CN111963151A - 一种通过抽油机悬点静载荷确定地层压力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过抽油机悬点静载荷确定地层压力的方法，具体步骤为：步骤一，对抽油机悬点所受静载荷进行分析，建立悬点处于上冲程所受载荷的平衡方程；步骤二，通过油套环空确定沉没压力；步骤三，根据步骤一中的平衡方程和步骤二中的得到的沉没压力得到油井动液面，根据油井动液面数据变化绘制动液面恢复曲线；步骤四，根据动液面恢复曲线，在动液面恢复到静液柱高度后，此时的井底流压就等于地层压力；步骤五，通过结果发布单元对所有数据进行存储和网页信息发布。根据静载荷变化反推动液面恢复规律，在动液面恢复到静液柱高度后，此时的井底流压就等于地层压力，改变了人工到现场进行油井地层压力测试的工作方式。

Description

一种通过抽油机悬点静载荷确定地层压力的方法

技术领域

本发明涉及油田开发中采油技术领域，特别涉及一种通过抽油机悬点静载荷确定地层压力的方法。

背景技术

为了更好的管好油藏，了解地层特性，掌握地层压力保持水平，了解地层渗透率，长庆油田每年测压井占到油井总数的10％，约5000口。

传统测试地层压力的方法为关井下压力计尾管测试，每次测试，需关井，下放压力计，测试完成后，又得取出压力计，测试工艺复杂，测试成本较高，测试效率较低。

因此需要对油井地层压力测试方法进行优化，提高测试效率，降低测试成本。

发明内容

为了克服现有测试工艺复杂、测试成本较高和测试效率较低的问题，本发明提供一种通过抽油机悬点静载荷确定地层压力的方法，本发明提高了测试效率，降低了测试成本。

本发明采用的技术方案为：

一种通过抽油机悬点静载荷确定地层压力的方法，具体步骤为：

步骤一，对抽油机悬点所受静载荷进行分析，建立悬点处于上冲程所受载荷的平衡方程；

步骤二，通过油套环空确定沉没压力；

步骤三，根据步骤一中的平衡方程和步骤二中的得到的沉没压力得到油井动液面，根据油井动液面数据变化绘制动液面恢复曲线；

步骤四，根据动液面恢复曲线，在动液面恢复到静液柱高度后，此时的井底流压就等于地层压力；

步骤五，通过结果发布单元对所有数据进行存储和网页信息发布。

所述的步骤一中，对抽油机悬点所受静载荷进行分析，建立悬点处于上冲程所受载荷的平衡方程：

抽油杆柱载荷：W_r＝f_rρ_sgL (1)

作用在柱塞上的液柱载荷：W_l＝(f_p-f_r)ρ_lgL (2)

井口回压对悬点载荷的影响：P_h＝p_h(f_p-f_r) (3)

泵口压力对悬点载荷的影响：P_i＝p_if_p＝(p_n-Δp_i)f_p (4)

即：F静＝W_r+W_l+P_h-P_i (5)

将(1)(2)(3)(4)式带入(5)中，整理得到沉没压力：

式中：

W_r——抽油杆柱在空气中的重力，N；f_p、f_r——柱塞、抽油杆截面积，m²；ρ_s——抽油杆材料的密度，ρ_s＝7850kg/m³；g——重力加速度，m/s²；L——抽油杆柱长度，m；W_l——作用在柱塞上的液柱载荷，N；ρ_l——抽汲液体的密度，kg/m³；P_h——井口回压在上冲程中增加的悬点载荷，N；p_h——井口回压，Pa；P_i——吸入压力p_i作用在活塞上产生的载荷，N；p_i——吸入压力，Pa；p_n——沉没压力，Pa；Δp_i——液流通过泵的固定阀产生的压力降，Pa。

所述的油管内液体密度确定方法为悬点载荷反推密度法，悬点载荷包含油管内液体密度信息，利用悬点载荷反演得到液体密度；

考虑定向井摩阻、井筒结蜡的因素，根据抽油机最大、最小载荷具体为：

其中，P_max——抽油机最大载荷,N；P_min——抽油机最小载荷,N；p_杆——抽油杆在空气中重力，N；p_液——液柱在柱塞面积上的重力，N，s——冲程，m；n——冲次，1/min；

所述的步骤二中通过油套环空计算沉没压力的方法为：

油套环空方向由井口回压、环空内气柱压力和动液面下液柱压力三部分组成即：

式中：

p_n——沉没压力，Pa；p_h——井口套压，Pa；P_g——环空内气柱压力，Pa；P_o——动液面下液柱压力，Pa；T_avg——气柱平均温度，℃；Z——气柱平均压力和平均温度下的压缩因子；ρ_g——天然气相对密度,kg/m3；ρ_o——原油的密度,kg/m3；g——重力加速度，m/s²；L_p——泵挂深度，m；L_f——动液面，m。

所述的步骤五中，在动液面恢复到静液柱高度后，此时的井底流压就等于地层压力，

P_井底流压＝P_h+ρ_lg(L_p-L_f)＝P_地层压力 (12)。

所述的步骤一中通过安装在井口悬绳器上的载荷传感器，对抽油机井抽油杆载荷进行测量，采集载荷与时间曲线。

所述的步骤五中，结果发布单元设置在各采油厂。

所述的步骤五中，结果发布单元由数据库服务器、应用程序服务器和Web服务器组成，接收来自数据处理单元上传的动液面的恢复程度结果和油井基础数据，以采油厂为单元对所有数据进行存储、网页信息发布。

本发明的有益效果为：

本发明实现了利用抽油机悬点静载荷实时计算连续动液面，根据静载荷变化反推动液面恢复规律，在动液面恢复到静液柱高度后，此时的井底流压就等于地层压力。改变了人工到现场进行油井地层压力测试的工作方式，提高了测试效率，降低了测试成本。

以下将结合附图进行进一步的说明。

附图说明

图1为井筒内抽油泵受力示意图。

图2为标准型阀的流量系数。

具体实施方式

实施例1：

为了克服现有测试工艺复杂、测试成本较高和测试效率较低的问题，本发明提供如图1和图2所示的一种通过抽油机悬点静载荷确定地层压力的方法，本发明提高了测试效率，降低了测试成本。

本发明采用的技术方案为：

一种通过抽油机悬点静载荷确定地层压力的方法，具体步骤为：

步骤一，对抽油机悬点所受静载荷进行分析，建立悬点处于上冲程所受载荷的平衡方程；

步骤二，通过油套环空确定沉没压力；

步骤三，根据步骤一中的平衡方程和步骤二中的得到的沉没压力得到油井动液面，根据油井动液面数据变化绘制动液面恢复曲线；

步骤四，根据动液面恢复曲线，在动液面恢复到静液柱高度后，此时的井底流压就等于地层压力；

步骤五，通过结果发布单元对所有数据进行存储和网页信息发布。

本发明中确定地层压力的实施流程为：

首先将抽油机驴头停在上冲程过程中，确保井下抽油泵处于固定凡尔打开、游动阀关闭状态，泵筒与井筒环形空间联通，从而建立计算模型，悬点静载荷会随着动液面的变化而变化，因此，根据井口悬绳器上的载荷传感器测试数据，推算井下动液面的变化，实现动液面的恢复监测。

通过井口安装在井口悬绳器上的载荷传感器，全天候采集悬点所受静载荷，数据信号通过电缆和无线传输设备发送至站点，站点安装了静载荷计算动液面软件，首先将间隔相同时间段采集的静载荷值与时间相关绘制曲线，全天共计多个数据点，通过悬点所受静载荷计算动液面数学模型，进而求解出油井动液面；利用该软件也可以绘制单井全天的计算动液面曲线，并通过加权平均得到一个油井动液面。

记录动液面数据变化，绘制动液面恢复曲线，待动液面保持稳定后，确定静载液柱高度，再计算此时井底流压，即油井地层压力。

本发明实现了利用抽油机悬点静载荷实时计算连续动液面，根据静载荷变化反推动液面恢复规律，在动液面恢复到静液柱高度后，此时的井底流压就等于地层压力。以低成本实现有效的地层压力监测，改变了人工到现场进行油井地层压力测试的工作方式，提高了测试效率，降低了测试成本。

实施例2：

基于实施例1的基础上，本实施例中，通过所述抽油杆载荷相对于时间的变化规律得到油井停井时的静载与时间关系的曲线，建立动液面计算数学模型：以沉没压力作为节点，建立停井在上冲程段固定阀开启作用在柱塞上的平衡模型。泵沉没度对应的沉没压力与上冲程时泵的吸入出沉没压力,然后与由油套环空压力分布得到的沉没压力进行比较,推算动液面的深度。实时计算动液面数学模型是：以抽油机停止处于上冲程时悬点所受静载荷中的沉没压力为节点，计算动液面。

确定地层压力的方法具体过程为：

第一步:

对抽油机悬点所受静载荷进行分析，建立悬点处于上冲程所受载荷的平衡方程：

抽油杆柱载荷：W_r＝f_rρ_sgL (1)

作用在柱塞上的液柱载荷：W_l＝(f_p-f_r)ρ_lgL (2)

井口回压对悬点载荷的影响：P_h＝p_h(f_p-f_r) (3)

沉没压力(泵口压力)对悬点载荷的影响：

P_i＝p_if_p＝(p_n-Δp_i)f_p (4)

即：F静＝W_r+W_l+P_h-P_i (5)

将(1)(2)(3)(4)式带入(5)中，整理得到沉没压力：

式中：

W_r——抽油杆柱在空气中的重力，N；f_p、f_r——柱塞、抽油杆截面积，m²；ρ_s——抽油杆材料(钢)的密度，ρ_s＝7850kg/m³；g——重力加速度，m/s²；L——抽油杆柱长度，m；W_l——作用在柱塞上的液柱载荷，N；ρ_l——抽汲液体的密度，kg/m³；P_h——井口回压在上冲程中增加的悬点载荷，N；p_h——井口回压，Pa；P_i——吸入压力p_i作用在活塞上产生的载荷，N；p_i——吸入压力，Pa；p_n——沉没压力，Pa；Δp_i——液流通过泵的固定阀产生的压力降，Pa。

第二步:

如图1所示，通过利用油套环空计算沉没压力。

油套环空方向由井口回压、环空内气柱压力和动液面下液柱压力三部分组成即：

式中：

p_n——沉没压力，Pa；p_h——井口套压，Pa；P_g——环空内气柱压力，Pa；P_o——动液面下液柱压力，Pa；T_avg——气柱平均温度，℃；Z——气柱平均压力和平均温度下的压缩因子；ρ_g——天然气相对密度,kg/m3；ρ_o——原油的密度,kg/m3；g——重力加速度，m/s²；L_p——泵挂深度，m；L_f——动液面，m。

第三步：

将(6)式带入(5)中，整理可得到油井动液面：

第四步，根据动液面恢复曲线，在动液面恢复到静液柱高度后，此时的井底流压就等于地层压力。

P_井底流压＝P_h+ρ_lg(L_p-L_f)＝P_地层压力 (12)。

第一步中，油管内液体密度确定，以及井内液体流经固定阀产生的压力降的确定如下。

一、油管内液体密度确定，采用悬点载荷反推密度法：悬点载荷包含油管内液体密度信息，可利用悬点载荷反演计算液体密度。

考虑定向井摩阻、井筒结蜡等因素，根据抽油机最大、最小载荷的计算公式：

其中，P_max——抽油机最大载荷,N；P_min——抽油机最小载荷,N；p_杆——抽油杆在空气中重力，N；p_液——液柱在柱塞面积上的重力，N，s——冲程，m；n——冲次，1/min。

二、求解液流通过泵的固定阀产生的压力降的值

其中，f_o——固定阀阀孔面积，m²；μ——阀流量系数，无因次，对于常用标准阀可查图2求得，其值为

N_Re——雷诺数；d_o——固定阀孔直径，m；v_f——液流速度，m/s；ν——液体运动粘度，m/s²。

优选地，所述的步骤一中通过安装在井口悬绳器上的载荷传感器，对抽油机井抽油杆载荷进行测量，采集载荷与时间曲线。

本发明考虑了多因素并对动液面和地层压力进行精确的确定。本发明实现了利用抽油机悬点静载荷实时计算连续动液面，根据静载荷变化反推动液面恢复规律，在动液面恢复到静液柱高度后，此时的井底流压就等于地层压力。

本发明改变了人工到现场进行油井地层压力测试的工作方式，提高了测试效率，降低了测试成本。

实施例3：

基于实施例1或2的基础上，本实施例中，优选地，所述的步骤五中，结果发布单元设置在各采油厂。

优选地，所述的步骤五中，结果发布单元由数据库服务器、应用程序服务器和Web服务器组成，接收来自数据处理单元上传的动液面的恢复程度结果和油井基础数据，以采油厂为单元对所有数据进行存储、网页信息发布。

本发明数据采集及处理的方法具体过程为：

一、通过安装在井口悬绳器上的载荷传感器，对抽油机井抽油杆载荷进行测量，采集载荷与时间曲线。

二、在井口安装压力计测取油井实时的套压值。

三、套压、载荷信号通过电缆线传至井口采集器，各油井数据再通过井口采集器上传至井场主RTU，再通过井组天线，将采集数据以波的形式传至主站中心接收天线进行数据接收。

四、通过数据处理单元的中心控制器将接收到的信号转换为数字信号传至站内计算机。建立以客户机/服务器结构为主、浏览器/服务器结构为辅设计了系统网络结构，站点内计算机安装油井地层压力计算软件，通过实时采集的悬点静载荷数据计算油井动液面，在动液面恢复到静液柱高度后，此时的井底流压就等于地层压力。

五、结果发布单元设置在各采油厂，由数据库服务器、应用程序服务器、Web服务器组成。接收来自数据处理单元上传的计算结果和油井基础数据，以采油厂为单元对所有数据进行存储、网页信息发布。

实施例4：

基于实施例1的基础上，本发明通过井口安装在井口悬绳器上的载荷传感器，全天候采集悬点所受静载荷，数据信号通过电缆和无线传输设备发送至站点，站点安装了静载荷计算动液面软件，首先将每10分钟采集的静载荷值与时间相关绘制曲线，全天共计144个数据点，通过悬点所受静载荷计算动液面数学模型，进而求解出油井动液面；利用该软件也可以绘制单井全天的计算动液面曲线，并通过加权平均得到一个油井动液面。本发明中涉及的软件均为现有软件，作为采集数据、记载数据、分析数据和处理数据的工具，本发明中将不再进行进一步的说明。

记录动液面数据变化，绘制动液面恢复曲线，待动液面保持稳定后，确定静载液柱高度，再计算此时井底流压，即油井地层压力。

示例：陇东某侏罗系油藏

本发明在原油设备上不增加任何采集仪器设备的情况下，实现了利用抽油机悬点静载荷实时计算连续动液面，根据静载荷变化反推动液面恢复规律，在动液面恢复到静液柱高度后，此时的井底流压就等于地层压力。以较低成本实现有效的地层压力监测，改变了人工到现场进行油井地层压力测试的工作方式。

以上举例仅是对本发明的说明，并不构成保护范围限制，凡是与本发明相同或似的设计均属于发明保护范围之内。实施例中没有详细叙述的装置结构及其方法步骤均属于本行业公知常用或手段，这里将不再一一叙述。

Claims (8)

1.一种通过抽油机悬点静载荷确定地层压力的方法，其特征在于：具体步骤为：

步骤一，对抽油机悬点所受静载荷进行分析，建立悬点处于上冲程所受载荷的平衡方程；

步骤二，通过油套环空确定沉没压力；

步骤三，根据步骤一中的平衡方程和步骤二中的得到的沉没压力得到油井动液面，根据油井动液面数据变化绘制动液面恢复曲线；

步骤四，根据动液面恢复曲线，在动液面恢复到静液柱高度后，此时的井底流压就等于地层压力；

步骤五，通过结果发布单元对所有数据进行存储和网页信息发布。

2.根据权利要求1所述的一种通过抽油机悬点静载荷确定地层压力的方法，其特征在于：所述的步骤一中，对抽油机悬点所受静载荷进行分析，建立悬点处于上冲程所受载荷的平衡方程：

抽油杆柱载荷：W_r＝f_rρ_sgL (1)

作用在柱塞上的液柱载荷：W_l＝(f_p-f_r)ρ_lgL (2)

井口回压对悬点载荷的影响：P_h＝p_h(f_p-f_r) (3)

泵口压力对悬点载荷的影响：P_i＝p_if_p＝(p_n-Δp_i)f_p (4)

即：F静＝W_r+W_l+P_h-P_i (5)

将(1)(2)(3)(4)式带入(5)中，整理得到沉没压力：

式中：

W_r——抽油杆柱在空气中的重力，N；f_p、f_r——柱塞、抽油杆截面积，m²；ρ_s——抽油杆材料的密度，ρ_s＝7850kg/m³；g——重力加速度，m/s²；L——抽油杆柱长度，m；W_l——作用在柱塞上的液柱载荷，N；ρ_l——抽汲液体的密度，kg/m³；P_h——井口回压在上冲程中增加的悬点载荷，N；p_h——井口回压，Pa；P_i——吸入压力p_i作用在活塞上产生的载荷，N；p_i——吸入压力，Pa；p_n——沉没压力，Pa；Δp_i——液流通过泵的固定阀产生的压力降，Pa。

3.根据权利要求2所述的一种通过抽油机悬点静载荷确定地层压力的方法，其特征在于：所述的油管内液体密度确定方法为悬点载荷反推密度法，悬点载荷包含油管内液体密度信息，利用悬点载荷反演得到液体密度；

考虑定向井摩阻、井筒结蜡的因素，根据抽油机最大、最小载荷具体为：

其中，P_max——抽油机最大载荷,N；P_min——抽油机最小载荷,N；p_杆——抽油杆在空气中重力，N；p_液——液柱在柱塞面积上的重力，N，s——冲程，m；n——冲次，1/min；

4.根据权利要求1所述的一种通过抽油机悬点静载荷确定地层压力的方法，其特征在于：所述的步骤二中通过油套环空计算沉没压力的方法为：

油套环空方向由井口回压、环空内气柱压力和动液面下液柱压力三部分组成即：

式中：

p_n——沉没压力，Pa；p_h——井口套压，Pa；P_g——环空内气柱压力，Pa；P_o——动液面下液柱压力，Pa；T_avg——气柱平均温度，℃；Z——气柱平均压力和平均温度下的压缩因子；ρ_g——天然气相对密度,kg/m3；ρ_o——原油的密度,kg/m3；g——重力加速度，m/s²；L_p——泵挂深度，m；L_f——动液面，m。

5.根据权利要求1所述的一种通过抽油机悬点静载荷确定地层压力的方法，其特征在于：所述的步骤五中，在动液面恢复到静液柱高度后，此时的井底流压就等于地层压力，

P_井底流压＝P_h+ρ_lg(L_p-L_f)＝P_地层压力 (12)。

6.根据权利要求1所述的一种通过抽油机悬点静载荷确定地层压力的方法，其特征在于：所述的步骤一中通过安装在井口悬绳器上的载荷传感器，对抽油机井抽油杆载荷进行测量，采集载荷与时间曲线。

7.根据权利要求1所述的一种通过抽油机悬点静载荷确定地层压力的方法，其特征在于：所述的步骤五中，结果发布单元设置在各采油厂。

8.根据权利要求7所述的一种通过抽油机悬点静载荷确定地层压力的方法，其特征在于：所述的步骤五中，结果发布单元由数据库服务器、应用程序服务器和Web服务器组成，接收来自数据处理单元上传的动液面的恢复程度结果和油井基础数据，以采油厂为单元对所有数据进行存储、网页信息发布。

Images