CN108345757A - 沉没度计算方法、采油方法及采油系统 - Google Patents

沉没度计算方法、采油方法及采油系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种沉没度计算方法、采油方法及采油系统,属于采油技术领域。抽油泵沉没度计算方法主要利用抽油杆的上行拉力和下行拉力,步骤主要包括公式的推导过程和带入公式的求解。采油方法主要是根据上述沉没度技术方法来实时获得沉没度数据并根据数据调整系统等待时间和冲次,从而能够实现采油的自动化和智能化。上述采油系统测力计和控制器,由于测力计能够采集抽油杆的上行拉力和下行拉力数据,控制器获取上述数据后能够执行上述采油方法,从而能够实现采油的自动化和智能化。

Description

沉没度计算方法、采油方法及采油系统
技术领域 >
[0001] 本发明涉及石油技术领域,具体而言,涉及一种沉没度计算方法、采油方法及采油 系统。
背景技术
[0002] 在采油作业中,泵的沉没度是个很重要的参数:沉没度过高,采油的产量就低;沉 没度过低,就会出现干抽的情况,不仅使得抽油杆磨损加快,井的维护成本增加,而且降低 采油效率,增加了能耗。因此如果能够实时知道沉没度数据,对超长冲程柔性采油系统来 讲,那么就可以实时进行冲次的调整,实现全智能的采油过程。
[0003] 目前油田已有多种测量油管里液面的方法,比如声波测量的方法。但一般来说,油 田都是每隔一段时间才到现场进行一次测试,目的是检查井的油层有没有发生变化,导致 产量发生变化。由于该设备的单机成本比较高,给每口井配一台这样的检测设备是不太现 实的。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供了一种沉没度计算方法,其能够比较准确地计算抽油泵的 沉没度。
[0005] 本发明的另一目的在于提供一种采油方法,其能够根据沉没度的辨别情况来调整 冲次和系统等待时间。
[0006] 本发明是这样实现的:
[0007] —种抽油栗沉没度计算方法,包括以下步骤:
[0008] a •计算抽油杆的上行拉力和下行拉力,所述上行拉力和所述下行拉力分别用F上和 FV来表不;
[0009] F上=F機h_F麵h+F杆+F雜h+F灘肋h
[0010] F下=F^f-F*fff+F杆-Fiatf-F鑛助下
[0011] Fn:上行过程中,柱塞顶到井口液柱的重量
[0012] F^:下行过程中,柱塞顶到井口液柱的重量
[0013] F藤吐:上行过程中,油管内部液面到柱塞底部液柱的重量
[0014] F灘吓:下行过程中,油管内部液面到柱塞底部液柱的重量 [0015]巧_止:上抽过程中由油管阀门带来的流体阻力
[0016] 巧獅助下:下放过程中由油管带来的流体阻力
[0017] b •把F上和F下相加;
[0018] F上+F下=(F機h_F麵押种藤上+F獅肋(F機rF獅7+F杆-F赚f+F爾助下)
[0019] F上+F下=(F_:+F_^ _ +2*F杆 + (F雜h-F_r) +
[0020] C•取最靠近栗底部的位置(柱塞的长度忽略),有:
[0021] F植h=F機f二F纖:栗底部到井口液柱的重量
[0022] F鲕L=F_=Fm®緬:泵底部到油管沉没液柱的重量
[0023] F廟*在泵底,柱塞和栗内壁的摩擦力
[0024] F獅p助=F流陋^-F獅^肋下:阀门所造成的上下行流体阻力之差
[0025] Fii+F下=2*F雜f2*F杆+F麵肋 _2*F涵緬
[0026] F麵助:应该是和阀门压力和出油速度相关的物理量,如果出油速度比较低的情况 下,也可近似认为抽油杆速度变化,整个流体阻力也不变;
[0027] F雜、F杆是可以计算的,在整个过程中是不变的;
[0028] (2*F^f 2*F杆+¾獅肋-(F_h+F下))/2
[0029] d.计算沉没度
[0030] F爾緬=p • g • h _ Jr • (d/2)2 [0031] P:原油密度,大概为950kg/m3 [0032] g:重力加速度
[0033] d:泵的直径
[0034] h:泵底到油管液面的高度,即沉没度 [0035] 可以得到:
[0036] h = 2* (2*F雜+2*F杆+F麵肋-(F上+F下))Ap . g. Ji • d2)。
[0037] 进一步,
[0038]所述上行拉力和所述下行拉力是由采油系统上的测力计测得。
[0039] —种采油方法,包括以下步骤:
[CKMO] a.设置沉没度的上限和下限;
[0041] b •使用权利要求1或2所述的抽油栗沉没度计算方法实时测量沉没度,并进行冲次 调整;
[0042] c •当沉没度大于上限时,减少等待时间,增加冲次;当沉没度小于下限时,增加等 待时间,减少冲次;当沉没度在上限和下限之间时,保持稳定的等待时间和冲次。
[0043]进一步,
[0044] 还包括设置沉没度的下极限;
[0045]当沉没度小于下极限数值时,停止采油,触发报警信号。
[0046] 一种采油系统,所述采油系统包括测力计、控制器和抽油泵,所述控制器能够执行 所述的采油方法;所述测力计能够测量抽油杆的上行拉力和下行拉力。
[0047]进一步,
[0048] 所述测力计能够将数据实时传输给所述控制器。
[0049]进一步,
[0050] 所述测力计为轴承座式测力计。
[0051]进一步,
[0052] 所述测力计为载荷传感器。
[0053]进一步,
[0054]所述控制器为单片机。
[0055]进一步,
[0056] 所述控制器为PLC。
[0057]本发明的有益效果是:
[0058]本发明通过上述设计得到的沉没度计算方法,使用时,将抽油杆的上行拉力和下 行拉力代入到b步骤中的公式中,即可获得沉没度。
[0059]本发明通过上述设计得到的采油方法,根据实时获得的沉没度数据来调整系统等 待时间和冲次,从而能够实现采油的自动化和智能化。 '
[0060]本发明通过上述设计得到的采油系统,由于测力计能够采集抽油杆的上行拉力和 下行拉力数据,控制器获取上述数据后能够执行上述计算方法,从而能够实现采油的自动 化和智能化。
附图说明:
[0061] 图1为抽油杆上行拉力受力分解示意图;
[0062] 图2为抽油杆下行拉力受力分解示意图。
具体实施方式
[0063]为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施 方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实 施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领 域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明 保护的范围。
[0064]因此,以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保 护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式,本领 域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明 保护的范围。
[0065] 在本发明的描述中,需要理解的是,指示方位或位置关系的术语为基于附图所示 的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备 或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
[0066] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等 术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连 接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内 部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情 况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0067] 在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、 “水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该 发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不 是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不 能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理 解为指示或暗示相对重要性。
[0068]此外,术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂,而 是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构 一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。
[0069] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之上或之下可以 包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之 间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特 征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之 下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度 小于第二特征。
[0070] 实施例1:
[0071] 本实施例提供了一种抽油泵沉没度计算方法,主要利用抽油杆的上行拉力和下行 拉力,步骤主要包括公式的推导过程和带入公式的求解。
[0072]具体地,推导过程如下:
[0073]如图1和图2,抽油杆的上行拉力和所述下行拉力分别用F上和F下来表示;
[0074] Fi:=F植h_R«h+F杆+F藤上+F綱肋h
[0075] F下=F樓f-F爾f+F杆-F黯f-F麵肋下
[0076] F«h:上行过程中,柱塞顶到井口液柱的重量 [0077] Fwf:下行过程中,柱塞顶到井□液柱的重量 [0078] F?瓶t:上彳丁过程中,油管内部液面到柱塞底部液柱的重量 [0079] Fw::下行过程中,油管内部液面到柱塞底部液柱的重量 [OOM]内1_止:上抽过程中由油管阀门带来的流体阻力 [0081]内獅助下:下放过程中由油管带来的流体阻力
[0082] 把F上和F下相加•,
[0083] F上+F下=(Flab,紙+F杆+F藤上+ (F«f-Fj«F+F杆-F^f+F藤肋下)
[0084] F上+F下=(F機h+F機r - (F祖h+F麵f) +2*F杆 + (F騰上-F藤f) + (F麵肋h_F綱s肋下)
[0085]取最靠近栗底部的位置(柱塞的长度忽略),有:
[0086] F植底:栗底部到井口液柱的重量
[0087] F麵h=F麵f=Fmj麵:栗底部到油管沉没液柱的重量 [0088] F驗l=F雜f:在泵底,柱塞和栗内壁的摩擦力 [_9] 肋=¾綱5肋t-F綱5肋下:阀门所造成的上下行流体阻力之差
[0090] F上+F下=2*F^jg+2*F杆+F讎肋-2*F:m麵
[0091] F満棚力:应该是和阀门压力和出油速度相关的物理量,如果出油速度比较低的情况 下,也可近似认为抽油杆速度变化,整个流体阻力也不变;
[0092] F雜、F杆是可以计算的,在整个过程中是不变的;
[0093] F沉*(2*F菊計2*F杆+F流晒力-(Fii+F下))/2
[0094]计算沉没度的步骤如下:
[0095] F»ffi=p. g. h. or. (d/2)2
[0096] P:原油密度,大概为95〇kg/m3 [0097] g:重力加速度 [0098] d:泵的直径
[0099] h:栗底到油管液面的高度,即沉没度
[0100] 可以得到:
[0101] h = 2* (2*F_2*F杆+F麵肋-(F上+F下))Ap • g • 31 • d2)。
[0102]上行压力和下行压力可以通过测力计实时测得。
[0103] 实施例2:
[01 04]本实施例提供了 一种采油方法,其包括以下步骤:
[0105] a.$置沉没度的上限、下限和下极限;上限和下限的选取可以采用如下方法,
[0106]在采油系统运行一段时间,油管中的液面达到一个相对稳定的状态后,采用声波 测量的方法,确定当前的沉没度,然后输入到采油控制系统中。然后再在控制系统中设定采 油的沉没度上限、下限和下极限。
[0107] b•使用实施例1中提供的抽油泵沉没度技术方法实时测量沉没度,并进行冲次调 整。
[0108] c •当沉没度大于上限时,减少等待时间,增加冲次;当沉没度小于下限时,增加等 待时间,减少冲次;当沉默度在上限和下限之间时,保持稳定的等待时候和冲次;当沉没度 小于下极限数值时,停止采油,触发报警信号。
[0109] 实施例3:
[0110] 本实施例提供了 一种采油系统,所述采油系统包括测力计、控制器和抽油泵,所述 控制器能够实施例2中的的采油方法;测力计采用轴承座式测力计,其能够测量抽油杆的上 行拉力和下行拉力;并将数据实时传输给控制器。
[0111] 以上所述仅为本发明的优选实施方式而已,并不用于限制本发明,对于本领域的 技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何 修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抽油泵沉没度计算方法,其特征在于,包括以下步骤: a •推导沉没度计算公式; 抽油杆的上行拉力和所述下行拉力分别用F_h和Ff来表示; Fi:= F:tah-Fi«L+F杆+Fj^t+F趣 F下=杆-Fj^f-F爾肋下 Fiat:上行过程中,柱塞顶到井口液柱的重量 f:wf:下行过程中,柱塞顶到井口液柱的重量 F*Sh:上行过程中,油管内部液面到柱塞底部液柱的重量 F«TF:下行过程中,油管内部液面到柱塞底部液柱的重量 F滴棚址:上抽过程中由油管阀门带来的流体阻力 段綱5肋下:下放过程中由油管带来的流体阻力 把Fi:和Ft相加; F上+F下=- Fj祗+F杆+F藤上+F麵+ (F:i«f-Fi®aT+F杆-FiStf+F麵肋下) F上+F下=(F:(掘!+F植r- (F麵h+F藤f) +2*F杆 + (F藤上-F雜f) + (F獅飯止-F麵助下) 取最靠近栗底部的位置(柱塞的长度忽略),有: F|Sh= Fe*f = :栗底部到井口液柱的重量 F«i=F瀬jf = Fg®麵:泵底部到油管沉没液柱的重量 在栗底,柱塞和泵内壁的摩擦力 玲3#肋=枚3棚下:阀门所造成的上下行流体阻力之差 Fii+F下=2*F雜+2*Kff+F_a*-2*Fj_» F獅棚力:应该是和阀门压力和出油速度相关的物理量,如果出油速度比较低的情况下, 也可近似认为抽油杆速度变化,整个流体阻力也不变; F藏|、F杆是可以计算的,在整个过程中是不变的; F爾緬=(2*F藏f 2*F杆+F麵肋-(F上+F下))/2 b.计算沉没度 Fm«=P . g. h. 3i. (d/2)2 P:原油密度,大概为950kg/m3 g:重力加速度 d:泵的直径 h:栗底到油管液面的高度,即沉没度 可以得到: h = 2* (2*F藤計2*F杆+F藤肋-(F上+F下))/ (p. g. Ji • d2)。
2. 根据权利要求1所述的抽油泵沉没度计算方法,其特征在于,所述上行拉力和所述下 行拉力是由采油系统上的测力计测得。
3. —种采油方法,其特征在于,包括以下步骤: a. 设置沉没度的上限和下限; _ b. 使用权利要求1或2所述的抽油栗沉没度计算方法实时测量沉没度,并进行冲次iJf 整; c. 当沉没度大于上限时,减少等待时间,增加冲次;当沉没度小于下限时,增加等待曰寸 间,减少冲次;当沉没度在上限和下限之间时,保持稳定的等待时间和冲次。
4. 根据权利要求3所述的采油方法,其特征在于, 还包括设置沉没度的下极限; 当沉没度小于下极限数值时,停止采油,触发报警信号。
5. —种采油系统,其特征在于,所述采油系统包括测力计、控制器和抽油泵,所述控制 器能够执行权利要求3或4所述的采油方法;所述测力计能够测量抽油杆的上行拉力和下行 拉力。
6. 根据权利要求5所述的采油系统,其特征在于,所述测力计与所述控制器电连接,所 述测力计能够将数据实时传输给所述控制器。
7. 根据权利要求5所述的采油系统,其特征在于,所述测力计为轴承座式测力计。
8. 根据权利要求5所述的采油系统,其特征在于,所述测力计为载荷传感器。
9. 根据权利要求5所述的采油系统,其特征在于,所述控制器为单片机。
10. 根据权利要求5所述的采油系统,其特征在于,所述控制器为PLC。
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