CN111980668A - 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方法及系统,该方法包括以下内容:S1、实时采集监测数据;S2、根据监测数据,计算电潜泵的扬程与轴功率;S3、根据电潜泵的扬程、轴功率,采用粘性换算方法进行迭代计算得到流过电潜泵井流的预估流量与综合粘度;S4、将电潜泵根据级数进行分段,精算每一段的流量和粘度;S5、根据精算的流量计算得到电潜泵出口井流流速,进而根据原油体积系数计算得到初始地表流量值;S6、对计算得到的初始地表流量值进行校准,得到井口油气水的流量。
Description
技术领域
本发明涉及一种油田井流实时计量系统及方法,涉及油田监测技术领域。
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,分离后单独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。这种流量计量方式不仅测量频率低、应用范围不广泛,而且还存在操作困难、成本高等问题,与实际所要达到的实时计量要求相差很远。
另外,虽然目前井下电潜泵配置了相关监控与数据采集,然而并没有井口流量的油田井流实时计量系统及方法。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的是提供一种能够实时监测每口井的产量状况的油田井流实时计量系统及方法。
为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:
本发明的第一方面提供一种油田井流实时计量方法,包括步骤为:
S1、实时采集监测数据;
S2、根据监测数据,计算电潜泵的扬程与轴功率;
S3、根据电潜泵的扬程、轴功率,采用粘性换算方法进行迭代计算得到流过电潜泵井流的预估流量与综合粘度;
S4、将电潜泵根据级数进行分段,精算每一段的流量和粘度;
S5、根据精算流量计算得到电潜泵出口井流流速,进而根据原油体积系数计算得到初始地表流量值;
S6、对计算得到的初始地表流量值进行校准,得到井口油气水的流量。
进一步地,监测数据包括电潜泵进口的压力、电潜泵出口的压力、电潜泵的电机功率因子、电机效率、电潜泵供电电缆电阻、电潜泵在纯水工况下的性能曲线及平台开关设备或变频器处的电压、电流、频率。
进一步地,计算电潜泵扬程与轴功率的计算公式为:
H=△p/ρg (1)
式中:H为扬程,m;ρ为密度,kg/m3;g为重力加速度,N/kg;△p为进出口压差,Pa;
式中:P为功率,ηm为电机效率;Id为变频器或者开关设备电流,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。
进一步地,迭代计算得到流过电潜泵井流的预估流量与综合粘度的具体过程包括:
S31、基于电潜泵的轴功率,根据电潜泵在纯水工况下的流量-功率曲线,获得电潜泵的流量Qw1;
S32、基于电潜泵的扬程,根据电潜泵在纯水工况下的流量-扬程曲线,获得电潜泵的流量Qw2;
S33、对比Qw1与Qw2,若二者差别小于设定收敛判定标准,则将Qw1与Qw2的平均值作为计算所得的预估流量,若二者差大于设定收敛判定标准,则进入S34;
S34、调整井流介质的粘度,根据设定标准进行电潜泵性能换算,得到新粘度下的电潜泵流量-扬程、流量-功率特性曲线;
S35、基于电潜泵的轴功率,根据电潜泵在新的介质粘度工况下的流量-功率曲线,获得电潜泵的流量Qw1;
S36、基于电潜泵的扬程,根据电潜泵在新的介质粘度工况下的流量-扬程曲线,获得电潜泵的流量Qw2;
S37、重复步骤S33,若满足收敛判定标准,则迭代结束,若不满足收敛判定标准,则重复步骤S34-步骤S37。
进一步地,将电潜泵根据级数进行分段,精算每一段的流量和粘度的过程具体包括:
S41、获取地层原油粘度、密度与含水率;
S42、采用设定标准进行电潜泵第一段的性能换算,得到第一段电潜泵的流量-扬程、流量-功率特性曲线;
S43、根据得到的预估流量及电潜泵性能曲线,计算得到电潜泵第一段的压差△p1和功率P1;
S44、计算含水率、剪切及温度变化对井流流过电潜泵第一段之后的粘度μ;
ln((ln(μ+1))=A+B*ln(t) (5)
S45、将步骤S44中计算所得的井流粘度μ作为电潜泵下一段来流的粘度,重复步骤S42和步骤S43,得到电潜泵第二段的压差△p2和功率P2;
S46、重复步骤S42-步骤S44,即可得到n段全部的压差△p1~△pn和功率P1~Pn;
S47、将各段压差与功率分别相加,并与测量所得电潜泵进出口压差和轴功率分别对比并进行迭代计算,获得精算后的电潜泵流量及电潜泵出口介质粘度。
进一步地,上述S46的具体过程为:
将电潜泵逐段压差和功率分别求和得到∑△p和∑P,并与采集所得实际压差和轴功率进行对比,根据二者差别,调整电潜泵第一段入口的流量和粘度,再次进行电潜泵分段压差与粘度计算,得到电潜泵分段压差、功率和粘度,以此迭代,直至计算压差和功率与采集数据的差别满足设定要求,即得到精算流量和电潜泵出口井流的粘度。
进一步地,根据原油体积系数计算得到初始的地表流量值的计算公式为:
式中:QP为计算得到的电潜泵出口流量,Bo为原油体积系数。
本发明的第二方面提供实现本发明第一方面所述油田井流实时计量方法的系统,该系统包括数据采集系统和井口数据处理系统;
所述数据采集系统包括分别设置在电潜泵的进口或出口处的压力测量装置,用于采集电潜泵的压力数据及状态数据;以及设置在油田平台上的平台开关设备或变频器,用于采集平台开关设备或变频器的状态数据;
所述井口数据处理系统根据接收到的电潜泵进出口的压力信号、平台开关设备或变频器的状态数据以及电潜泵的状态数据,对油田井流进行实时计算得到井口油气水的流量。
优选地,所述井口数据处理系统包括:电潜泵扬程与轴功率计算模块,用于根据监测数据计算电潜泵的扬程与轴功率;预估流量及综合粘度计算模块,用于根据电潜泵的扬程、轴功率,采用粘性换算方法进行迭代计算得到流过电潜泵井流的预估流量与综合粘度;电潜泵分段压差与粘度计算模块,用于将电潜泵根据级数进行分段,精算每一段的流量和粘度;电潜泵流量精算模块,用于根据精算的流量计算得到电潜泵出口井流流速,进而根据原油体积系数计算得到初始地表流量值;地表流量计计算模块,用于根据精算的流量计算得到电潜泵出口井流流速,进而根据原油体积系数计算得到初始地表流量值;数据校准模块,用于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。
本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:
1、本发明设置的井口数据处理系统根据数据采集系统采集的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,有效提高了油田井口流量计算的准确性和实时性;
2、本发明的井口数据处理系统根据监测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;
综上,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
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中,用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中:
图1是本发明实施例的油田井流实时计量系统结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式,然而应当理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明,并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是,文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的,而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出,否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的,并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行,除非明确指出执行顺序。还应当理解,可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段,但是,这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出,否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此,以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述,可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系,这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。
实施例1
本实施例提供的油田井流实时计量方法,包括以下步骤:
S1、实时采集监测数据。
具体地,监测数据包括电潜泵进口的压力、电潜泵出口的压力、电潜泵的电机功率因子、电机效率、电潜泵供电电缆电阻、变量比、电潜泵在纯水工况下的性能曲线等状态数据,还包括平台开关设备或变频器处的电压、电流、频率等状态数据。
S2、根据监测数据,计算电潜泵的扬程与轴功率
具体地址,计算电潜泵扬程与轴功率的计算方法为:
H=△p/ρg (1)
式中:H为扬程,m;ρ为密度,kg/m3;g为重力加速度,N/kg;△p为进出口压差,Pa。
式中:P为电潜泵的轴功率,ηm为电机效率;Id为变频器或者开关设备电流,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(变频器)与ESP(电潜泵)之间电压变化而引入的变量比。
S3、根据电潜泵的扬程、轴功率,采用粘性换算方法进行迭代计算,得到流过电潜泵井流的预估流量与综合粘度,具体计算方法为:
S31、基于电潜泵的轴功率,根据电潜泵在纯水工况下的流量-功率曲线,获得电潜泵的流量Qw1;
S32、基于电潜泵的扬程,根据电潜泵在纯水工况下的流量-扬程曲线,获得电潜泵的流量Qw2;
S33、对比Qw1与Qw2,若二者差别小于设定的收敛判定标准,则将Qw1与Qw2的平均值作为计算所得的预估流量;若二者差别大于设定收敛判定标准,则进入S34;
S34、若Qw1<Qw2,则将井流介质的粘度增加一个预设调整量Δμ,若Qw1>Qw2,则将井流介质的粘度减小一个预设调整量Δμ,根据“输送粘性液体的离心泵性能修正标准GB/Z32458-2015”进行电潜泵性能换算,得到新粘度下的电潜泵流量-扬程、流量-功率特性曲线;
S35、基于电潜泵的轴功率,根据电潜泵在新的介质粘度工况下的流量-功率曲线,获得电潜泵的流量Qw1;
S36、基于电潜泵的扬程,根据电潜泵在新的介质粘度工况下的流量-扬程曲线,获得电潜泵的流量Qw2;
S37、重复步骤S33,若满足收敛判定标准,则迭代结束,若不满足收敛判定标准,则重复步骤S34-步骤S37。
S4、将电潜泵根据级数分为n段,优选地,n的数值根据电潜泵的性能和级数确定,对于转速高、单级增压大、级数少的电潜泵,n值可以取的相对较小例如1~3,对于转速低、单级增压小、级数多的电潜泵,n值可以取的相对较大例如3~5,其中,每一段的压差、粘度和温度的计算方法为:
S41、获取地层原油粘度、密度与含水率;
S42、采用“输送粘性液体的离心泵性能修正标准GB/Z 32458-2015”进行电潜泵第一段的性能换算,得到第一段电潜泵的流量-扬程、流量-功率特性曲线;
S43、根据之前步骤3得到的预估流量以及S41的条件换算得到的电潜泵性能曲线,可以计算得到电潜泵第一段的压差△p1和功率P1;
S44、采用下述公式分别计算含水率、剪切及温度变化对井流流过电潜泵第一段之后的粘度μ;
ln((ln(μ+1))=A+B*ln(t) (5)
S45、将步骤S44中计算所得井流粘度μ作为电潜泵下一段来流的粘度,重复步骤S32和步骤S33,得到电潜泵第二段的压差△p2和功率P2;
S46、以此重复步骤S42-步骤S44,即可得到n段全部的压差△p1~△pn和功率P1~Pn。
S47、将获得的各段压差与功率分别相加,再与测量所得电潜泵进出口压差和轴功率分别对比,并进行迭代计算,获得精算后的电潜泵流量及电潜泵出口介质粘度。
具体地,将电潜泵逐段压差和功率分别求和得到∑△p和∑P,并与采集所得实际压差和轴功率进行对比,根据二者差别,调整电潜泵第一段入口的流量和粘度,即:若Qw1<Qw2,则将井流介质的粘度增加一个预设调整量Δμ,若Qw1>Qw2,则将井流介质的粘度减小一个预设调整量Δμ,再次进行电潜泵分段压差与粘度计算,得到电潜泵分段压差、功率和粘度,以此迭代,直至计算压差和功率与采集数据的差别满足设定要求,即得到精算流量和电潜泵出口井流的粘度。
S6、根据电潜泵精算流量计算得到电潜泵出口井流流速,进而根据原油体积系数Bo,计算得到初始的地表流量值。
具体地,初始的地表流量值Qs的计算公式为:
式中,QP为计算得到的电潜泵出口流量。
S7、根据现场定期实际测量的结果,对比计算得到的地表流量值Qs,若二者差别小于设定的计量误差,则计算结果可以作为最终的地表流量值;若二者差别大于设定的计量误差,则将该次实际测量的流量作为最终的地表流量值,也即井口油气水的流量,同时,根据实际计量的流量与原油粘度,修正并更新数据库中的该粘度条件下的电潜泵特性曲线。
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。
实施例2
上述实施例1提供了油田井流实时计量方法,与之相对应地,本实施例提供一种油田井流实时计量系统。本实施例提供的油田井流实时计量系统可以实施实施例1的油田井流实时计量方法,该油田井流实时计量系统可以通过软件、硬件或软硬结合的方式来实现。例如,该油田井流实时计量系统可以包括集成的或分开的功能模块或功能单元来执行实施例1各方法中的对应步骤。由于本实施例的油田井流实时计量系统基本相似于方法实施例,所以本实施例描述过程比较简单,相关之处可以参见实施例1的部分说明即可,本实施例的油田井流实时计量系统仅仅是示意性的。
如图1所示,本实施例提供的油田井流实时计量系统,包括数据采集系统和井口数据处理系统1,其中,井口数据处理系统1可以设置在油田平台中控室。
数据采集系统包括分别设置在电潜泵的进口或出口处的压力测量装置2、3以及设置在油田平台上的平台开关设备或变频器4,平台开关设备或变频器4用于为电潜泵的电机5供电,电潜泵5由电机6驱动,电机6通过油田平台上的平台开关设备或变频器4供电。电潜泵5进口的压力测量装置2和电潜泵5出口的压力测量装置3分别实时测量电潜泵的进出口压力,并将测量的压力信号发送到井口数据处理系统1;平台开关设备或变频器4将实时测量的平台开关设备或变频器的电压、电流、频率信号发送到井口数据处理系统1。
井口数据处理系统1根据接收到的电潜泵5进出口的压力信号、平台开关设备或变频器4的电压、电流、频率信号以及电潜泵5的状态数据,对油田井流进行实时计算并存储。
本发明的一些实施例中,井口数据处理系统1包括电潜泵扬程与轴功率计算模块、预估流量及综合粘度计算模块、电潜泵分段压差与粘度计算模块、电潜泵流量精算模块、地表流量计算模块以及数据校准模块;
电潜泵扬程与轴功率计算模块,用于根据监测数据计算电潜泵的扬程与轴功率;
预估流量及综合粘度计算模块,用于根据电潜泵的扬程、轴功率,采用粘性换算方法进行迭代计算得到流过电潜泵井流的预估流量与综合粘度;
电潜泵分段压差与粘度计算模块,用于将电潜泵根据级数进行分段,精算每一段的流量和粘度;
电潜泵流量精算模块,用于根据精算的流量计算得到电潜泵出口井流流速,进而根据原油体积系数计算得到初始地表流量值;
地表流量计计算模块,用于根据精算的流量计算得到电潜泵出口井流流速,进而根据原油体积系数计算得到初始地表流量值;
数据校准模块,用于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。
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 (9)
1.一种油田井流实时计量方法,其特征在于包括步骤为:
S1、实时采集监测数据;
S2、根据监测数据,计算电潜泵的扬程与轴功率;
S3、根据电潜泵的扬程、轴功率,采用粘性换算方法进行迭代计算得到流过电潜泵井流的预估流量与综合粘度;
S4、将电潜泵根据级数进行分段,精算每一段的流量和粘度;
S5、根据精算流量计算得到电潜泵出口井流流速,进而根据原油体积系数计算得到初始地表流量值;
S6、对计算得到的初始地表流量值进行校准,得到井口油气水的流量。
2.根据权利要求1所述的油田井流实时计量方法,其特征在于,监测数据包括电潜泵进口的压力、电潜泵出口的压力、电潜泵的电机功率因子、电机效率、电潜泵供电电缆电阻、电潜泵在纯水工况下的性能曲线及平台开关设备或变频器处的电压、电流、频率。
4.根据权利要求2或3所述的油田井流实时计量方法,其特征在于,迭代计算得到流过电潜泵井流的预估流量与综合粘度的具体过程包括:
S31、基于电潜泵的轴功率,根据电潜泵在纯水工况下的流量-功率曲线,获得电潜泵的流量Qw1;
S32、基于电潜泵的扬程,根据电潜泵在纯水工况下的流量-扬程曲线,获得电潜泵的流量Qw2;
S33、对比Qw1与Qw2,若二者差别小于设定收敛判定标准,则将Qw1与Qw2的平均值作为计算所得的预估流量,若二者差大于设定收敛判定标准,则进入S34;
S34、调整井流介质的粘度,根据设定标准进行电潜泵性能换算,得到新粘度下的电潜泵流量-扬程、流量-功率特性曲线;
S35、基于电潜泵的轴功率,根据电潜泵在新的介质粘度工况下的流量-功率曲线,获得电潜泵的流量Qw1;
S36、基于电潜泵的扬程,根据电潜泵在新的介质粘度工况下的流量-扬程曲线,获得电潜泵的流量Qw2;
S37、重复步骤S33,若满足收敛判定标准,则迭代结束,若不满足收敛判定标准,则重复步骤S34-步骤S37。
5.根据权利要求2所述的油田井流实时计量方法,其特征在于,将电潜泵根据级数进行分段,精算每一段的流量和粘度的过程具体包括:
S41、获取地层原油粘度、密度与含水率;
S42、采用设定标准进行电潜泵第一段的性能换算,得到第一段电潜泵的流量-扬程、流量-功率特性曲线;
S43、根据得到的预估流量及电潜泵性能曲线,计算得到电潜泵第一段的压差△p1和功率P1;
S44、计算含水率、剪切及温度变化对井流流过电潜泵第一段之后的粘度μ;
ln((ln(μ+1))=A+B*ln(t) (5)
S45、将步骤S44中计算所得的井流粘度μ作为电潜泵下一段来流的粘度,重复步骤S42和步骤S43,得到电潜泵第二段的压差△p2和功率P2;
S46、重复步骤S42-步骤S44,即可得到n段全部的压差△p1~△pn和功率P1~Pn;
S47、将各段压差与功率分别相加,并与测量所得电潜泵进出口压差和轴功率分别对比并进行迭代计算,获得精算后的电潜泵流量及电潜泵出口介质粘度。
6.根据权利要求5所述的油田井流实时计量方法,其特征在于,上述S46的具体过程为:
将电潜泵逐段压差和功率分别求和得到∑△p和∑P,并与采集所得实际压差和轴功率进行对比,根据二者差别,调整电潜泵第一段入口的流量和粘度,再次进行电潜泵分段压差与粘度计算,得到电潜泵分段压差、功率和粘度,以此迭代,直至计算压差和功率与采集数据的差别满足设定要求,即得到精算流量和电潜泵出口井流的粘度。
8.实现权利要求1到7任一项所述油田井流实时计量方法的系统,其特征在于,该系统包括数据采集系统和井口数据处理系统;
所述数据采集系统包括分别设置在电潜泵的进口或出口处的压力测量装置,用于采集电潜泵的压力数据及状态数据;以及设置在油田平台上的平台开关设备或变频器,用于采集平台开关设备或变频器的状态数据;
所述井口数据处理系统根据接收到的电潜泵进出口的压力信号、平台开关设备或变频器的状态数据以及电潜泵的状态数据,对油田井流进行实时计算得到井口油气水的流量。
9.根据权利要求8所述油田井流实时计量方法的系统,其特征在于,所述井口数据处理系统包括:
电潜泵扬程与轴功率计算模块,用于根据监测数据计算电潜泵的扬程与轴功率;
预估流量及综合粘度计算模块,用于根据电潜泵的扬程、轴功率,采用粘性换算方法进行迭代计算得到流过电潜泵井流的预估流量与综合粘度;
电潜泵分段压差与粘度计算模块,用于将电潜泵根据级数进行分段,精算每一段的流量和粘度;
电潜泵流量精算模块,用于根据精算的流量计算得到电潜泵出口井流流速,进而根据原油体积系数计算得到初始地表流量值;
地表流量计计算模块,用于根据精算的流量计算得到电潜泵出口井流流速,进而根据原油体积系数计算得到初始地表流量值;
数据校准模块,用于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。
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2020
- 2020-09-25 CN CN202011020863.7A patent/CN111980668B/zh active Active
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