CN112832740A - 一种应用示功图计算油井原油含水率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用示功图实时计算油井含水量的方法，通过对抽油机驴头悬点进行受力分析，得到抽油机驴头在往复运动时，上行程时最大载荷，下行程时最小载荷；根据上行程时最大载荷Pmax和下行程时最小载荷Pmin为悬点静载荷、悬点惯性载荷、悬点振动载荷和摩擦载荷的复合作用，得到油井含水量与静载荷、悬点振动载荷、悬点惯性载荷和摩擦载荷的关系式；根据油井工况系统中示功图所采集的最大载荷、最小载荷、冲程、冲次数据和油井静态参数，计算出油井实时含水量。该方法避免了现场工作者的油井取样、送样和化验分析等工作量，为油田开源节流，为油田降本增效、效益开发提供方法理论依据。
Description
技术领域
本发明属于油田采油技术领域，是一种应用油井示功图来计算油井原油含水率的方法。
背景技术
目前，在世界上的所有油田的采油井中，油井产出液中均含有一定比例的采出水，各个油田为了实时监测油井的采出水量，进而精确地掌握油井的产油量，则必须定期测定油井产出液的含水量，由于地层中液体的含水量是变化的，因此对于油井含水量的监控是油田日常生产中的一项重要工作。通常采油现场正常生产时，油田油井的含水每5天或者10天需要进行测量，对于部分含水率波动大的重点井，监测周期更短，甚至每天都需要取样和化验。通常在各个油田中，油井单井井口未安装含水率自动监测装置，单井油井含水的测量工作需要通过油井井口取样、样品运输和中心化验室化验等过程才能获得，化验结果往往比较滞后，比取样日期要晚2-3天，不能及时准确的掌握油井产量。同时，由于各油田油井数量多，且区块分散，各井场间距离远，完成油井含水的检测需要花费大量的人力、车辆及时间，也需要建设更大量的化验中心和投入更多的人力，同时也极大的增加了员工取样、送样和监测含水的工作量和强度，对现场正常生产管理造成很大的困难。
同时，在目前油田数字化建设较为完备，绝大多数的油井已进行了数字化配套的情况下，每口油井每10分钟就能采集一张示功图，每天采集144张示功图，上传于油井工况系统服务器，这也就为应用示功图实时计算油井含水量提供了基础资料保证。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种通过油井示功图来折算油井原油含水率的计算方法。利用现有数字化油井工况诊断技术，通过含水量公式，实时计算油井含水量，便于油井含水量的计算和监控，降低现场工作人员劳动强度和油田现场人力、物力、财力的投入，达到油田油井产量波动的精细监控。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种应用示功图实时计算油井含水量的方法，包括如下步骤：
S1，对抽油机驴头悬点进行受力分析，得到抽油机驴头在往复运动时，上行程时最大载荷Pmax，下行程时最小载荷Pmin；
S2，根据上行程时最大载荷Pmax和下行程时最小载荷Pmin为悬点静载荷、悬点惯性载荷、悬点振动载荷和摩擦载荷的复合作用，得到油井含水量与静载荷、悬点振动载荷、悬点惯性载荷和摩擦载荷的关系式；
S3，根据油井工况系统中示功图所采集的最大载荷、最小载荷、冲程、冲次数据和油井静态参数，计算出油井实时含水量。
对于上述技术方案，本发明进一步优选的方案在于：
所述上行程时悬点载荷称为最大载荷Pmax，下行程时悬点载荷称为最小载荷Pmin。
所述悬点惯性载荷包括抽油杆柱和油管内的流体做不等速运动而产生的抽油杆和液柱的动载荷。
所述油井静态参数包括泵挂深度、套管压力和油管压力参数。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
本发明提供了一种应用示功图实时计算油井含水量的方法，通过对抽油机驴头悬点进行受力分析，通过公式推导，推出油井含水量与其它参数的函数关系，这些参数主要包括静载荷、振动载荷、惯性载荷和摩擦载荷等。同时，油井工况系统中示功图所采集的最大最小载荷值、冲程、冲次等数据和油井其它静态参数，计算出油井实时含水量。
本发明应用数字化工况系统中示功图中载荷数据和油井静态参数计算油井含水量。这样可以每10分钟求取一次油井含水量，实时监控油井的产油量的变化，避免了传统油井含水测量的滞后性，为油田现场员工提供了一种快捷、方便的油井含水量求取手段，对于油田生产运行具有重要意义。同时，该方法不但和油井工况系统有效结合，更减少了油田现场人力、物力和财力的投入，同样避免了现场工作者的油井取样、送样和化验分析等工作量，为油田开源节流，为油田降本增效、效益开发提供方法理论依据。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明实施例庞1井在某时刻的示功图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明实施例提供了一种应用示功图实时计算油井含水量的方法，通过分析抽油机驴头悬点的受力情况，计算出抽油机驴头静载荷、惯性载荷、振动载荷和摩擦载荷等受力情况，公式推导出油井悬点最大、最小载荷的关系式，反推出油井含水量与示功图测试数据和油井静态参数的关系式。进而利用数字化工况系统中每10分钟采集的示功图数据，对油井含水量进行实时、简单、快捷的计算。
具体步骤如下：
S1，对抽油机驴头悬点进行受力分析，得到抽油机驴头在往复运动时，上行程时最大载荷Pmax，下行程时最小载荷Pmin。
游梁式抽油机驴头在往复运动时，上行程时悬点载荷称为最大载荷Pmax，下行程时悬点载荷称为最小载荷Pmin。最大最小载荷主要是静载荷、悬点惯性载荷、悬点振动载荷和摩擦载荷的复合作用，而且在抽油机驴头上下行程时这几个力的计算公式也略有区别。
Pmax＝P静上+P惯上+P振上+F摩上 (1)
Pmin＝P静下-P惯下-P振下-F摩下 (2)
式中，P静上为抽油机上行程时驴头所受的静载荷，kN；P静下为抽油机下行程时驴头所受的静载荷，kN；P惯上为抽油机上行程时驴头所受的惯性载荷，kN；P惯下为抽油机下行程时驴头所受的惯性载荷，kN；P振上为抽油机上行程时驴头所受的振动载荷，kN；P振下为抽油机下行程时驴头所受的振动载荷，kN；P摩上为抽油机上行程时驴头所受的惯性载荷，kN；P摩下为抽油机下行程时驴头所受的惯性载荷，kN。
S2，根据上行程时最大载荷Pmax和下行程时最小载荷Pmin为悬点静载荷、悬点惯性载荷、悬点振动载荷和摩擦载荷的复合作用，得到油井含水量与静载荷、悬点振动载荷、悬点惯性载荷和摩擦载荷的关系式。
油井正常生产时，抽油机驴头带动抽油杆柱做往复运动。但实际的抽油杆柱和液柱，由于它们长度很大，具有相当的弹性和可压缩性，而抽油杆柱做周期性地上、地下运动和液柱载荷周期性地作用于下端，使抽油杆柱产生弹性振动，同时液柱下端周期性地被柱塞推动而使液柱也振动，如果油管下部未锚定，在液柱载荷周期性地作用下，管柱也要产生振动。这三组弹性体的震动互相影响，加上阻尼作用，使得整个系统的振动作用相当复杂，因此，要准确地计算弹性振动载荷是很困难的，这里只介绍一种简化的计算方法。该方法是由抽油杆柱的纵向振动方程，忽略了强迫振动项。
悬点振动载荷通过下式计算：
抽油杆柱的纵向振动方程如下：
式中，P振为在抽油杆顶端产生的振动载荷，N；k为常数，其值取决于
当
值为0～1时，k＝0，为1～3时k＝1，为3～5时k＝2，为5～7时k＝3；Ar为平均抽油杆截面积；L为泵深；E为钢材弹性模量，2.02×108kN/m2；λr为抽油杆变形，m；λ为油管和抽油杆总变形，m；υu,d为静变形结束时的悬点速度，υu是上冲程，υd为下冲程，m/s；C为抽油机游梁前臂长，m；e为自然对数底数；c为抽油杆内声波传播速度(单级杆柱c＝5000，二级杆柱c＝5400，三级杆柱c＝5800)，m/s；α为曲柄转角，(°)；αu,d为静变形结束时的曲柄转角，(°)；N为冲次。
悬点惯性载荷包括抽油杆柱和油管内的流体做不等速运动而产生的抽油杆和液柱的动载荷；
悬点惯性载荷计算如下：
其中，S为冲程，m；Ap为柱塞面积；ρ为原油混合液密度；qr为每米抽油杆在空气中的重力，kgf/m；ε为考虑油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数；Atf为油管的流通断面面积，m2；Ar为平均抽油杆截面积。
其中，组合抽油杆柱取等效面积，
式中Ari为第i级抽油杆面积，m2；bi为第i级抽油杆所占比例。
摩擦载荷一般由5部分组成：抽油杆与油管的摩擦力F1，根据矿场经验，在直井内通常不超过抽油杆重力的1.5％；柱塞与泵筒之间的半干摩擦力F2，根据矿场经验，抽油泵径不大于70mm时，半干摩擦力不超过1717N；液柱与抽油杆之间的摩擦力F3，可用以下公式计算；液柱与油管之间的摩擦力F4，根据油井的现场资料统计，约等于0.3F3；液柱通过游动阀的摩擦阻力F5，一般可忽略不计。
摩擦载荷通过下式计算：
F摩上＝F1+F2+F4 (6)
F摩下＝F1+F2+F3 (7)
其中，m为油管内径与抽油杆直径之比值；S为冲程，m；L为泵深，m；N为冲次；μ为原油粘度，mpa.s。
抽油杆与油管的摩擦力F1，根据矿场经验，在直井内通常不超过抽油杆重力的1.5％，计算时按照抽油杆重力的1.5％计算。
柱塞与泵筒之间的半干摩擦力F2，根据矿场经验，抽油泵径不大于70mm时，半干摩擦力不超过1717N，计算时按照抽油杆重力的1.5％计算。
液柱与油管之间的摩擦力F4，根据油井的现场资料统计，约等于0.3F3。
其中，ρ抽油杆为抽油杆钢材密度。
悬点静载荷包括抽油杆自重、柱塞上部液柱形成的静液柱载荷；悬点静载荷通过下式计算：
P静上＝9.81qrlL+ApLfρ+106(pt-pc)Ap (9)
P静下＝9.81qrlL (10)
原油混合液密度ρ通过下式计算：
ρ＝ρo(1-fw)+ρwfw (11)
其中，qrl为每米抽油杆在液体中的重力，组合抽油杆分段计算，kgf/m；ρo为原油密度，kg/m3；ρw为水密度，kg/m3；fw为含水量；L为泵深，m；Lf为动液面，m；Ap为柱塞面积，m2；pt为油管压力，MPa；pc为套管压力，MPa。
静态参数包括泵挂深度、套管压力和油管压力参数。
S3，根据油井工况系统中示功图所采集的最大最小载荷、冲程、冲次数据和油井其它静态参数，计算出油井实时含水量。
最大最小悬点载荷、冲程、冲次均通过实时的绘制的示功图读取出来，其他油井静态参数包括泵挂深度、套管压力、油管压力等，这些参数通过A2基础数据库调用即可读取到。
油井实时含水量通过下式计算：
通过计算最大最小载荷差值，式(1)减去式(2)得出式(12)：
ΔP＝Pmax-Pmin＝P静上+P惯上+P振上+F摩上-P静下+P惯下+P振下+F摩下 (12)
通过换算，得到
对式(12)进行换算计算后，得出混合液密度的计算公式。
计算出来的式(13)与实际原油混合液密度计算公式(11)是相同的：
通过对上式进行换算，可以得出含水量fw的计算公式为
下面通过具体实施例对本发明方法做进一步说明。
以此庞1井某个时刻的示功图为例，见图1所示：通过数字化平台数据库，调取出该井产液量2.84m3/d，产油量1.64t/d，含水率32.2％，泵径28mm，泵深1748.8m，冲程2.39m，冲次3.5次/min-1，动液面1701m，油压1.8MPa，套压0.1MPa，示功图最大载荷46.18kN，最小载荷32.53kN。
柱塞面积：
抽油杆横截面积：
流通断面面积：
油管内径与抽油杆直接比值：
每米抽油杆在空气中的重力：
该油井原油密度850kg/m3。
该油井某个时刻的含水为：850kg/m3。
含水率为32.8％，与实际含水率相差0.6％，在正常工程计算误差范围内。
从以上实施例可以看出，本发明通过理论上分析杆柱在上下行程中的受力情况，推导出含水率与悬点受力之间的关系式，这样就可以通过每10分钟所录取的示功图求取一次油井含水量，实时监控油井的产油量的变化。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种应用示功图实时计算油井含水量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，对抽油机驴头悬点进行受力分析，得到抽油机驴头在往复运动时，上行程时最大载荷Pmax，下行程时最小载荷Pmin；
S2，根据上行程时最大载荷Pmax和下行程时最小载荷Pmin为悬点静载荷、悬点惯性载荷、悬点振动载荷和摩擦载荷的复合作用，得到油井含水量与静载荷、悬点振动载荷、悬点惯性载荷和摩擦载荷的关系式；
S3，根据油井工况系统中示功图所采集的最大载荷、最小载荷、冲程、冲次数据和油井静态参数，计算出油井实时含水量。
2.根据权利要求1所述的一种应用示功图实时计算油井含水量的方法，其特征在于，上行程时悬点载荷称为最大载荷Pmax，下行程时悬点载荷称为最小载荷Pmin，计算如下：
Pmax＝P静上+P惯上+P振上+F摩上 (1)
Pmin＝P静下-P惯下-P振下-F摩下 (2)
式中，P静上为抽油机上行程时驴头所受的静载荷；P静下为抽油机下行程时驴头所受的静载荷；P惯上为抽油机上行程时驴头所受的惯性载荷；P惯下为抽油机下行程时驴头所受的惯性载荷；P振上为抽油机上行程时驴头所受的振动载荷；P振下为抽油机下行程时驴头所受的振动载荷；P摩上为抽油机上行程时驴头所受的惯性载荷；P摩下为抽油机下行程时驴头所受的惯性载荷。
3.根据权利要求1所述的一种应用示功图实时计算油井含水量的方法，其特征在于，所述悬点振动载荷通过下式计算：
抽油杆柱的纵向振动方程如下：
式中，P振为在抽油杆顶端产生的悬点振动载荷；k为常数，Ar为平均抽油杆截面积；L为泵深；E为钢材弹性模量；λr为抽油杆变形；λ为油管和抽油杆总变形；υu,d为静变形结束时的悬点速度，υu是上冲程，υd为下冲程；C为抽油机游梁前臂长；e为自然对数底数；c为抽油杆内声波传播速度；α为曲柄转角；αu,d为静变形结束时的曲柄转角；N为冲次。
4.根据权利要求3所述的一种应用示功图实时计算油井含水量的方法，其特征在于，常数k值取决于
当
值为0～1时，k＝0；
值为1～3时k＝1；
值为3～5时k＝2，
值为5～7时，k＝3。
5.根据权利要求1所述的一种应用示功图实时计算油井含水量的方法，其特征在于，所述悬点惯性载荷包括抽油杆柱和油管内的流体做不等速运动而产生的抽油杆和液柱的动载荷；
悬点惯性载荷计算如下：
其中，L为泵深；S为冲程；N为冲次；Ap为柱塞面积；ρ为原油混合液密度；ε为考虑油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数；qr为每米抽油杆在空气中的重力；Atf为油管的流通断面面积；Ar为平均抽油杆截面积。
6.根据权利要求5所述的一种应用示功图实时计算油井含水量的方法，其特征在于，组合抽油杆柱取等效面积，
式中Ari为第i级抽油杆面积；bi为第i级抽油杆所占比例。
7.根据权利要求1所述的一种应用示功图实时计算油井含水量的方法，其特征在于，所述摩擦载荷通过下式计算：
F摩上＝F1+F2+F4 (6)
F摩下＝F1+F2+F3 (7)
其中，m为油管内径与抽油杆直径之比值；S为冲程；L为泵深；N为冲次；μ为原油粘度；F1为抽油杆与油管的摩擦力；F2为柱塞与泵筒之间的半干摩擦力；F3为液柱与抽油杆之间的摩擦力；F4为液柱与油管之间的摩擦力。
8.根据权利要求1所述的一种应用示功图实时计算油井含水量的方法，其特征在于，所述悬点静载荷包括抽油杆自重、柱塞上部液柱形成的静液柱载荷；悬点静载荷通过下式计算：
P静上＝9.81qrlL+ApLfρ+106(pt-pc)Ap (9)
P静下＝9.81qrlL (10)
原油混合液密度ρ通过下式计算：
ρ＝ρo(1-fw)+ρwfw (11)
其中，qrl为每米抽油杆在液体中的重力；ρo为原油密度；ρw为水密度；fw为含水量；L为泵深；Lf为动液面；Ap为柱塞面积；pt为油管压力；pc为套管压力。
9.根据权利要求1所述的一种应用示功图实时计算油井含水量的方法，其特征在于，所述油井静态参数包括泵挂深度、套管压力和油管压力参数。
10.根据权利要求8所述的一种应用示功图实时计算油井含水量的方法，其特征在于，所述油井实时含水量fw通过下式计算：
式中，S为冲程；N为冲程次数；qr为每米抽油杆在空气中的重力；ε为考虑油管过流断面变化引起液g柱加速度变化的系数。
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| CN202110014696.3A Pending CN112832740A (zh) | 2021-01-06 | 2021-01-06 | 一种应用示功图计算油井原油含水率的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112832740A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103899300A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-07-02 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种基于示功图的二流量试井分析的方法及系统 |
| CN108691530A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-10-23 | 南通大学 | 基于运动力学的塔架式双井抽油机光杆轴力的计算方法 |
| CN111005712A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-04-14 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种定向井杆管偏磨自动判识方法 |
| CN111475989A (zh) * | 2020-03-30 | 2020-07-31 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种基于油井示功图获取原油含水量的方法 |
| CN111963147A (zh) * | 2020-09-01 | 2020-11-20 | 中国石油天然气股份有限公司 | 通过抽油机悬点静载荷监测动液面及动液面确定方法 |
-
2021
- 2021-01-06 CN CN202110014696.3A patent/CN112832740A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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