CN107575208A

CN107575208A - 一种基于地面示功图计算稠油油井产量的方法

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Publication number: CN107575208A
Application number: CN201711019678.4A
Authority: CN
Inventors: 孙辉; 刘恩新; 刘志兵; 杜伟; 邴绍强; 周娜; 张玉真; 尚岩; 巴永军; 顾静
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering Shengli Co
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering Shengli Co
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2018-01-12
Anticipated expiration: 2037-10-27
Also published as: CN107575208B

Abstract

本发明属于油田生产管理领域，具体涉及一种基于地面示功图计算稠油油井产量的方法。该方法具体包括以下步骤：确定载荷基准值L；根据载荷基准值L，从n个示功图点对中，构建满足条件的示功图点对编号集合P；从集合P中选取阀开启点k₁；逆向读取示功图点对，求取i与k₁点间的平滑度集合P_θ；分析平滑度集合P_θ，选取阀闭合点k₂；利用上述方法确定的k₁和k₂点，计算有效冲程S_pe；根据抽油泵排量公式，计算稠油油井产量Q_p。本发明提供的基于地面示功图计算稠油油井产量的方法，简化了油井产量计算程序，避免了中间转换的误差，确保稠油油井产液量计量的可靠性、准确性、连续性、实时性，达到简化地面计量流程，降低油田开发投资和运行成本。

Description

一种基于地面示功图计算稠油油井产量的方法

技术领域

本发明涉及油田生产管理领域，特别是涉及一种基于地面示功图计算稠油油井产量的方法。

背景技术

油井产量变化规律是油井生产状态评定、储油层情况变化分析，油田开发方案制定的重要依据，油井产量实时监测在油田开发中占有重要地位。抽油机井的液量计量传统的方法为采用分离器人工计量，该技术虽然计量设备简单，但地面配套建设投资较大，操作较为复杂，同时采用间歇量油的方式来折算产量，因此不能实现油井连续计量。

目前，通常利用地面示功图计算油井产量，该方法是通过测试抽油井的地面示功图，应用杆柱、液柱和油管三维振动数学模型(波动方程)求解得到油井的泵功图，依据泵功图曲率的变化确定阀开闭点，从而确定泵的有效冲程，进而计算油井的产量。但是由于在有杆抽油系统中，抽油杆柱和油管间存在强烈库仑摩擦，是一个机电液耦合的复杂非线性系统，特别是在沥青质和胶质含量较高、粘度较大的稠油油藏下使得波动方程的建立和求解更加困难，边界条件和阻尼系数无法准确确定，从而求出泵功图的误差较大，同时有效冲程通常是在理想状态下确定的，容易导致计算出的有效冲程的值偏大，从而计算出的油井产量准确度偏低。

为了适应当前国际油价持续低位震荡，国内油田进入“寒冬期”，发展转入“转方式调结构”大背景下，有必要提出一种在不增加成本及操作难度的情况下，实现油井产量的实时、连续准确计量的方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提出一种基于地面示功图计算稠油油井产量的方法。该方法在不增加硬件投入的情况下，提供一种利用地面示功图直接计算稠油油井产量的方法，解决稠油油藏下的单井产量难以连续、准确计量的问题。

本发明公开了一种基于地面示功图计算稠油油井产量的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

(1)确定载荷基准值L；

(2)根据载荷基准值L，从n个示功图点对中，构建满足条件的示功图点对编号集合P；

(3)从集合P中选取阀开启点k₁；

(4)逆向读取示功图点对，求取i与k₁点间的平滑度集合P_θ；

(5)分析平滑度集合P_θ，选取阀闭合点k₂；

(6)利用上述方法确定的k₁和k₂点，计算有效冲程S_pe；

(7)根据抽油泵排量公式，计算稠油油井产量Q_p。

步骤1中，所述的确定载荷基准值L，L由下面公式确定：

其中，L—载荷基准值，kN；

L_max—最大载荷，kN；

L_min—最小载荷，kN；

m—基准系数，取整，m＝2-5。

步骤2中，所述的示功图点对n的取值为n≥200的整数，编号依次为0、1、2、3、…、n-1。

步骤2中，所述的构建满足条件的示功图点对编号集合P，P由下面的公式确定：

P＝{i|f(x_i，y_i)＝y_i

＜L∧((y_i+2≥L∧y_i-2＞L)∨(y_i+2＞L∧y_i-2≥L))，i

＝2，3，4，...，n-3}

其中，P-示功图点对编号集合；

L-载荷基准值，kN；

i-地面示功图点对编号取值；

x_i-第i点位移，m；

y_i-第i点载荷，kN；

y_i+2-第i+2点载荷，kN；

y_i-2-第i-2点载荷，kN。

步骤3中，所述的从集合P中选取阀开启点k₁，k₁由下面的公式确定：

x[k₁]＝max(x_i)，i∈P

其中，k₁-阀开启点；

x_i-第i点位移值，m。

步骤4中，所述的平滑度集合P_θ，由下面的公式确定：

其中，P_θ-平滑度集合；

i-地面示功图点对编号取值；

θ_i-i与k₁点间的平滑度；

y[i]-第i点载荷，kN；

y[k₁]-阀开启点载荷，kN；

x[i]-第i点位移，m；

x[k₁]-阀开启点位移，m。

步骤5中，所述的阀闭合点k₂，其确定的方法如下：

(1)循环读取P_θ集合；

(2)条件1：如果连续j个点满足θ_i≤h1(m1≤i<m1+j，h1为平滑度阈值，0<h1≤0.5，m1为顺序读入P_θ某点)，且m1+j-1-k₁>j，5≤j≤15，则k₂＝m1；

(3)条件2：如果连续j-1个点满足|θ_i-θ_m2|≤h2(m2<i<m2+j，h2平滑度差异度阈值，0<h2≤0.5，m2为顺序读入P_θ某点)，且m2+j-1-k₁>j，5≤j≤15，则k₂＝m2；

(4)条件3：否则，k₂＝n-1。

步骤6中，所述的有效冲程S_pe，其计算公式为：

S_pe＝|X_k1-X_k2|

其中，S_pe—有效冲程，m；

X_k1—k₁点位移，m；

X_k2—k₂点位移，m。

步骤7中，所述的稠油油井产量Q_p，计算公式为：

Q_P＝1440×S_pe×A_p×N

其中，Q_p—泵日排量，m³/d；

S_pe—柱塞有效冲程，m；

A_p—柱塞横截面积，m²；

N—冲次，min^-1。

本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：

(1)本发明提供的基于地面示功图计算稠油油井产量的方法，省去了地面示功图到泵功图转变的步骤，简化了油井产量计算程序，避免了中间转换的误差；

(2)本发明不仅具有方法简单，操作简单便于管理，而且提高了稠油油井功图法计量的准确度，可逐步取代传统的油井计量方法，减少地面投入节约资金，确保油井产液量计量的可靠性、准确性、实时性，达到简化地面计量流程，降低油田开发投资和运行成本；

(3)本发明提供的利用地面示功图直接计算稠油油井产量的方法，解决稠油油藏下的单井产量难以连续、准确计量的问题；

(4)本发明比传统的非连续性量油方式更适合油田的生产管理，为油田的信息化建设、数据深加工与利用、油田的节能和降耗做好积极的数据分析准备。

附图说明

附图1为本发明计算稠油井产量的流程图。

附图2为稠油油井GD₂₃地面示功图。

附图3为稠油油井GD₂₃有效冲程示例图。

附图4为稠油油井GD₁₂地面示功图。

附图5为稠油油井GD₁₂有效冲程示例图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明：

实施例1：

胜利油田某区块稠油油井GD₂₃，脱气原油粘度30562mPa.s，抽油泵直径为58mm，冲程为4.23m，冲次为2.78次/min，经测试最大载荷为24.09kN，最小载荷为14.08kN，油井含水率为34.5％。2017年5月6日07:12时实测地面示功图见图2，示功图数据见表1。利用本发明的方法计算该油井的产量。具体步骤如下：

表1稠油井GD₂₃示功图数据

(1)确定载荷基准值L

L＝(L_max-L_min)/m+L_min＝(24.09-14.08)/3+14.08＝17.42kN

其中，L-载荷基准值，kN；

L_max-最大载荷，24.09kN；

L_min-最小载荷，14.08kN；

m-基准系数，取整，m＝3。

(2)根据载荷基准值L，从n个示功图点对中，其中，n＝200，构建满足条件的示功图点对编号集合P。

P＝{i|f(x_i，y_i)＝y_i＜L∧((y_i+2≥L∧y_i-2＞L)∨(y_i+2＞L∧y_i-2≥L))，i

＝2，3，4，...，n-3}

＝{0，163，164，168，172，173，175，176，179，180，185，186}。

(3)从集合P中选取阀开启点k₁

x[k₁]＝max(x_i)，i∈P

从P中，选取位移最大的点k₁，见图3，编号：163，位移值：1.414m。

(4)逆向读取示功图点对，求取i与k₁点间的平滑度集合P_θ。

从编号199点逆向循环读取示功图点对，计算所读点与k₁点间的斜率，求取平滑度P_θ：

P_θ＝{<199，0.367751060820368>，

<198，0.308571428571429>，<197，0.291428571428571>，<196，0.277056277056277>，<195,0.279883381924199>,<194,0.247605011053795>,<193,0.250186150409531>,<192,0.219178082191781>,<191,0.184615384615385>,<190,0.188679245283019>,<189,0.173773129525342>,<188,0.136696501220505>,<187,0.1>,<186,0.062229904926534>,<185,0.0425155004428701>,<184,0.0662983425414364>,<183,0.0454115421002842>,<182,0>,<181,0.0246913580246908>,<180,0.0775026910656619>,<179,0.0812641083521444>,<178,0.0569395017793599,<177,0.0916030534351144>,<0.164609053497943>,<175,0.174927113702624>,<174,0.190779014308427>,<173,0.20979020979021>,<172,0.280155642023346>,<171,0.210065645514222>,<170,0.120000000000001>,<169,0.0699708454810481>,<168,0.167832167832169>,<167,0>,<166,0>,<165,0>,<164,0.842105263157903>}。

(5)分析平滑度集合P_θ，选取阀闭合点k₂；

阀闭合点k₂，其确定的方法如下：

①循环读取P_θ集合；

②条件1：如果连续j个点满足θ_i≤h1(m1≤i<m1+j，h1为平滑度阈值，0<h1≤0.5，m1为顺序读入P_θ某点)，且m1+j-1-k₁>j，5≤j≤15，则k₂＝m1；

③条件2：如果连续j-1个点满足|θ_i-θ_m2|≤h2(m2<i<m2+j，h2平滑度差异度阈值，0<h2≤0.5，m2为顺序读入P_θ某点)，且m2+j-1-k₁>j，5≤j≤15，则k₂＝m2；

④条件3：否则，k₂＝n-1。

其中：h1取值0.1，j取值10，h2取值0.1。

满足条件1，求取点k₂，见图3，编号：186，位移值：0.257m。

(6)利用上述方法确定的k₁和k₂点，计算有效冲程S_pe。

S_pe＝|X_k1-X_k2|

＝|1.414–0.257|＝1.157m。

其中，S_pe—有效冲程，m；

X_k1—k₁点位移，1.414m；

X_k2—k₂点位移，0.257m。

(7)根据抽油泵排量公式，计算稠油油井产量Q_p。

Q_P＝1440×S_pe×A_p×N

＝1440×1.157×3.14×0.029²×2.78

＝12.23m³/d

其中，S_pe—有效冲程，1.157m；

A_p—柱塞横截面积，0.00264074m²；

N—冲次，2.78次/min。

稠油油井GD₂₃实测日产液量为：12.15m³/d，常用方法计算产量为：

14.96m³/d，本发明计算产量差值为：0.08m³/d，误差率为0.66％，见表2。本发明计算稠油井产量的方法与现有方法相比，与实测值的差值更小，误差率明显降低，低于1％，准确度明显提高。

表2稠油井GD₂₃各种产量计算值与实测值统计表

测量方法	产量，m³/d	差值，m³/d	误差率，％
				本发明的方法	12.23	0.08	0.66
常用方法	14.96	2.81	23.13
				实测值	12.15	/	/

实施例2：

胜利油田某区块稠油油井GD₁₂，脱气原油粘度27600mPa.s，抽油泵直径为58mm，冲程为4.19m，冲次为2.72次/min，经测试最大载荷为26.46kN，最小载荷为8.95kN，油井含水率为65.0％。2017年7月8日08:05时实测地面示功图见图4，示功图数据见表3。利用本发明的方法计算该油井的产量。具体步骤如下：

表3稠油井GD₁₂示功图数据

(1)确定载荷基准值L

L＝(L_max-L_min)/m+L_min＝(26.46-8.95)/3+8.95＝14.79kN

其中，L-载荷基准值，kN；

L_max-最大载荷，26.46kN；

L_min-最小载荷，8.95kN；

m-基准系数，取整，m＝3。

＝2，3，4，...，n-3}

＝{0，149，150，160，161，164，165，171，172}。

(3)从集合P中选取阀开启点k₁

x[k₁]＝max(x_i)，i∈P

从P中，选取位移最大的点k₁，见图5，编号：149，位移值：2.13m。

(4)逆向读取示功图点对，求取i与k₁点间的平滑度集合P_θ。

P_θ＝{<199,0.776228733459357>,<198,0.680529300567108>,<197,0.588374291115312>,<196,0.492674858223063>,<195,0.431937172774869>,<194,0.339124226558782>,<193,0.276712985146143>,<192,0.246138996138996>,<191,0.215014577259475>,<190,0.187224669603524>,<189,0.167576961271103>,<188,0.1575>,<187,0.136986301369863>,<186,0.127445932028836>，<185,0.094093047569263>,<184,0.0477707006369431>,<183,0.012228260869565>,<182,0.0496963003865265>,<181,0.0841750841750839>,<180,0.0991949396204717>,<179,0.128318584070796>,<178,0.131658595641646>,<177,0.163246268656716>,<176,0.169354838709677>,<175,0.189117451891174>,<174,0.243271221532091>,<173,0.266903914590747>,<172,0.295100222717149>,<171,0.308378588052754>,<170,0.28612012987013>,<169,0.300255536626917>,<168,0.295698924731183>,<167,0.316395014381591>,<166,0.357868020304569>,<165,0.453074433656958>,<164,0.431530494821634>,<163,0.462392108508015>,<162,0.49800796812749>,<161,0.539568345323741>,<160,0.588697017268446>,<159,0.608808290155441>,<158,0.50383877159309>,<157,0.421166306695464>,<156,0.370370370370369>,<155,0.367435158501441>,<154,0.310344827586205>,<153,0.0969827586206876>,<152,0.258620689655175>,<151,0.387931034482761>,<150,0>}。

(5)分析平滑度集合P_θ，选取阀闭合点k₂；

阀闭合点k₂，其确定的方法如下：

①循环读取P_θ集合；

④条件3：否则，k₂＝n-1。

其中：h1取值0.1，j取值10，h2取值0.1。

满足条件2，求取点k₂，见图5，编号：185，位移：0.217m。

(6)利用上述方法确定的k₁和k₂点，计算有效冲程S_pe。

S_pe＝|X_k1-X_k2|

＝|2.13-0.217|＝1.913m。

其中，S_pe—有效冲程，m；

X_k1—k₁点位移，2.13m；

X_k2—k₂点位移，0.217m。

(7)根据抽油泵排量公式，计算稠油油井产量Q_p。

Q_P＝1440×S_pe×A_p×N

＝1440×1.913×3.14×0.029²×2.72

＝19.79m³/d

其中，S_pe—有效冲程，1.913m；

A_p—柱塞横截面积，0.00264074m²；

N—冲次，2.72次/min。

稠油油井GD₁₂实测日产液量为：19.63m³/d，常用方法计算产量为：

21.72m³/d，本发明计算产量差值为：0.16m³/d，误差率为：0.82％，见表4。本发明计算稠油井产量的方法与现有方法相比，与实测值的差值更小，误差率明显降低，低于1％，准确度明显提高。

表4稠油井GD₁₂各种产量计算值与实测值统计表

测量方法	产量，m³/d	差值，m³/d	误差率，％
				本发明的方法	19.79	0.16	0.82
常用方法	21.72	2.09	10.65
				实测值	19.63	/	/

Claims

1.一种基于地面示功图计算稠油油井产量的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

(1)确定载荷基准值L；

(3)从集合P中选取阀开启点k₁；

(4)逆向读取示功图点对，求取i与k₁点间的平滑度集合P_θ；

(5)分析平滑度集合P_θ，选取阀闭合点k₂；

(6)利用上述方法确定的k₁和k₂点，计算有效冲程S_pe；

(7)根据抽油泵排量公式，计算稠油油井产量Q_p。

2.根据权利要求1所述的基于地面示功图计算稠油油井产量的方法，其特征在于所述的载荷基准值L，由下面公式确定：

其中，L—载荷基准值，kN；

L_max—最大载荷，kN；

L_min—最小载荷，kN；

m—基准系数，取整，m＝2-5。

3.根据权利要求1或2所述的基于地面示功图计算稠油油井产量的方法，其特征在于所述的示功图点对n，其取值为n≥200的整数，编号依次为0、1、2、3、…、n-1。

4.根据权利要求3所述的基于地面示功图计算稠油油井产量的方法，其特征在于所述的点对编号集合P，其由下面的公式确定：

P＝{i|f(x_i，y_i)＝y_i

＜L∧((y_i+2≥L∧y_i-2＞L)∨(y_i+2＞L∧y_i-2≥L))，i

＝2，3，4，...，n-3}

其中，P-示功图点对编号集合；

L-载荷基准值，kN；

i-地面示功图点对编号取值；

x_i-第i点位移，m；

y_i--第i点载荷，kN；

y_i+2-第i+2点载荷，kN；

y_i-2-第i-2点载荷，kN。

5.根据权利要求4所述的基于地面示功图计算稠油油井产量的方法，其特征在于所述的阀开启点k₁，其由下面的公式确定：

x[k₁]＝max(x_i)，i∈P

其中，k₁-阀开启点；

x_i--第i点位移值，m。

6.根据权利要求5所述的基于地面示功图计算稠油油井产量的方法，其特征在于所述的平滑度集合P_θ，其由下面的公式确定：

<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>&theta;</mi> </msub> <mo>=</mo> <mo>{</mo> <mo><</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <msub> <mi>&theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>></mo> <mo>|</mo> <msub> <mi>&theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mo>|</mo> <mfrac> <mrow> <mi>y</mi> <mo>&lsqb;</mo> <mi>i</mi> <mo>&rsqb;</mo> <mo>-</mo> <mi>y</mi> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>k</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> <mrow> <mi>x</mi> <mo>&lsqb;</mo> <mi>i</mi> <mo>&rsqb;</mo> <mo>-</mo> <mi>x</mi> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>k</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> </mfrac> <mo>|</mo> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mn>...</mn> <mo>,</mo> <msub> <mi>k</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>}</mo> </mrow>

其中，P_θ-平滑度集合；

i-地面示功图点对编号取值；

θ_i-i与k₁点间的平滑度；

y[i]-第i点载荷，kN；

y[k₁]-阀开启点载荷，kN；

x[i]-第i点位移，m；

x[k₁]—阀开启点位移，m。

7.根据权利要求6所述的基于地面示功图计算稠油油井产量的方法，其特征在于所述的阀闭合点k₂，其确定的方法如下：

(1)循环读取P_θ集合；

(2)条件1：如果连续j个点满足θ_i≤h1(m1≤i＜m1+j，h1为平滑度阈值，0＜h1≤0.5，m1为顺序读入P_θ某点)，且m1+j-1-k₁＞j，5≤j≤15，则k₂＝m1；

(3)条件2：如果连续j-1个点满足|θ_i-θ_m2|≤h2(m2＜i＜m2+j，h2平滑度差异度阈值，0＜h2≤0.5，m2为顺序读入P_θ某点)，且m2+j-1-k₁＞j，5≤j≤15，则k₂＝m2；

(4)条件3：否则，k₂＝n-1。

8.根据权利要求7所述的基于地面示功图计算稠油油井产量的方法，其特征在于所述的有效冲程S_pe，其计算公式为：

S_pe＝|X_k1-X_k2|

其中，S_pe-有效冲程，m；

X_kl-k₁点位移，m；

X_k2-k₂点位移，m。

9.根据权利要求8所述的基于地面示功图计算稠油油井产量的方法，其特征在于所述的稠油油井产量Q_p，其计算公式为：

Q_P＝1440×S_pe×A_p×N

其中，Q_p--泵日排量，m³/d；

S_pe-柱塞有效冲程，m；

A_p--柱塞横截面积，m²；

N-冲次，min^-1。