CN115708102A - 一种新型泵口流入动态分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种新型泵口流入动态分析方法，所述分析方法包括：获取不同油层的测井的基础数据；根据所述基础数据建立适用于给定油藏的产能预测模型；根据所述产能预测模型绘制对应油井的流入动态曲线；向上取一个位置作为泵的下泵深度；将所述动态点进行井筒多相流计算，截止到泵口对应的点，获得以产量为横坐标，以泵流入口压力为纵坐标的多相动态点；利用描点法将所述多相动态点连接成一条曲线，所述曲线为对应深度的泵口流入动态曲线；获取最优下泵深度和最优生产参数。为非自喷油井尤其是有杆泵深抽工艺油井提供了选择合理下泵深度区间、确定合理工作制度的依据。

Description

一种新型泵口流入动态分析方法

技术领域

本发明涉及油田抽油机井生产技术领域，尤其涉及一种新型泵口流入动态分析方法。

背景技术

目前，流入动态曲线在各大油田的生产过程中有着广泛的应用。流入动态曲线是井底流压和油井产量之间的关系曲线，反映了地层的供液能力，作为产能预测方法能够预测未来井底流压降低后的油井产能情况，对油田调整工作制度，选择合理的生产方式有着重要的意义。

传统的流入动态曲线在自喷生产的油井中有着不可替代的作用，但是对于大多数人工举升，例如往复泵、电潜泵等举升工艺来说，利用传统的流入动态曲线作为调整油井工作制度的依据存在着一定的局限性。比如，当以井底为求解点进行节点分析时，传统的流入动态曲线无法反映出下泵深度这一重要变量，而下泵深度是低渗深抽油井需要考虑的重要参数；传统流入动态曲线反映的是井底流压和产量的关系，而对于有杆泵举升油井，泵口的压力往往比井底流压更有价值，井底流压无法直接对泵的充满程度、泵的漏失等参数进行分析。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种新型泵口流入动态分析方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种新型泵口流入动态分析方法，所述分析方法包括：

获取不同油层的测井的基础数据；

根据所述基础数据建立适用于给定油藏的产能预测模型；

根据所述产能预测模型绘制对应油井的流入动态曲线；

以井深为起点，向上取一个位置作为泵的下泵深度，在所述流入动态曲线上从0MPa开始计算，间隔1MPa，获取产量为0m³/d时对应的井底流压值，获得以产量为横坐标，以所述井底流压值为纵坐标的动态点；

将所述动态点进行井筒多相流计算，截止到泵口对应的点，获得以产量为横坐标，以泵流入口压力为纵坐标的多相动态点；

利用描点法将所述多相动态点连接成一条曲线，所述曲线为对应深度的泵口流入动态曲线；

分析所述泵口流入动态曲线，获取最优下泵深度和最优生产参数。

可选的，所述根据所述基础数据建立适用于给定油藏的产能预测模型具

体包括：

产能预测模型

其中，k_F，k_M分别为裂缝和基质的渗透率；w为裂缝宽度；h为油层厚度；B为体积系数；μ为原油粘度；η为地层导压系数；X_f为裂缝半长；c为综合压缩系数；φ_M为基质孔隙度。

可选的，所述以井深为起点，向上取一个位置作为泵的下泵深度，在所述流入动态曲线上从0MPa开始计算，间隔1MPa，获取产量为0m³/d时对应的井底流压值，获得以产量为横坐标，以所述井底流压值为纵坐标的动态点具体包括：

井筒多相管流的压力梯度包括：因举高液体而克服重力所需的压力势能、流体因加速而增加的动能和流体沿管路的摩阻损失，数学表达式如下：

式中ρ_m为多相混合物的密度；v_m为多相混合物的流速；f_m为多相混合物流动时的摩擦阻力系数；d为管径；p为压力；h为深度；g为重力加速度；θ为井斜角的余角；

根据所述井筒多相管流的压力梯度计算沿程压力分布。

可选的，所述根据所述井筒多相管流的压力梯度计算沿程压力分布具体包括：

采用深度增量进行迭代计算沿程压力分布；

获取井的位置的压力P₀为起点，所述井的位置包括井口、井底中的任意一个位置；获取压力降值ΔP为计算的压力间隔，获取压力降值ΔP对应的深度增量Δh，用于根据温度梯度计算对应的井的下端的温度T₁；

根据所述井的下端的温度T₁计算出对应井筒管段的平均温度T和平均压力P，并确定对应的全部流体性质参数，所述全部流体性质参数包括溶解气油比R_g、原油体积系数B_o和粘度μ_o、气体密度ρ_g和粘度μ_g，混合物粘度μ_m及表面张力σ；

计算井筒管段的压力梯度

计算对应于所述压力降值ΔP的对应井筒管段的深度差Δh_计；

获取所述深度差Δh_计与所述深度增量Δh的差值，判断所述差值是否超过设定范围ε，如果是，继续迭代，否则停止迭代；

计算井筒管段下端对应的深度L_i和压力P_i；

P_i＝P_o+iΔP (6)

其中，i＝1,2,3,…n

以L_i处的压力为起点，重复上述步骤，计算下一段井筒管段的深度L_i+1和压力P_i+1，直到各段的累加深度L_n≥管长L时为止。

可选的，所述井筒多相管流的压力梯度具体包括：

压力降公式及流动型态划分界限：

式中，ΔP_k为计算管段压力降；Δh_k为计算管段的深度差；P为计算管段的平均压力；

气体的体积流量：

式中，q_g为气体的体积流量，m3/s；γ_o为油的相对密度；q_o为产油量，t/d。注意：当R_p＜R_s时，取R_p＝R_s。

气体的质量流量：

式中，W_g—气体的质量流量，kg/s；γ_g—气的相对密度；

液体的体积流量：

式中，Q_l—液体的体积流量，m3/s；q_l—产液量,t/d；

液体的体积流量：

式中，W_l—液体的质量流量，kg/s；

混合物总体积流量：Q_t＝Q_g+Q_l (12)

混合物总质量流量：W_t＝W_g+W_l (13)。

可选的，所述平均密度和摩擦损失梯度具体包括：

不同流动型态下的所述平均密度和摩擦损失梯度的计算方法不同，具体包括：泡流流动型态下：

平均密度：

H_L+H_g＝1 (15)

式中，H_g—气相存容比(含气率)，计算管段中气相体积与管段容积之比值；H_L—液相存容比(持液率)，计算管段中液相体积与管段容积之比值；ρ_g、ρ_L、

—在

下气、液和混合物的密度，kg/m3；

气相存容比由滑脱速度V_s来计算；滑脱速度定义为：气相流速与液相流速之差；

可解出H_g：

式中，v_s—滑脱速度，由实验确定，m/s；v_sg、v_sL—气相和液相的表观流速，m/s；

泡流摩擦损失梯度按液相进行计算：

式中，f—摩擦阻力系数；

v_LH—液相真实流速，m/s；

段塞流混合物平均密度

式中，δ—液体分布系数；v_s—滑脱速度，m/s；

滑脱速度可用Griffith和Wallis提出的公式计算：

过渡流的混合物平均密度及摩擦梯度是先按段塞流和雾流分别进行计算，然后用内插方法来确定相应的数值；

式中，ρ_SL、τ_SL及ρ_Mi、τ_Mi为分别按段塞流和雾流计算的混合物密度及摩擦梯度；

雾流混合物密度计算公式与泡流相同：

由于雾流的气液无相对运动速度，即滑脱速度接近于雾，基本上没有滑脱；所以

摩擦梯度则按连续的气相进行计算，即

式中，v_sg—气体表观流速，v_sg＝q_g/A_p m/s。

本发明提供的一种新型泵口流入动态分析方法，所述分析方法包括：获取不同油层的测井的基础数据；根据所述基础数据建立适用于给定油藏的产能预测模型；根据所述产能预测模型绘制对应油井的流入动态曲线；以井深为起点，向上取一个位置作为泵的下泵深度，在所述流入动态曲线上从0MPa开始计算，间隔1MPa，获取产量为0m³/d时对应的井底流压值，获得以产量为横坐标，以所述井底流压值为纵坐标的动态点；将所述动态点进行井筒多相流计算，截止到泵口对应的点，获得以产量为横坐标，以泵流入口压力为纵坐标的多相动态点；利用描点法将所述多相动态点连接成一条曲线，所述曲线为对应深度的泵口流入动态曲线；分析所述泵口流入动态曲线，获取最优下泵深度和最优生产参数。为非自喷油井尤其是有杆泵深抽工艺油井提供了选择合理下泵深度区间、确定合理工作制度的依据。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种新型泵口流入动态分析方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的以胜利油田临盘区块某油井为例，所得流入动态曲线；

图3为本发明提供的采用Orkiszewski方法提供的计算压力梯度时需要考虑气相和液相的流程图；

图4为本发明实施例提供的油井当前的泵口流入动态曲线示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明的说明书实施例和权利要求书及附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，一种新型泵口流入动态分析方法，所述分析方法包括：

获取不同油层的测井的基础数据；

根据所述基础数据建立适用于给定油藏的产能预测模型；

根据所述产能预测模型绘制对应油井的流入动态曲线；通过以上模型，结合现场实际数据绘制出对应的流入动态曲线，以胜利油田临盘区块某油井为例，所得流入动态曲线如附图2所示。

以井深为起点，向上取一个位置作为泵的下泵深度，在所述流入动态曲线上从0MPa开始计算，间隔1MPa，获取产量为0m³/d时对应的井底流压值，获得以产量为横坐标，以所述井底流压值为纵坐标的动态点；

将所述动态点进行井筒多相流计算，截止到泵口对应的点，获得以产量为横坐标，以泵流入口压力为纵坐标的多相动态点；

利用描点法将所述多相动态点连接成一条曲线，所述曲线为对应深度的泵口流入动态曲线；

分析所述泵口流入动态曲线，获取最优下泵深度和最优生产参数。

所述根据所述基础数据建立适用于给定油藏的产能预测模型具体包括：

产能预测模型

其中，k_F，k_M分别为裂缝和基质的渗透率；w为裂缝宽度；h为油层厚度；B为体积系数；μ为原油粘度；η为地层导压系数；X_f为裂缝半长；c为综合压缩系数；φ_M为基质孔隙度。

所述以井深为起点，向上取一个位置作为泵的下泵深度，在所述流入动态曲线上从0MPa开始计算，间隔1MPa，获取产量为0m³/d时对应的井底流压值，获得以产量为横坐标，以所述井底流压值为纵坐标的动态点具体包括：

井筒多相管流的压力梯度包括：因举高液体而克服重力所需的压力势能、流体因加速而增加的动能和流体沿管路的摩阻损失，数学表达式如下：

式中ρ_m为多相混合物的密度；v_m为多相混合物的流速；f_m为多相混合物流动时的摩擦阻力系数；d为管径；p为压力；h为深度；g为重力加速度；θ为井斜角的余角；

根据所述井筒多相管流的压力梯度计算沿程压力分布。

可选的，所述根据所述井筒多相管流的压力梯度计算沿程压力分布具体包括：

采用深度增量进行迭代计算沿程压力分布；

获取井的位置的压力P₀为起点，所述井的位置包括井口、井底中的任意一个位置；获取压力降值ΔP为计算的压力间隔，获取压力降值ΔP对应的深度增量Δh，用于根据温度梯度计算对应的井的下端的温度T₁；

根据所述井的下端的温度T₁计算出对应井筒管段的平均温度T和平均压力P，并确定对应的全部流体性质参数，所述全部流体性质参数包括溶解气油比R_g、原油体积系数B_o和粘度μ_o、气体密度ρ_g和粘度μ_g，混合物粘度μ_m及表面张力σ；

计算井筒管段的压力梯度

计算对应于所述压力降值ΔP的对应井筒管段的深度差Δh_计；

获取所述深度差Δh_计与所述深度增量Δh的差值，判断所述差值是否超过设定范围ε，如果是，继续迭代，否则停止迭代；

计算井筒管段下端对应的深度L_i和压力P_i；

P_i＝P_o+iΔP (6)

其中，i＝1,2,3,…n

以L_i处的压力为起点，重复上述步骤，计算下一段井筒管段的深度L_i+1和压力P_i+1，直到各段的累加深度L_n≥管长L时为止。

在计算压力梯度时需要考虑气相和液相的分布关系，这里采用Orkiszewski方法，流程图见附图3：

所述井筒多相管流的压力梯度具体包括：

压力降公式及流动型态划分界限：

式中，ΔP_k为计算管段压力降；Δh_k为计算管段的深度差；P为计算管段的平均压力；

气体的体积流量：

式中，q_g为气体的体积流量，m3/s；γ_o为油的相对密度；q_o为产油量，t/d。注意：当R_p＜R_s时，取R_p＝R_s。

气体的质量流量：

式中，W_g—气体的质量流量，kg/s；γ_g—气的相对密度；

液体的体积流量：

式中，Q_l—液体的体积流量，m3/s；q_l—产液量,t/d；

液体的体积流量：

式中，W_l—液体的质量流量，kg/s；

混合物总体积流量：Q_t＝Q_g+Q_l (12)

混合物总质量流量：W_t＝W_g+W_l (13)。

不同流动型态下的

和τ_f的计算方法不同，计算中首先要判断流动形态。该方法的四种流动型态的划分界限如表1所示。

表1流型界限

所述平均密度和摩擦损失梯度具体包括：

不同流动型态下的所述平均密度和摩擦损失梯度的计算方法不同，具体包括：泡流流动型态下：

平均密度：

H_L+H_g＝1 (15)

式中，H_g—气相存容比(含气率)，计算管段中气相体积与管段容积之比值；H_L—液相存容比(持液率)，计算管段中液相体积与管段容积之比值；ρ_g、ρ_L、

—在

下气、液和混合物的密度，kg/m3；

气相存容比由滑脱速度V_s来计算；滑脱速度定义为：气相流速与液相流速之差；

可解出H_g：

式中，v_s—滑脱速度，由实验确定，m/s；v_sg、v_sL—气相和液相的表观流速，m/s；

泡流摩擦损失梯度按液相进行计算：

式中，f—摩擦阻力系数；

v_LH—液相真实流速，m/s；

段塞流混合物平均密度

式中，δ—液体分布系数；v_s—滑脱速度，m/s；

滑脱速度可用Griffith和Wallis提出的公式计算：

过渡流的混合物平均密度及摩擦梯度是先按段塞流和雾流分别进行计算，然后用内插方法来确定相应的数值；

式中，ρ_SL、τ_SL及ρ_Mi、τ_Mi为分别按段塞流和雾流计算的混合物密度及摩擦梯度；

雾流混合物密度计算公式与泡流相同：

由于雾流的气液无相对运动速度，即滑脱速度接近于雾，基本上没有滑脱；所以

摩擦梯度则按连续的气相进行计算，即

式中，v_sg—气体表观流速，v_sg＝q_g/A_p m/s。

描点法绘制泵口流入动态曲线

针对所取点利用Orkiszewski方法即可计算出该产量下的泵的吸入口压力，从而得到一批所取点在泵口的映射点，接下来通过描点法将这些映射点连接成线即可得到该油井当前的泵口流入动态曲线，如附图4所示。

泵口流入动态曲线的应用：寻找合理下泵深度区间

对于抽油机井尤其是低渗油井，其流入动态曲线曲线往往与常规的流入动态曲线曲线形状不同，在储层应力敏感性或气体的影响下，流入动态曲线曲线往往会出现“拐点”，即随着井底流压的下降，产能增加放缓甚至可能会出现产能下降的情况，其对应的泵口流入动态曲线也会出现“拐点”。从附图4可以看出，不同泵口流入动态曲线的“拐点”的产量值变化不大，只是泵入口压力相差比较明显，但无论如何，都应该尽可能调整生产制度使工作点保持在“拐点”附近以获得最大产量。以此为前提，结合附图4可以发现，当下泵深度较浅时，泵口流入动态曲线的拐点在横轴以下，从实际来说，只有当泵入口压力为负压才能取得“拐点”产量，因此下泵深度的值存在一个下限，即该下泵深度对应的泵口流入动态曲线的“拐点”至少要在横轴以上。随着下泵深度的加深，泵口流入动态曲线的“拐点”对应的产量并没有明显的提高，但是所消耗的管材成本和泵效损失(尤其是冲程损失)却大幅提高。因此需要结合泵效和管材成本进行优选，选择下泵深度值的上限。根据下泵深度值的上下限可以获得最优下泵深度区间。

给定下泵深度，确定合理工作制度

在优选下泵深度后，可以通过泵口流入动态曲线来选择该下泵深度情况下的最优生产制度。这里需要结合编程的方法，实现冲程、冲次等生产参数的可输入，并控制下泵深度不变。通过不断调参使工作点尽可能靠近“拐点”，来获得最大产量。此时所输入的参数即为合理工作制度参数。

有益效果：

1、提出创新概念“泵口流入动态曲线”，弥补了传统流入动态曲线曲线无法反映抽油机井下泵深度的不足；

2、通过绘制出不同下泵深度的泵口流入动态曲线，能够分析得到合理的下泵深度区间。

3、在选择好最优下泵深度后进行调参，可以获得最优的生产参数。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型泵口流入动态分析方法，其特征在于，所述分析方法包括：

获取不同油层的测井的基础数据；

根据所述基础数据建立适用于给定油藏的产能预测模型；

根据所述产能预测模型绘制对应油井的流入动态曲线；

以井深为起点，向上取一个位置作为泵的下泵深度，在所述流入动态曲线上从0MPa开始计算，间隔1MPa，获取产量为0m³/d时对应的井底流压值，获得以产量为横坐标，以所述井底流压值为纵坐标的动态点；

将所述动态点进行井筒多相流计算，截止到泵口对应的点，获得以产量为横坐标，以泵流入口压力为纵坐标的多相动态点；

利用描点法将所述多相动态点连接成一条曲线，所述曲线为对应深度的泵口流入动态曲线；

分析所述泵口流入动态曲线，获取最优下泵深度和最优生产参数。

2.根据权利要求1所述的一种新型泵口流入动态分析方法，其特征在于，所述根据所述基础数据建立适用于给定油藏的产能预测模型具体包括：

产能预测模型

其中，k_F，k_M分别为裂缝和基质的渗透率；w为裂缝宽度；h为油层厚度；B为体积系数；μ为原油粘度；η为地层导压系数；X_f为裂缝半长；c为综合压缩系数；φ_M为基质孔隙度。

3.根据权利要求1所述的一种新型泵口流入动态分析方法，其特征在于，所述以井深为起点，向上取一个位置作为泵的下泵深度，在所述流入动态曲线上从0MPa开始计算，间隔1MPa，获取产量为0m³/d时对应的井底流压值，获得以产量为横坐标，以所述井底流压值为纵坐标的动态点具体包括：

井筒多相管流的压力梯度包括：因举高液体而克服重力所需的压力势能、流体因加速而增加的动能和流体沿管路的摩阻损失，数学表达式如下：

式中ρ_m为多相混合物的密度；v_m为多相混合物的流速；f_m为多相混合物流动时的摩擦阻力系数；d为管径；p为压力；h为深度；g为重力加速度；θ为井斜角的余角；

根据所述井筒多相管流的压力梯度计算沿程压力分布。

4.根据权利要求3所述的一种新型泵口流入动态分析方法，其特征在于，所述根据所述井筒多相管流的压力梯度计算沿程压力分布具体包括：采用深度增量进行迭代计算沿程压力分布；

获取井的位置的压力P₀为起点，所述井的位置包括井口、井底中的任意一个位置；获取压力降值ΔP为计算的压力间隔，获取压力降值ΔP对应的深度增量Δh，用于根据温度梯度计算对应的井的下端的温度T₁；

根据所述井的下端的温度T₁计算出对应井筒管段的平均温度

和平均压力

并确定对应的全部流体性质参数，所述全部流体性质参数包括溶解气油比R_g、原油体积系数B_o和粘度μ_o、气体密度ρ_g和粘度μ_g，混合物粘度μ_m及表面张力σ；

计算井筒管段的压力梯度

计算对应于所述压力降值ΔP的对应井筒管段的深度差Δh_计；

获取所述深度差Δh_计与所述深度增量Δh的差值，判断所述差值是否超过设定范围ε，如果是，继续迭代，否则停止迭代；

计算井筒管段下端对应的深度L_i和压力P_i；

P_i＝P_o+iΔP (6)

其中，i＝1,2,3,…n

以L_i处的压力为起点，重复上述步骤，计算下一段井筒管段的深度L_i+1和压力P_i+1，直到各段的累加深度L_n≥管长L时为止。

5.根据权利要求3所述的一种新型泵口流入动态分析方法，其特征在于，所述井筒多相管流的压力梯度具体包括：

压力降公式及流动型态划分界限：

式中，ΔP_k为计算管段压力降；Δh_k为计算管段的深度差；

为计算管段的平均压力；

气体的体积流量：

式中，q_g为气体的体积流量，m3/s；γo为油的相对密度；qo为产油量，t/d。注意：当R_p＜R_s时，取R_p＝R_s。

气体的质量流量：

式中，W_g—气体的质量流量，kg/s；γ_g—气的相对密度；

液体的体积流量：

式中，Q_l—液体的体积流量，m3/s；q_l—产液量,t/d；

液体的体积流量：

式中，W_l—液体的质量流量，kg/s；

混合物总体积流量：Q_t＝Q_g+Q_l (12)

混合物总质量流量：W_t＝W_g+W_l (13)。

6.根据权利要求5所述的一种新型泵口流入动态分析方法，其特征在于，所述平均密度和摩擦损失梯度具体包括：

不同流动型态下的所述平均密度和摩擦损失梯度的计算方法不同，具体包括：泡流流动型态下：

平均密度：

H_L+H_g＝1 (15)

式中，H_g—气相存容比(含气率)，计算管段中气相体积与管段容积之比值；H_L—液相存容比(持液率)，计算管段中液相体积与管段容积之比值；

—在

下气、液和混合物的密度，kg/m3；

气相存容比由滑脱速度V_s来计算；滑脱速度定义为：气相流速与液相流速之差；

可解出H_g：

式中，v_s—滑脱速度，由实验确定，m/s；v_sg、v_sL—气相和液相的表观流速，m/s；

泡流摩擦损失梯度按液相进行计算：

式中，f—摩擦阻力系数；

v_LH—液相真实流速，m/s；

段塞流混合物平均密度

式中，δ—液体分布系数；v_s—滑脱速度，m/s；

滑脱速度可用Griffith和Wallis提出的公式计算：

过渡流的混合物平均密度及摩擦梯度是先按段塞流和雾流分别进行计算，然后用内插方法来确定相应的数值；

式中，ρ_SL、τ_SL及ρ_Mi、τ_Mi为分别按段塞流和雾流计算的混合物密度及摩擦梯度；

雾流混合物密度计算公式与泡流相同：

由于雾流的气液无相对运动速度，即滑脱速度接近于雾，基本上没有滑脱；所以

摩擦梯度则按连续的气相进行计算，即

式中，v_sg—气体表观流速，v_sg＝q_g/A_pm/s。

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