；
3）将有功功率曲线Ⅱ中下冲程有功功率对时间的面积积分与有功功率曲线Ⅰ中下冲程有功功率对时间的面积积分相减得到面积积分差值；
4）将冲次产液量Ⅱ与冲次产液量Ⅰ相减得到采油泵实际充满程度差值；
5）利用公式换算得到步骤3中的面积积分差值与采油泵实际充满程度差值成正比，最终得到冲次产液量Ⅱ；
6）周期性采集有功功率曲线Ⅱ，单周期内有功功率曲线Ⅱ所对应的冲次产液量Ⅱ乘以时间比例系数得到该周期内的周期产液量，对多个周期的周期产液量累加得到一定时间段内的总产液量。
2.根据权利要求1所述的一种利用有功功率差值计算抽油机产液量的方法，其特征在于时间比例系数为周期间隔时间与抽油机运行一个冲次所用时间的比值。
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