CN115840868A - 一种改进的采油工程模型计算分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改进的采油工程模型计算分析方法，包括如下步骤：步骤一：计算泵充满度，步骤二：计算产液量与抽油机功率的关系，步骤三：计算理论产液量，抽油机的理论产液量是指泵内为油水两相混合物且充满时的井口产液量，步骤四：建立实际产油量计算模型，实际产液量是指井口原油脱气后的地面实际产液量，步骤五：计算功效比，根据产液量与抽油机功率的关系表达式可以计算出产液量所做的功，将电动机功率与产液量做一个比值，定义为功效比，来判断功效并对抽油机工况进行调整。本发明通过功效比公式，实现了可以根据抽油机的工艺参数和产液的变化自动匹配抽油机最佳的运行工况。
Description
技术领域
本发明属于油田石油采集设备领域，尤其涉及一种改进的采油工程模型计算分析方法。
背景技术
我国大部分油田属于低渗透油田，其丰度低、渗透率低、单井产能低，导致目前采油机的抽油能力与油井底层供液能力难以精准匹配。在采油过程中，传统上企业常采用动液面来衡量油井的供液能力，但动液面的测量成本较高且在动液面深度较深时测量结果并不准确。随着示功图测试技术的不断进步，目前企业多凭借人工经验从示功图中计算油井的供液能力及工况的判断。该方法虽弥补了传统方法的不足，但仍存在实时性差、人工成本高和示功图类型较多等问题。因此，亟需一种新的计算模型来解决上述问题。
发明内容
为解决背景技术中的问题，本发明提出了一种改进的采油工程模型计算分析方法，通过功效比公式对井内的相关数据进行分析计算，从而实现根据抽油机的工艺参数和产液的变化自动匹配抽油机最佳的运行工况。
一种改进的采油工程模型计算分析方法，包括如下步骤：
步骤一：计算泵充满度
泵充满度是指抽油泵一个冲程内吸入的油液与活塞让出的油液体积之比。地层供液能力的变化直接影响泵充满度的大小，当泵充满度高时，说明此时井下供液能力大，如果地层的供液能力与理排理论量匹配，泵充满度只会在一定的范围内变化。因此如果能确立泵充满度变化的合理区间，结合当前泵充满度就能对抽油机进行相应的冲次控制
泵充满度可表示为：
式中：Vp为每冲次让出的油液体积(m3)；Vy为每冲次吸入泵中的油液体积(m3)；R为井下油气比(m3/m3)；k为余隙系数。其中R值可根据地面所测得油气比Rs进行计算，计算表达式为：
式中：Rs为地面气油比(m3/m3)；α为溶解系数(m3/(m3·Pa))；Pc为泵入口压力(Pa)；fw为含水率；Po为标准压力(Pa)；bo为原油体积系数；T为泵入口温度(K)；Y为天然气压缩因子；m为分离出的气体进入油套空间的比例，T0为地面温度(K)。将(公式1)代入(公式2)并忽略余隙系数k可得泵充满系数β。计算表达式为:
步骤二：计算产液量与抽油机功率的关系
抽油机工作过程中，电机输出的有功功率一部分用来提升油液，另一部分被抽油机系统所消耗，因此电机做的功率可由(公式4)所表示：
W电＝W液+W损+W杆 (公式4)
式中W液-提升油液所消耗的功,kW/h
W损-系统损耗所消耗的功,kW/h
W杆-抽油杆的重力做功,kW/h
而游梁式抽油机系统的能耗损失主要表现在电机、皮带、井下摩擦力、惯性力、油液提升过程中产生的漏失和油液流经抽油泵和抽油管的水力损失，即：
W损＝W电损+W皮带+W摩+W惯+W漏+W阻 (公式5)
式中W电损-电机内部损失的功，kW/h
W皮带-皮带消耗的功，kW/h
W摩-井下摩擦力消耗的功，kW/h
W惯-惯性力所消耗的功，kW/h
W漏-油液漏失所消耗的功，kW/h
W阻-油液的水力损失所消耗的功，kW/h
在抽油机未做调整并且历史数据与实时数据采集时间差不大的情况下，认为抽油杆皮带耗能、井下摩擦力、惯性力、油液漏失量和油液的水力损失恒定不变。
利用一个周期的下冲程的有功功率进行差值计算。然后将下冲程的电机有功功率的基准值与实时测量的有功、功率的面积积分进行差值比较，得到：
W电2W电1＝(W液2+W损2+W杆2)(W液1+W损1+W杆1)
＝(W液2 W液1)+(W杆2 W杆1)(公式6)式中W电2、W液2、W损2、W杆2为实时测量的对应的功
W电1、W液1、W损1、W杆1为历史测量的对应的功
产液量与抽油机功率的关系可以表达为：
步骤三：计算理论产液量
抽油机的理论产液量是指泵内为油水两相混合物且充满时的井口产液量。其计算表达式为：
Q理＝1440SNA (公式8)
式中Q理：理论产液量，m3/d
S:悬点冲程长度，m
N:抽油机的冲次,min-1
A:柱塞横截面积,m2
步骤四：建立实际产油量计算模型
实际产液量是指井口原油脱气后的地面实际产液量，其计算表达式为：
Q实＝βQ理 (公式9)
式中Q实：实际产液量，m3/d
β：泵充满系数
(公式3)已推导过泵充满系数，将(公式3)代入(公式9)中就可以得到实际产液量。
步骤五：计算功效比
电动机做功计算公式：
式中W电：电动机功率，kW/h
U：额定电压，kv
I：工作电流，A
T：时间
cosα：电动机功率因数
根据产液量与抽油机功率的关系表达式可以计算出产液量所作的功，即W液1＝Q实产H-W液0，开始时W液0为零，而
将W电与W液做一个比值，定义为功效比，来判断功效并对抽油机工况进行调整。
功效比公式：
当功效比≥80％时，抽油机工作状态优秀，效率高，计量地下抽出的油、气、水的质量，体积，密度等参数，如果油少水多，应该降低电功率，提高冲程，降低冲次(频率)；如果油多水少，应该提高电功率，提高冲程，提高冲次。
当60％≤功效比＜80％时，抽油机工作状态良好，需要加大功率。
当40％≤功效比＜60％时，抽油机工作状态较差，需要适当加大功率，提高冲程冲次。
当功效比＜40％时，抽油机工作状态极差，需要现场检查工作状况，使用间抽。
有益效果：
1.通过功效比公式，实现了可以根据抽油机的工艺参数和产液的变化自动匹配抽油机最佳的运行工况。
2.通过功效比公式，及时的根据产液量的变化，就可以对抽油机的电机功率进行调整，即时高效的运行抽油机，时效性高。对于抽油机的常见故障不用逐一分析便可调整抽油机的电机功率，简单便捷，极大的降低耗电量，提高效率，降低抽油成本。
3.通过功效比公式，对采油机的抽油能力与油井底层供液能力进行精准匹配，提高采油机泵效，减少耗电量，降低抽油成本。对采油机井的供液能力实时分析并制定冲次调节策略，实现采油机抽油能力与油井供液能力的准确匹配，达到节能增产的目的。
附图说明
图1为本发明流程图。
具体实施方式
为了使本发明更清楚明白，下面通过具体实施例来对本发明进行更详细的阐述，使本发明更清楚明白。
根据图1所示，一种改进的采油工程模型计算分析方法，包括如下步骤：
步骤一：计算泵充满度
泵充满度是指抽油泵一个冲程内吸入的油液与活塞让出的油液体积之比。地层供液能力的变化直接影响泵充满度的大小，当泵充满度高时，说明此时井下供液能力大，如果地层的供液能力与理排理论量匹配，泵充满度只会在一定的范围内变化。因此如果能确立泵充满度变化的合理区间，结合当前泵充满度就能对抽油机进行相应的冲次控制
泵充满度可表示为：
式中：Vp为每冲次让出的油液体积(m3)；Vy为每冲次吸入泵中的油液体积(m3)；R为井下油气比(m3/m3)；k为余隙系数。其中R值可根据地面所测得油气比Rs进行计算，计算表达式为：
式中：Rs为地面气油比(m3/m3)；α为溶解系数(m3/(m3·Pa))；Pc为泵入口压力(Pa)；fw为含水率；Po为标准压力(Pa)；bo为原油体积系数；T为泵入口温度(K)；Y为天然气压缩因子；m为分离出的气体进入油套空间的比例，T0为地面温度(K)。将(公式1)代入(公式2)并忽略余隙系数k可得泵充满系数β。计算表达式为:
步骤二：计算产液量与抽油机功率的关系
抽油机工作过程中，电机输出的有功功率一部分用来提升油液，另一部分被抽油机系统所消耗，因此电机做的功率可由(公式4)所表示：
W电＝W液+W损+W杆 (公式4)
式中W液-提升油液所消耗的功,kW/h
W损-系统损耗所消耗的功,kW/h
W杆-抽油杆的重力做功,kW/h
而游梁式抽油机系统的能耗损失主要表现在电机、皮带、井下摩擦力、惯性力、油液提升过程中产生的漏失和油液流经抽油泵和抽油管的水力损失，即：
W损＝W电损+W皮带+W摩+W惯+W漏+W阻 (公式5)
式中W电损-电机内部损失的功，kW/h
W皮带-皮带消耗的功，kW/h
W摩-井下摩擦力消耗的功，kW/h
W惯-惯性力所消耗的功，kW/h
W漏-油液漏失所消耗的功，kW/h
W阻-油液的水力损失所消耗的功，kW/h
在抽油机未做调整并且历史数据与实时数据采集时间差不大的情况下，认为抽油杆皮带耗能、井下摩擦力、惯性力、油液漏失量和油液的水力损失恒定不变。
利用一个周期的下冲程的有功功率进行差值计算。然后将下冲程的电机有功功率的基准值与实时测量的有功、功率的面积积分进行差值比较，得到：
W电2W电1＝(W液2+W损2+W杆2) (W液1+W损1+W杆1)
＝(W液2 W液1)+(W杆2 W杆1) (公式6)式中W电2、W液2、W损2、W杆2为实时测量的对应的功
W电1、W液1、W损1、W杆1为历史测量的对应的功
产液量与抽油机功率的关系可以表达为：
步骤三：计算理论产液量
抽油机的理论产液量是指泵内为油水两相混合物且充满时的井口产液量。其计算表达式为：
Q理＝1440SNA (公式8)
式中Q理：理论产液量，m3/d
S:悬点冲程长度，m
N:抽油机的冲次,min-1
A:柱塞横截面积,m2
步骤四：建立实际产油量计算模型
实际产液量是指井口原油脱气后的地面实际产液量，其计算表达式为：
Q实＝βQ理 (公式9)
式中Q实：实际产液量，m3/d
β：泵充满系数
(公式3)已推导过泵充满系数，将(公式3)代入(公式9)中就可以得到实际产液量。
步骤五：计算功效比
电动机做功计算公式：
式中W电：电动机功率，kW/h
U：额定电压，kv
I：工作电流，A
T：时间
cosα：电动机功率因数
根据产液量与抽油机功率的关系表达式可以计算出产液量所做的功，即W液1＝Q实产H-W液0，开始时W液0为零，而
将W电与W液做一个比值，定义为功效比，来判断功效并对抽油机工况进行调整。
功效比公式：
当功效比≥80％时，抽油机工作状态优秀，效率高，计量地下抽出的油、气、水的质量，体积，密度等参数，如果油少水多，应该降低电功率，提高冲程，降低冲次(频率)；如果油多水少，应该提高电功率，提高冲程，提高冲次。
当60％≤功效比＜80％时，抽油机工作状态良好，需要加大功率。
当40％≤功效比＜60％时，抽油机工作状态较差，需要适当加大功率，提高冲程冲次。
当功效比＜40％时，抽油机工作状态极差，需要现场检查工作状况，使用间抽。
实施例1
结合WZCYJ15-3-35Z型号液压传动抽油机，此型号抽油机冲程0-3m，电机功率2.5-7.5kw。在不同的产液量情况下，结合功效比公式：
进行工况判断及调整。
将电机功率和高度都取平均值，分别为4.5kw，1.5m。当产液量情况为1吨水，1吨油时，
结合表1，可知对此工况应该加大功率，提高产液量。
表1评价依据表
实施例2
结合WZCYJ15-3-35Z型号液压传动抽油机，此型号抽油机冲程0-3m，电机功率2.5-7.5kw。在不同的产液量情况下，结合功效比公式：
进行工况判断及调整。
当产液量情况为1吨水，2吨油时，
当产液量情况为2吨水，1吨油时，
根据表1所示，此时虽然数值相近，但是在此情况下进行特殊说明：如果油少水多，应该降低电功率，提高冲程，降低冲次(频率)；如果油多水少，应该提高电功率，提高冲程，提高冲次。
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 (6)
1.一种改进的采油工程模型计算分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：计算泵充满度
泵充满度是指抽油泵一个冲程内吸入的油液与活塞让出的油液体积之比，地层供液能力的变化直接影响泵充满度的大小，当泵充满度高时，说明此时井下供液能力大，如果地层的供液能力与理排理论量匹配，泵充满度只会在一定的范围内变化，因此确立泵充满度变化的合理区间，结合当前泵充满度就能对抽油机进行相应的冲次控制；
步骤二：计算产液量与抽油机功率的关系
步骤三：计算理论产液量
抽油机的理论产液量是指泵内为油水两相混合物且充满时的井口产液量；
步骤四：建立实际产油量计算模型
实际产液量是指井口原油脱气后的地面实际产液量；
步骤五：计算功效比
根据产液量与抽油机功率的关系表达式可以计算出产液量所做的功，将电动机功率与产液量做一个比值，定义为功效比，来判断功效并对抽油机工况进行调整。
2.根据权利要求1所述的一种改进的采油工程模型计算分析方法，其特征在于，步骤一具体包括：
泵充满度可表示为：
式中：Vp为每冲次让出的油液体积，m3；Vy为每冲次吸入泵中的油液体积，m3；R为井下油气比，m3/m3；k为余隙系数，其中R值可根据地面所测得油气比Rs进行计算，计算表达式为：
式中：Rs为地面气油比，m3/m3；α为溶解系数，m3/(m3·Pa)；Pc为泵入口压力，Pa；fw为含水率；Po为标准压力，Pa；bo为原油体积系数；T为泵入口温度，K；Y为天然气压缩因子；m为分离出的气体进入油套空间的比例，T0为地面温度，K，将公式1代入公式2并忽略余隙系数k可得泵充满系数β，计算表达式为:
3.根据权利要求1所述的一种改进的采油工程模型计算分析方法，其特征在于，步骤二具体包括：
抽油机工作过程中，电机输出的有功功率一部分用来提升油液，另一部分被抽油机系统所消耗，因此电机做的功率可由公式4所表示：
W电＝W液+W损+W杆 公式4
式中W液-提升油液所消耗的功,kW/h
W损-系统损耗所消耗的功,kW/h
W杆-抽油杆的重力做功,kW/h
而游梁式抽油机系统的能耗损失主要表现在电机、皮带、井下摩擦力、惯性力、油液提升过程中产生的漏失和油液流经抽油泵和抽油管的水力损失，即：
W损＝W电损+W皮带+W摩+W惯+W漏+W阻 公式5
式中W电损-电机内部损失的功，kW/h
W皮带-皮带消耗的功，kW/h
W摩-井下摩擦力消耗的功，kW/h
W惯-惯性力所消耗的功，kW/h
W漏-油液漏失所消耗的功，kW/h
W阻-油液的水力损失所消耗的功，kW/h
在抽油机未做调整并且历史数据与实时数据采集时间差不大的情况下，认为抽油杆皮带耗能、井下摩擦力、惯性力、油液漏失量和油液的水力损失恒定不变；
利用一个周期的下冲程的有功功率进行差值计算，然后将下冲程的电机有功功率的基准值与实时测量的有功、功率的面积积分进行差值比较，得到：
W电2W电1＝(W液2+W损2+W杆2)(W液1+W损1+W杆1)
＝(W液2 W液1)+(W杆2 W杆1) 公式6式中W电2、W液2、W损2、W杆2为实时测量的对应的功
W电1、W液1、W损1、W杆1为历史测量的对应的功
产液量与抽油机功率的关系可以表达为：
4.根据权利要求1所述的一种改进的采油工程模型计算分析方法，其特征在于，步骤三具体包括：
理论产液量计算表达式为：
Q理＝1440SNA 公式8
式中Q理：理论产液量，m3/d
S:悬点冲程长度，m
N:抽油机的冲次,min-1
A:柱塞横截面积,m2
5.根据权利要求1所述的一种改进的采油工程模型计算分析方法，其特征在于，步骤四具体包括：
实际产油量计算模型表达式为：
Q实＝βQ理 公式9
式中Q实：实际产液量，m3/d
β：泵充满系数
公式3已推导过泵充满系数，将公式3代入公式9中就得到了实际产液量。
6.根据权利要求1所述的一种改进的采油工程模型计算分析方法，其特征在于，步骤五具体包括：
电动机做功计算公式：
式中W电：电动机功率，kW/h
U：额定电压，kv
I：工作电流，A
T：时间
cosα：电动机功率因数
根据产液量与抽油机功率的关系表达式可以计算出产液量所作的功，即W液1＝Q实产H-W液0，开始时W液0为零，而
将W电与W液做一个比值，定义为功效比，来判断功效并对抽油机工况进行调整；
功效比公式：
当功效比≥80％时，抽油机工作状态优秀，效率高，计量地下抽出的油、气、水的质量，体积，密度等参数，如果油少水多，应该降低电功率，提高冲程，降低冲次、频率；如果油多水少，应该提高电功率，提高冲程，提高冲次；
当60％≤功效比＜80％时，抽油机工作状态良好，需要加大功率；
当40％≤功效比＜60％时，抽油机工作状态较差，需要适当加大功率，提高冲程冲次；
当功效比＜40％时，抽油机工作状态极差，需要现场检查工作状况，使用间抽。
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