技术领域
[0001] 本
发明涉及油田测量技术领域，具体地，涉及抽油机功图法产液量计量技术。
背景技术
[0002] 目前，抽油机井的液量计量技术，主要包括：
[0003] ⑴分离器计量技术，需要建设计量间，投资较大，人工计量，浪费劳动
力，以点盖面，不能反映整体的产液量情况；
[0004] ⑵地面示功图面积法计算油井产液量，精确度差，适应性差，对于稠油、结腊等情况得油井液量计量误差较大，另外
传感器的漂移，对设备的
数据采集精度也要求较高，适应性较差；
[0005] ⑶地面示功图有效冲程法计算油井产液量，未考虑冲程损失，气体影响，
泵漏失等情况，计算误差较大。
[0006] 在实现本发明的过程中，
发明人发现
现有技术中至少存在成本高、操作难度大和计量精确度低等
缺陷。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于，针对上述问题，提出抽油机功图法产液量计量技术，以实现成本低、操作难度小和计量精确度高的优点。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：抽油机功图法产液量计量技术，包括数据管理模
块，以及分别与所述数据管理模块连接的分析诊断模块、示功图转泵功图模块和液量计算模块；其中：
[0009] 分析诊断模块，用于采用诊断模型，计算地面示功图的各级杆功图和泵功图；
[0010] 示功图转泵功图模块，用于采用
波动方程，将地面示功图转化为泵功图；
[0011] 液量计算模块，用于基于分析诊断模块计算所得地面示功图和生产数据来，以及分析诊断模块计算所得地面示功图的各级杆功图和泵功图，进行液量计算；
[0012] 数据管理模块，用于基于分析诊断模块和示功图转泵功图模块的处理结果，控制液量计算模块，完成液量计算。
[0013] 进一步地，以上所述的抽油机功图法产液量计量技术，还包括：
[0014] WEB发布模块，用于安装在
服务器和各用户终端，实现人机互动；
[0015] 摄像监视模块，用于在油
水井、接转站或联合站外安装若干
云台和全景摄像机，对站内全貌及油水井进行监视；
[0016] 生产管理及遥控指挥模块，用于自动记录巡井时间；与油田局域网数据共享；可以通过现有局域网络，在网上远端监控油水井生产现场并进行指挥。
[0017] 进一步地，所述数据管理模块基于分析诊断模块和示功图转泵功图模块的处理结果，控制液量计算模块，完成液量计算的操作，具体包括：
[0018] 判断泵的工作状态、计算泵的
排量，计算各级杆柱的
应力和分析合理性，计算和分析抽油机
扭矩、平衡，自动识别油井故障；以及，
[0019] 以图形方式实时显示包含压力、
温度、
载荷、扭矩、
电流、
电压、功率的生产参数及包含泵、机的生产设备运行状态；实现生产参数超限报警及设备故障报警，预测故障
位置和故障原因并进行相应提示。
[0020] 进一步地，所述分析诊断模块采用诊断模型，计算地面示功图的各级杆功图和泵功图的操作，具体包括：
[0021] 通过测试抽油机井地面示功图，应用杆柱、液柱和油管三维振动数学模型求解，得到井下各级杆柱功图和泵功图。
[0022] 进一步地，所述液量计算模块进行液量计算的操作，具体包括：
[0023] 基于分析诊断模块计算所得地面示功图的各级杆功图和泵功图，应用泵功图识别技术计算油井产液量，数学表达见下式：
[0024] Q有杆泵＝kf(s,n,Dp,LP,GT,μ,Rs,I1,I2,I3,U,cosφ)；
[0025] Q有杆泵表示有杆泵井的产液量，m3；μ表示井液
粘度，mpa.s；s表示冲程，m；Rs表示生产气液比；n表示冲次，r/min；I1,I2,I3表示
三相电流，A；DP表示泵径，mm；U表示电压，V；LP表示杆柱组合，m；cosφ表示功率因数；GT功图数据；k表示流量标定系数，预定值为1。
[0026] 进一步地，所述液量计算模块进行液量计算的操作，具体包括：
[0027] 抽油机井功图法产量计算公式：
[0028] Q有杆泵＝kf(s,n,Dp,LP,GT,μ,Rs,I1,I2,I3,U,cosφ)；
[0029] Q有杆泵表示有杆泵井的产液量，m3；μ表示井液粘度，mpa.s；s表示冲程，m；Rs表示生产气液比；n表示冲次，r/min；I1,I2,I3表示三相电流，A；DP表示泵径，mm；U表示电压，V；LP表示杆柱组合，m；cosφ表示功率因数；GT功图数据；k表示流量标定系数，预定值为1。
[0030] 进一步地，所述液量计算模块进行液量计算的操作，具体还包括：
[0031] 自喷井远程产量计算技术
[0032] Q自喷＝kf(d,P1,P2,Rs,t)；
[0033] Q自喷表示自喷井的产液量，m3；d表示油嘴直径，mm；P1表示嘴前压力(油压)，MPa；P2表示嘴后压力(回压)，MPa；Rs表示生产气液比；t表示油温，度；k表示流量标定系数，小数。
[0034] 进一步地，所述液量计算模块进行液量计算的操作，具体还包括：
[0035] 电潜泵井远程产量计算公式：
[0036] Q电潜泵＝kf(d,P1,P2,Rs,I1,I2,I3,U,cosφ)；
[0037] Q电潜泵表示电潜泵井的产液量，m3；d表示油嘴直径，mm；P1表示嘴前压力(油压)，MPa；P2表示嘴后压力即回压，MPa；Rs表示生产气液比；I1,I2,I3表示三相电流，A；U表示电压，V；cosφ表示功率因数；k表示流量标定系数，小数。
[0038] 进一步地，所述液量计算模块进行液量计算的操作，具体还包括：
[0040] Q螺杆泵＝kf(S,I1,I2,I3,U,cosφ,M,P,Rs)；
[0041] Q螺杆泵表示螺杆泵的产液量，m3；S表示转速，转/分；M表示扭矩，N·m；P表示载荷，kN；k表示流量标定系数，小数。
[0042] 本发明各
实施例的抽油机功图法产液量计量技术，由于包括数据管理模块，以及分别与数据管理模块连接的分析诊断模块、示功图转泵功图模块和液量计算模块；其中：分析诊断模块，用于采用诊断模型，计算地面示功图的各级杆功图和泵功图；示功图转泵功图模块，用于采用波动方程，将地面示功图转化为泵功图；液量计算模块，用于基于分析诊断模块计算所得地面示功图和生产数据来，以及分析诊断模块计算所得地面示功图的各级杆功图和泵功图，进行液量计算；数据管理模块，用于基于分析诊断模块和示功图转泵功图模块的处理结果，控制液量计算模块，完成液量计算；可以将“波动严重“的地面功图，处理成比较容易辨认的泵功图，从而提高了抽油工况诊断的准确性；从而可以克服现有技术中成本高、操作难度大和计量精确度低的缺陷，以实现成本低、操作难度小和计量精确度高的优点。
[0043] 本发明的其它特征和优点将在随后的
说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
[0044] 下面通过
附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0045] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0046] 图1为本发明抽油机功图法产液量计量技术的工作原理示意图；
[0047] 图2为本发明中求解泵功图的求解界面截图；
[0048] 图3为本发明中用诊断模型法计算的各级杆功图和泵功图的
流程图；
[0049] 图4为常见油井故障泵功图的几何特征显示界面截图；
[0050] 图5、图6和图7均为本发明抽油机功图法产液量计量技术的组成结构示意图其中，图5显示工况监控子技术负责采集生产数据，图6显示计量分析优化子技术负责数据的存储、管理、分析、判断、优化、计算、报警等，图7显示网络浏览子技术主要负责采集数据；
[0051] 图8为本发明中整改技术
软件模块化设计的原理图；
[0052] 图9为本发明中理论示功图；
[0053] 图10中(a)、(b)、(c)和(d)为本发明中应用该
软件模块能确定合理的间抽时间的分析界面截图，其中，(a)、(b)、(c)和(d)分别显示不同时间的功图饱满度；
[0054] 图11为本发明中自喷井液量计算过程的流程图；
[0055] 图12为本发明中电潜泵液量计算过程的流程图；
[0056] 图13为本发明中螺杆泵井液量计算过程的流程图。
具体实施方式
[0057] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0058] 根据本发明实施例，如图1-图13所示，提供了抽油机功图法产液量计量技术，可以计算油田抽油机井的产液量。
[0059] 本发明的技术方案，主要包括几个大的部件，即：示功图转泵功图模块、数据管理模块、分析诊断模块和液量计算模块。
[0060] 与现有技术相比，本发明的技术方案，至少具有以下特点：
[0061] ⑴井下泵功图计算液量比示功图更加准确；
[0062] ⑵对泵功图分析研究：可得出漏失、气体影响、结腊、碰泵等多种工况；
[0063] ⑶地面示功图转化为泵功图采用先进的波动方程，更加趋向于泵的实际工作状态。
[0064] 本发明的技术方案，在中石油大港油田、大庆油田、玉
门油田等经过批量应用和验证，效果良好。
[0065] 本发明的技术方案，能够实现单井的液量计量，可取消计量间和分离器，优化油田的地面管网布局，节省油田投资，配合无线通讯技术可实现油田对油井液量及各工况数据的实时监控，提高工作效率，最终实现提高油田的生产效率。
[0066] 油井功图法量油技术原理：示功图法量油技术主要是通过测试抽油机井地面示功图，应用杆柱、液柱和油管三维振动数学模型求解，得到井下各级杆柱功图和泵功图，然后应用泵功图识别技术计算油井产液量，数学表达见下式：
[0067] Q有杆泵＝kf(s,n,Dp,LP,GT,μ,Rs,I1,I2,I3,U,cosφ)；
[0068] Q有杆泵表示有杆泵井的产液量，m3；μ表示井液粘度，mpa.s；s表示冲程，m；Rs表示生产气液比；n表示冲次，r/min；I1,I2,I3表示三相电流，A；DP表示泵径，mm；U表示电压，V；LP表示杆柱组合，m；cosφ表示功率因数；GT功图数据；k表示流量标定系数(主要针对油管漏失和连抽带喷，预定值为1)，小数。
[0069] 有杆泵抽油技术包括杆柱、液柱和油管三维振动，主要考虑了在抽油过程中抽油杆、液柱和油管三个运动技术之间的相互关系。它们受到多种力的作用，其中包括垂力(杆柱重、液柱重、油管重)、
惯性力、
摩擦力(杆管之间摩擦力、杆液之间摩擦力、管液之间摩擦力、
柱塞副之间摩擦力等)、振动、沉没压力等。根据力的合成，可以得到描述油管运动、抽油杆运动和液柱运动的偏微分方程组。
[0070] 按照初始条件和边界条件，利用数值方法求解这些偏微分方程组，从而求得任意深度、任意时间的功图、压力分布、载荷、位移等参数。最终以井下泵功图和油井其它物理参数的变化为依据，对井下泵工作状况进行诊断和各项指标的量化，确定泵的有效冲程、充满系数、气影响程度，计算泵的有效排量，根据泵的有效排量进而折算求出井口有效排量。
[0071] 地面功图转化为泵功图，不同的方程解法和阻尼系数计算方法得到的泵功图
质量不一样。利用计算机诊断模型可以将“波动严重”的地面功图，处理成比较容易辨认的泵功图，从而提高了抽油工况诊断的准确性，参见图2(注：图2中的3个功图从上到下依次为一、二抽油杆顶端面和泵功图)。用诊断模型法计算的各级杆功图和泵功图，参见图3。
[0072] 油井工况诊断：泵功图故障正确诊断是油井工况分析的
基础，常见油井故障泵功图的几何特征主要表现在8个点、2条线和3个面积上，如图4所示。
[0073] 正确的油井诊断是油井产液量计算的基础，已知地面功图和生产数据来判断抽油设备的运行情况及液量计算：判断泵的工作状态(诊断)，计算泵的排量(计量)，计算各级杆柱的应力和分析合理性(优化设计)，计算和分析抽油机扭矩、平衡(优化设计)，自动识别油井故障。
[0074] 油井计量设计，应考虑：准确的工况采集，可靠的数据传输，正确的地面功图，客观的泵功图，正确的泵功图诊断，可靠的油井诊断，准确的泵排量计算，可靠的井口液量，合理的优化设计。
[0075] 与国内其它同类技术相比，本发明的技术方案有以下优势：
[0076] ⑴该技术不只是一个采集油井数据计算产液量功能，更是以简化地面计量流程和技术效率为目标的油井优化生产解决方案；
[0077] ⑵油田自动化和生产分析设计工作有机的结合；
[0078] ⑶数据采集精度高且技术稳定，功图测试结果与便携式示功仪一致；
[0079] ⑷采用波动方程新解法和阻尼系数新公式，使得地面功图转化为泵功图很准确；
[0080] ⑸对泵功图的识别采用几何特征、矢量特征、神经网络相结合的方法，能客观地诊断泵况；
[0081] ⑹泵排量的计算不是根据面积法，而是根据泵工作状况的定量化法来求产；
[0082] ⑺该技术不但适应游梁机有杆泵井，还包括电潜泵、螺杆泵、自喷井等；
[0083] ⑻该技术以油井工况诊断分析来解决单井产液计算为核心，并辅以对油井进行工况监控，对采集的数据进行处理分析、机采技术效率分析、优化设计，在实现简化地面流程的作用同时，还可提高油井技术效率的目的；
[0084] ⑼软件计算自动化程度高，实时采集，实时计算、实时发布，方案上体现总体设计、分步实施、简单实用、经济高效的原则。在项目设计过程中，我们充分考虑了和原有、将来建设的技术、工艺(单井计量、电量计量、机采技术效率测试、生产分析优化)结合问题，避免了技术功能的重复建设，降低成本，以最少的投入得到最大的收益。
[0085] 本发明技术方案的技术组成，参见图5、图6和图7。图5、图6和图7所示技术分为三个部分：工况监控子技术负责采集生产数据；计量分析优化子技术负责数据的存储、管理、分析、判断、优化、计算、报警等；网络浏览子技术主要负责采集数据，计算优化分析数据的展示，代替先前的人工抄表等级录入展示的工作。图5、图6和图7所示技术也可兼容视频或者安防等技术，是一套数字化油田的综合解决平台。
[0086] 图8所示整改技术软件模块化设计，分为采集、管理、查询、分析、诊断、设计、预测、计算和发布9个功能模块，每个部分可以独立使用，也可潜入别的生产管理技术，更大的发挥功能模块的经济效益。
[0087] 本发明技术方案的软件组成与安装：
[0088] ⑴实时监控模块(只安装在监控机)；
[0089] ⑵数据报表查询模块(所有用户)；
[0090] ⑶数据分析模块(设计分析用户)；
[0091] ⑷油井产液量计算模块(只安装在服务器)；
[0092] ⑸油井宏观控制图模块(设计分析用户)；
[0093] ⑹工况诊断模块(设计分析用户)；
[0094] ⑺技术效率优化设计模块(设计分析用户)；
[0095] ⑻WEB发布模块(所有用户)：软件安装在服务器和各用户终端。
[0096] 本发明技术方案的技术具有以下主要功能：
[0097] ⑴数据管理功能：图形方式实时显示压力、温度、载荷、扭矩、电流、电压、功率等各种生产参数及泵、机等生产设备运行状态；实现生产参数超限报警及设备故障报警，预测故障位置和故障原因并进行相应提示。
[0098] ⑵摄像监视功能(可选)：在油水井、接转站或联合站外安装若干云台和全景摄像机，对站内全貌及油水井进行监视。
[0099] ⑶生产管理及遥控指挥：自动记录巡井时间；与油田局域网数据共享；可以通过现有局域网络，在网上远端监控油水井生产现场并进行指挥。
[0100] 理论示功图及其分析，参见图9。循环过程：下死点A→加载完成B→上死点C→卸载完成D→下死点A...→。ABC为上冲程静载荷变化线。AB为加载过程，加载过程中，游动凡尔和固定凡尔处于关闭状态；在B点加载完毕，
变形结束，柱塞与泵筒开始发生相对位移，固定凡尔打开而吸入液体。BC为吸入过程(BC＝sP为泵的冲程)，游动凡尔处于关闭状态。CDA为下冲程静载荷变化线。CD为卸载过程，游动凡尔和固定凡尔处于关闭状态；在D点卸载完毕，变形结束，柱塞与泵筒发生向下相对位移，游动凡尔被顶开、排出液体。DA为排出过程，固定凡尔处于关闭状态。
[0101] 油井工况诊断，正确的油井诊断是油井产液量计算的基础：
[0102] 方法一：有效冲程法。该方法利用最小载荷所在位移与冲程的比值，或利用功图下冲程直线段为有效冲程来计算油井产量。
[0103] 方法二：面积法。该方法利用功图实际面积与饱满(理想)功图面积的比值作为有效冲程，来计算油井产量。
[0104] 以上方法致命缺点：
[0105] ⑴由于功图不规则性(比如功图下冲程是波动的)，很难确定准确的有效冲程；
[0106] ⑵即使有效冲程是准确的，但影响泵排量的因素不只是有效冲程，还有充满系数、泵漏失系数、溶解气系数。
[0107] 正确的油井诊断是油井产液量计算的基础：利用计算机诊断模型可以将”波动严重”的地面功图，处理成比较容易辨认的泵功图，从而提高了抽油工况诊断的准确性。
[0108] 已知地面功图和生产数据来判断抽油设备的运行情况，判断泵的工作状态：计算泵的排量，计算各级杆柱的应力和分析合理性，计算和分析抽油机扭矩、平衡，自动识别油井故障。
[0109] 目前软件中泵功图识别方法有三种：几何特征法、矢量特征法和神经网洛法。软件能自动诊断油井常见的19种故障：连抽带喷、固定凡尔卡死(不能打开)、泵严重磨损(不能关闭)、抽油杆断脱、气
锁、完全液击、气体影响、供液不足、柱塞脱出工作筒、固定凡尔漏失、游动凡尔漏失、液体或机械摩阻、泵筒弯曲、泵上碰、泵下碰、卡泵、泵工作基本正常。安装程序的任何计算机终端都能实时收到故障的语音、
颜色、闪烁报警。软件有功图
叠加和产量变化分析模块，应用该软件模块能确定合理的间抽时间，参见图10。在图10中，根据(b)、(c)功图饱满度的不同判断油井的供液能力，从而可利用变频等技术实现间抽和实时改变工作制度，达到高效生产；
[0110] 油井计量设计：
[0111] ⑴抽油机井功图法产量计算技术：
[0112] Q有杆泵＝kf(s,n,Dp,LP,GT,μ,Rs,I1,I2,I3,U,cosφ)；
[0113] Q有杆泵表示有杆泵井的产液量，m3；μ表示井液粘度，mpa.s；s表示冲程，m；Rs表示生产气液比；n表示冲次，r/min；I1,I2,I3表示三相电流，A；DP表示泵径，mm；U表示电压，V；LP表示杆柱组合，m；cosφ表示功率因数；GT功图数据；k表示流量标定系数(主要针对油管漏失和连抽带喷，预定值为1)，小数。
[0114] ⑵自喷井远程产量计算技术
[0115] Q自喷＝kf(d,P1,P2,Rs,t)；
[0116] Q自喷表示自喷井的产液量，m3；d表示油嘴直径，mm；P1表示嘴前压力(油压)，MPa；P2表示嘴后压力(回压)，MPa；Rs表示生产气液比；t表示油温，度；k表示流量标定系数，小数。自喷井液量计算技术思路
框图，参见图11。
[0117] ⑶电潜泵井远程产量计算技术：
[0118] Q电潜泵＝kf(d,P1,P2,Rs,I1,I2,I3,U,cosφ)；
[0119] Q电潜泵表示电潜泵井的产液量，m3；d表示油嘴直径，mm；P1表示嘴前压力(油压)，MPa；P2表示嘴后压力(回压)，MPa；Rs表示生产气液比；I1,I2,I3表示三相电流，A；U表示电压，V；cosφ表示功率因数；k表示流量标定系数，小数。
[0120] 电潜泵液量计算技术思路框图，参见图12。
[0121] ⑷螺杆泵井远程产量计算技术：
[0122] Q螺杆泵＝kf(S,I1,I2,I3,U,cosφ,M,P,Rs)；
[0123] Q螺杆泵表示螺杆泵的产液量，m3；S表示转速，转/分；M表示扭矩，N·m；P表示载荷，kN；k表示流量标定系数，小数。螺杆泵井液量计算技术思路框图，参见图13。
[0124] 本发明的技术方案中，
硬件组成与安装时，需采集的数据包括：
[0125] ⑴抽油机井 采集电压、电流、载荷、位移等生产参数；
[0126] ⑵螺杆泵井 采集电压、电流、转速等生产参数；
[0127] ⑶电潜泵井 采集电压、电流、油压(油嘴前压力)、回压(油嘴后压力)等生产参数；
[0128] ⑷自喷井 采集油压(油嘴前压力)、回压(油嘴后压力)、油温等生产参数。
[0129] 本发明技术方案的主要工艺技术指标包括：
[0130] ⑴单井计量误差控制在10％以下，并能较准确反映油井生产的变化动态；
[0131] ⑵管线出口总液量计量误差控制在10％以内；
[0132] ⑶合理安排间抽井的工作制度使得节电30％以上；
[0133] ⑷诊断符合率达到80％以上；
[0134] ⑸设计符合率达到85％以上；
[0135] ⑹延长检泵周期30天以上；
[0136] ⑺油井实施优化设计后，在不降低产液量的情况下，抽油机平衡率达到80％，泵效提高30％，技术效率提高5％，节电率达到15％。
[0137] 本发明技术方案的社会及经济效益分析包括：
[0138] ⑴减少生产管理人员，提高劳动生产率；
[0139] ⑵减少停产时间，提高油井生产时率；
[0140] ⑶改善工人的劳动环境；
[0141] ⑷避免事故发生、减少事故损失；
[0142] ⑸减少交通车辆配备数量和运行时间，降低生产运行
费用；
[0143] ⑹自动化测控技术与分析优化决策技术联用，提高了油田科学化管理水平和技术效率；
[0144] ⑺改变了传统的油井计量方式，简化了地面计量流程，降低了油田开发投资；
[0145] ⑻应用机采井分析优化决策软件平台，提高机采井的技术效率。
[0146] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
