CN110008494A - 一种油田机械采油系统能耗在线优化方法 - Google Patents

一种油田机械采油系统能耗在线优化方法 Download PDF

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王文忠
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徐光明
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Abstract

一种油田机械采油系统能耗在线优化方法，所述的步骤包括：(1)确定油井IPR曲线；(2)多相管流计算，由流压向上进行多相管流计算，得不同深度处的压力分布，根据规定的泵入口压力确定下泵深度；(3)抽油杆柱、冲程、冲次等优化设计，对某一抽汲参数组合：泵径、冲程、冲次，计算杆柱最大、最小载荷，校核、设计抽油杆柱；(4)对抽油机及电动机等设备校核；(5)计算能效指标;优点是:创新性建立能效优化理论计算模型，进行抽油机井耗电量模拟与计算;开展抽油机井能效优化设计，可有效提高抽油机井的系统效率，显著降低抽油机井生产能耗，延长检泵周期，从而实现低成本开发。

Description

一种油田机械采油系统能耗在线优化方法
技术领域
本发明涉及石油开采技术，具体涉及一种油田机械采油系统能耗在线优化方法。
背景技术
（1）API标准法。1968年，美国石油学会(API)发布了有杆抽油系统设计计算方法API RP 11L，后升级为API TR 11L-2008。 API TR 11L-2008主要由无因次量表示的一系列图表和简单的计算公式所组成，主要用于有杆抽油系统的设计与预测。这种方法的主要缺点是未考虑油井沉没度的影响，计算结果与实际差别较大。
（2）行业标准法。按照国家行业标准《有杆泵抽油系统设计、施工推荐作法》(SY/T5873-2005 )可设计内容为抽油泵泵径设计、抽油泵泵深设计、抽油杆柱及抽油机选型设计。这种方法的缺点是未考虑油井流入动态，抽油杆杆柱强度设计与实际有一定差距。
（3）能耗最低法。能耗最低法以抽油机耗电量最低为目标，主要通过优化抽油机冲次实现节能降耗的目的。这种方法未考虑油井流入动态，只能进行指定产量计算，后台计算程序比较复杂。
抽油机井是当今最主要的采油方式，因工作原理及传统设计方法的限制，系统效率普遍偏低（国内油田平均约为22.78%）。抽油机井所耗电量约占生产系统总电量的20%～30%。较低的系统效率不仅造成了能源的浪费，而且加剧了管柱的磨损，增加了修井成本。
发明内容
本发明提供一种油田机械采油系统能耗在线优化方法，用以解决现有技术中的缺陷。
本发明的主要内容是由如下技术方案实现的：
一种油田机械采油系统能耗在线优化方法，所述的步骤包括：
(1) 确定油井IPR曲线；
(2) 多相管流计算，由流压向上进行多相管流计算，得不同深度处的压力分布，根据规定的泵入口压力确定下泵深度；
(3) 抽油杆柱、冲程、冲次等优化设计，对某一抽汲参数组合：泵径、冲程、冲次，计算杆柱最大、最小载荷，校核、设计抽油杆柱；
(4) 对抽油机及电动机等设备校核；
(5) 计算能效指标。
所述的步骤(1) 确定油井IPR曲线方法为：
。
所述的步骤(2)下泵深度公式为
抽油泵下泵深度计算公式：
(1)
其中
(2)
H--油层中部深度，m
--油层中部流压，Pa
--要求泵充满程度为时所需要的沉没压力，Pa
--液体密度，kg/m3
g--重力加速度，m/s2
--生产汽油比，无量纲单位
--标准状况下的压力，取101×103Pa
--井液含水率，%
t--泵挂处井温,℃
--饱和压力，Pa
--井段ΔL长度内的全角变化值。
所述的步骤(2)下泵深度公式中：
①已知任一点(井口或井底)的压力作为起点，任选一个合适的压力间隔Δp；
②估计一个对应的深度增量Δh’；
③计算该管段的平均温度及平均压力，并确定流体性质参数；
④并计算该段的压力梯度dp/dh；
⑤计算对应于的该段管长(深度差) Δh；
⑥重复②～⑤的计算，直至；
⑦计算该段下端对应的深度及压力；
⑧以计算段下端压力为起点，重复②～⑦步。
所述的步骤(3)的计算公式为：
所述的步骤(4) 抽油机及电动机等设备校核的计算公式为：
。
所述的步骤(5)能效指标的计算包括：
机械采油系统输入功率、累积有功电量按以下公式计算：
当油井液体密度未能实际测得时，可按下式计算：
有效扬程按下式计算：
机械采油系统有效功率按下式计算：
抽油机井光杆功率按下式计算：
抽油机井地面效率按下式计算：
抽油机井井下效率按下式计算：
抽油机井平衡度按下式计算：
机械采油系统效率按下式计算：
被测区块某类机械采油系统总输入功率和总有效功率按下式计算：
被测区块某类机械采油系统平均系统效率按下式计算：
被测区块机械采油系统平均系统效率按下式计算：
泵入口处单位时间内液体带入的能量按下式计算：
机械采油系统输入能量按下式计算：
机械采油系统输出能量按下式计算：
机械采油系统能量利用率按下式计算：
被测区块某类机械采油系统总输入能量和总输出能量按下式计算：
被测区块某类机械采油系统平均能量利用率按下式计算：
被测区块机械采油系统平均能量利用率按下式计算：
。
本发明的优点是:本发明将油井作为一个整体，从油藏、井筒、地面工作制度入手，全面分析油井举升过程中能耗节点，有针对性的开发优化模型，可有效提高抽油机井的系统效率，显著降低抽油机井生产能耗，延长检泵周期，从而实现低成本开发。
附图说明。
图1为本发明油井IPR曲线示意图。
图2本发明下泵深度与泵入口压力对应关系图。
图3为本发明XHH143-X61油井优化前后效果对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和有点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
一种油田机械采油系统能耗在线优化方法，所述的步骤包括：
(1) 确定油井IPR曲线；
(2) 多相管流计算，由流压向上进行多相管流计算，得不同深度处的压力分布，根据规定的泵入口压力确定下泵深度；
(3) 抽油杆柱、冲程、冲次等优化设计，对某一抽汲参数组合：泵径、冲程、冲次，计算杆柱最大、最小载荷，校核、设计抽油杆柱；
(4) 对抽油机及电动机等设备校核；
(5) 计算能效指标。
所述的步骤(1) 确定油井IPR曲线方法为：
所述的步骤(2)下泵深度公式为
抽油泵下泵深度计算公式：
(1)
其中
(2)
H--油层中部深度，m
--油层中部流压，Pa
--要求泵充满程度为时所需要的沉没压力，Pa
--液体密度，kg/m3
g--重力加速度，m/s2
--生产汽油比，无量纲单位
--标准状况下的压力，取101×103Pa
--井液含水率，%
t--泵挂处井温,℃
--饱和压力，Pa
--井段ΔL长度内的全角变化值。
所述的步骤(2)下泵深度公式中：
①已知任一点(井口或井底)的压力作为起点，任选一个合适的压力间隔Δp；
②估计一个对应的深度增量Δh’；
③计算该管段的平均温度及平均压力，并确定流体性质参数；
④并计算该段的压力梯度dp/dh；
⑤计算对应于的该段管长(深度差) Δh；
⑥重复②～⑤的计算，直至；
⑦计算该段下端对应的深度及压力；
⑧以计算段下端压力为起点，重复②～⑦步。
所述的步骤(3)的计算公式为：
。
所述的步骤(4) 抽油机及电动机等设备校核的计算公式为：
。
所述的步骤(5)能效指标的计算包括：
机械采油系统输入功率、累积有功电量按以下公式计算：
当油井液体密度未能实际测得时，可按下式计算：
有效扬程按下式计算：
机械采油系统有效功率按下式计算：
抽油机井光杆功率按下式计算：
抽油机井地面效率按下式计算：
抽油机井井下效率按下式计算：
抽油机井平衡度按下式计算：
机械采油系统效率按下式计算：
被测区块某类机械采油系统总输入功率和总有效功率按下式计算：
被测区块某类机械采油系统平均系统效率按下式计算：
被测区块机械采油系统平均系统效率按下式计算：
泵入口处单位时间内液体带入的能量按下式计算：
机械采油系统输入能量按下式计算：
机械采油系统输出能量按下式计算：
机械采油系统能量利用率按下式计算：
被测区块某类机械采油系统总输入能量和总输出能量按下式计算：
被测区块某类机械采油系统平均能量利用率按下式计算：
被测区块机械采油系统平均能量利用率按下式计算：
。

Claims (7)

1.一种油田机械采油系统能耗在线优化方法，其特征在于：所述的步骤包括：
(1) 确定油井IPR曲线；
(2) 多相管流计算，由流压向上进行多相管流计算，得不同深度处的压力分布，根据规定的泵入口压力确定下泵深度；
(3) 抽油杆柱、冲程、冲次等优化设计，对某一抽汲参数组合：泵径、冲程、冲次，计算杆柱最大、最小载荷，校核、设计抽油杆柱；
(4) 对抽油机及电动机等设备校核；
(5) 计算能效指标。
2.根据权利要求1所述的一种油田机械采油系统能耗在线优化方法，其特征在于：所述的步骤(1) 确定油井IPR曲线方法为：
。
3.根据权利要求1所述的一种油田机械采油系统能耗在线优化方法，其特征在于：所述的步骤(2)下泵深度公式为
抽油泵下泵深度计算公式：
(1)
其中
(2)
H--油层中部深度，m
--油层中部流压，Pa
--要求泵充满程度为时所需要的沉没压力，Pa
--液体密度，kg/m3
g--重力加速度，m/s2
--生产汽油比，无量纲单位
--标准状况下的压力，取101×103Pa
--井液含水率，%
t--泵挂处井温,℃
--饱和压力，Pa
--井段ΔL长度内的全角变化值。
4.根据权利要求1或3所述的一种油田机械采油系统能耗在线优化方法，其特征在于：所述的步骤(2)下泵深度公式中：
①已知任一点(井口或井底)的压力作为起点，任选一个合适的压力间隔Δp；
②估计一个对应的深度增量Δh’；
③计算该管段的平均温度及平均压力，并确定流体性质参数；
④并计算该段的压力梯度dp/dh；
⑤计算对应于的该段管长(深度差) Δh；
⑥重复②～⑤的计算，直至；
⑦计算该段下端对应的深度及压力；
⑧以计算段下端压力为起点，重复②～⑦步。
5.根据权利要求1所述的一种油田机械采油系统能耗在线优化方法，其特征在于：所述的步骤(3)的计算公式为：
。
6.根据权利要求1所述的一种油田机械采油系统能耗在线优化方法，其特征在于：所述的步骤(4) 抽油机及电动机等设备校核的计算公式为：
。
7.根据权利要求1所述的一种油田机械采油系统能耗在线优化方法，其特征在于：所述的步骤(5)能效指标的计算包括：
机械采油系统输入功率、累积有功电量按以下公式计算：
当油井液体密度未能实际测得时，可按下式计算：
有效扬程按下式计算：
机械采油系统有效功率按下式计算：
抽油机井光杆功率按下式计算：
抽油机井地面效率按下式计算：
抽油机井井下效率按下式计算：
抽油机井平衡度按下式计算：
机械采油系统效率按下式计算：
被测区块某类机械采油系统总输入功率和总有效功率按下式计算：
被测区块某类机械采油系统平均系统效率按下式计算：
被测区块机械采油系统平均系统效率按下式计算：
泵入口处单位时间内液体带入的能量按下式计算：
机械采油系统输入能量按下式计算：
机械采油系统输出能量按下式计算：
被测区块某类机械采油系统总输入能量和总输出能量按下式计算：
被测区块某类机械采油系统平均能量利用率按下式计算：
被测区块机械采油系统平均能量利用率按下式计算：
。
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