CN107191178A - 一种油田井流实时计量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油田井流实时计量系统及方法，其特征在于包括以下步骤：1)进行基础数据的收集；2)中央数据处理系统中的效率流速比计算模块基于功率平衡方程理论算法，利用收集的基础数据，计算得到效率流速比并发送到无量纲流速计算模块；3)无量纲流速计算模块根据得到的效率流速比和电潜泵固有的性能曲线计算无量纲的流速，并发送到地表流量计算模块；4)地表流量计算模块根据得到的无量纲流速计算得到电潜泵流速，并进而根据原油体积系数，计算得到初始的地表流量值；5)数据校准模块根据现场实际测量的结果，对计算得到的初始的地表流量值进行校准，作为最终的地表流量值。本发明可以广泛应用于油田井口的生产状况的监测中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于监测油田井口生产状况的系统及方法，具体涉及一种油田井流实时计量系统及方法。
背景技术
在油田井口计量中，常用的方法为在平台设置测试分离器，来计量井口油气水的流量。但是测试分离器在实际应用过程中，按照最大井口流量配置的测试分离器在计量较小井口流量时，计量结果常常不准确。而且，测试分离器的测量频率通常为每月一次，无法实时对油田井口的生产状况进行监测。
另外，虽然目前油田井口一般都配置监控与数据采集系统，井下电潜泵也配置相关监控与数据采集系统，然而却没有一种有效的方法来充分利用这些系统数据进行井口流量的计量。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种油田井流实时计量系统及方法，不仅能够解决平台测试分离器测量不准确的问题，还能实时监测每口井的产量状况。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种油田井流实时计量系统，包括数据采集系统和中央数据处理系统，其特征在于：所述中央数据处理系统包括效率流速比计算模块、无量纲流速计算模块、地表流量计算模块以及数据校准模块；所述效率流速比计算模块根据所述数据采集系统采集到的基础数据计算得到效率流速比并发送到所述无量纲流速计算模块；所述无量纲流速计算模块根据效率流速比和电潜泵固有的性能曲线计算得到无量纲流速，并发送到所述地表流量计计算模块；所述地表流量计计算模块根据无量纲流速和原油体积系数，计算得到初始的地表流量值并发送到所述数据校准模块；所述数据校准模块根据现场实际测量结果对初始地表流量值进行校准，得到最终的地表流量值，作为实际井口油气水的流量。
一种基于所述系统的油田井流实时计量方法，其特征在于包括以下步骤：1)进行基础数据的收集，并发送到中央数据处理系统；2)中央数据处理系统中的效率流速比计算模块基于功率平衡方程理论算法，利用收集的基础数据，计算得到效率流速比并发送到无量纲流速计算模块；3)无量纲流速计算模块根据得到的效率流速比和电潜泵固有的性能曲线计算无量纲的流速，并发送到地表流量计算模块；4)地表流量计算模块根据得到的无量纲流速计算得到电潜泵流速，并进而根据原油体积系数，计算得到初始的地表流量值；5)数据校准模块根据现场实际测量的结果，对计算得到的初始的地表流量值进行校准，作为最终的地表流量值，也即井口油气水的流量。
所述步骤1)中，收集的基础数据包括：电潜泵出入口的压力、平台开关设备或变频器处的电压、电流、频率信号以及电潜泵的静态数据，所述电潜泵的静态数据包括电潜泵电机功率因子、电机效率、电潜泵供电电缆电阻和变量比和电潜泵性能曲线。
所述步骤2)中，效率流速比的计算公式为：
式中：△P为泵进出口压差，单位为Pa；QP为采出物井底条件下流量，单位为m3/s；ηP为电潜泵效率；ηm为电机效率；Id为变频器或者开关设备电流单位，单位为A；PF为电机的功率因数；Vm为电潜泵三相电压，单位为V。
所述步骤3)中，无量纲流速为：
式中，ηP＝f(Qp)为电潜泵的效率曲线。
所述步骤4)中，初始的地表流量值的计算公式为：
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明设置的中央数据处理系统根据数据采集系统采集的基础数据进行油田井流的计算，充分利用了现有油田平台配置的数据采集系统所采集的数据，降低了油田井口流量计算的成本。2、本发明数据采集系统实时对油田井口的生产状况进行监测，中央数据处理系统根据数据采集系统实时采集的基础数据进行油田井流的计算，有效提高了油田井口流量计算的准确性和实时性。3、本发明中央数据处理系统根据收集的基础数据计算油田井口流量，并根据现场实际测量结果对计算结果进行校准，进一步保证了计算结果的准确性。本发明可以广泛应用于对油田井口的生产状况的监测领域。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供的一种油田井流实时计量系统，包括数据采集系统1和设置在油田平台中控室的中央数据处理系统2，数据采集系统1包括设置在油田井中的电潜泵11的出、入口的两压力测量装置12、13以及设置在油田平台上的平台开关设备或变频器14。电潜泵11出口的压力测量装置12和电潜泵11入口的压力测量装置13分别实时测量电潜泵11出入口压力，并将测量的压力信号发送到中央数据处理系统2；平台开关设备或变频器14将实时测量的平台开关设备或变频器14的电压、电流、频率信号，并发送到中央数据处理系统2。中央数据处理系统2根据接收到的电潜泵11出入口的压力信号、平台开关设备或变频器14处的电压、电流、频率信号，以及电潜泵的静态数据，对油田井流进行实时计算并存储。
中央数据处理系统包括效率流速比计算模块、无量纲流速计算模块、地表流量计算模块以及数据校准模块。效率流速比计算模块根据采集到的基础数据计算得到效率流速比并发送到无量纲流速计算模块；无量纲流速计算模块根据效率流速比和电潜泵固有的性能曲线计算得到无量纲流速，并发送到地表流量计计算模块；地表流量计计算模块根据无量纲流速和原油体积系数，计算得到初始的地表流量值并发送到数据校准模块；数据校准模块根据现场实际测量结果对初始地表流量值进行校准，得到最终的地表流量值，作为实际井口油气水的流量。
基于上述油田井流实时计量系统，本发明还提供一种油田井流实时计量方法，包括以下步骤：
1)进行基础数据的收集，包括电潜泵出入口的压力、平台开关设备或变频器处的电压、电流、频率信号以及电潜泵的静态数据，并发送到中央数据处理系统2。
电潜泵出口压力测量装置12和电潜泵入口压力测量装置13分别实时测量电潜泵11出入口压力，并将测量的压力信号发送到中央数据处理系统2；平台开关设备或变频器14将测量的平台开关设备或变频器14处的电压、电流、频率信号，发送到中央数据处理系统2。
其中，电潜泵11的静态数据包括电潜泵电机功率因子、电机效率、电潜泵供电电缆电阻和变量比和电潜泵性能曲线等。
2)中央数据处理系统2中的效率流速比计算模块基于功率平衡方程理论算法，利用收集的基础数据，计算得到效率流速比并发送到无量纲流速计算模块。其中，功率平衡方程是指泵的功率等于电机的制动功率。
根据基础数据计算效率流速比的计算公式为：
式中：△P为泵进出口压差，单位为Pa；QP为采出物井底条件下流量，单位为m3/s；ηP为电潜泵效率；ηm为电机效率；Id为变频器或者开关设备电流单位，单位为A；PF为电机的功率因数；Vm为电潜泵三相电压，单位为V。
其中，计算电潜泵三相电压时需考虑对电缆上的电损失进行补偿，故电潜泵三相电压的计算公式为：
Vm＝Id×(Vd-a×R2×Id) (3)
式中：Vd为VSD电压，单位为V；a为电缆电阻；R为考虑VSD与ESP之间电压变化而引入的变量比。
3)无量纲流速计算模块根据得到的效率流速比和电潜泵固有的性能曲线计算无量纲的流速，并发送到地表流量计算模块。
每个泵都有固有的性能曲线，也即ηP-Q曲线，也就是说，效率是流量的函数，即
ηP＝f(Qp) (4)
根据式(2)和式(4)即可得到无量纲流速为：
4)地表流量计算模块根据得到的无量纲流速计算得到电潜泵流速，并进而根据原油体积系数Bo，计算得到初始的地表流量值。
初始的地表流量值的计算公式为：
5)数据校准模块根据现场实际测量的结果，对计算得到的初始的地表流量值进行校准，作为最终的地表流量值，也即井口油气水的流量。
由于基础数据中的电机效率、电机功率因数均是随负荷变化的常数，同时后期电机磨损情况下都会对电机效率和电机功率因素造成影响，故需要根据现场实际测量结果对计算得到的初始地表流量值进行校准，得到最终的地表流量值，也即井口油气水的流量。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种油田井流实时计量系统，包括数据采集系统和中央数据处理系统，其特征在于：所述中央数据处理系统包括效率流速比计算模块、无量纲流速计算模块、地表流量计算模块以及数据校准模块；
所述效率流速比计算模块根据所述数据采集系统采集到的基础数据计算得到效率流速比并发送到所述无量纲流速计算模块；所述无量纲流速计算模块根据效率流速比和电潜泵固有的性能曲线计算得到无量纲流速，并发送到所述地表流量计计算模块；所述地表流量计计算模块根据无量纲流速和原油体积系数，计算得到初始的地表流量值并发送到所述数据校准模块；所述数据校准模块根据现场实际测量结果对初始地表流量值进行校准，得到最终的地表流量值，作为实际井口油气水的流量。
2.一种基于如权利要求1所述系统的油田井流实时计量方法，其特征在于包括以下步骤：
1)进行基础数据的收集，并发送到中央数据处理系统；
2)中央数据处理系统中的效率流速比计算模块基于功率平衡方程理论算法，利用收集的基础数据，计算得到效率流速比并发送到无量纲流速计算模块；
3)无量纲流速计算模块根据得到的效率流速比和电潜泵固有的性能曲线计算无量纲的流速，并发送到地表流量计算模块；
4)地表流量计算模块根据得到的无量纲流速计算得到电潜泵流速，并进而根据原油体积系数，计算得到初始的地表流量值；
5)数据校准模块根据现场实际测量的结果，对计算得到的初始的地表流量值进行校准，作为最终的地表流量值，也即井口油气水的流量。
3.如权利要求2所述的一种油田井流实时计量方法，其特征在于：所述步骤1)中，收集的基础数据包括：电潜泵出入口的压力、平台开关设备或变频器处的电压、电流、频率信号以及电潜泵的静态数据，所述电潜泵的静态数据包括电潜泵电机功率因子、电机效率、电潜泵供电电缆电阻和变量比和电潜泵性能曲线。
4.如权利要求2所述的一种油田井流实时计量方法，其特征在于：所述步骤2)中，效率流速比的计算公式为：
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式中：△P为泵进出口压差，单位为Pa；QP为采出物井底条件下流量，单位为m3/s；ηP为电潜泵效率；ηm为电机效率；Id为变频器或者开关设备电流单位，单位为A；PF为电机的功率因数；Vm为电潜泵三相电压，单位为V。
5.如权利要求2所述的一种油田井流实时计量方法，其特征在于：所述步骤3)中，无量纲流速为：
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</mrow>
式中，ηP＝f(Qp)为电潜泵的效率曲线。
6.如权利要求2所述的一种油田井流实时计量方法，其特征在于：所述步骤4)中，初始的地表流量值的计算公式为：
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