求取煤层气井动液面的方法和求取煤层气井动液面的系统
技术领域
[0001] 本
发明涉及
煤层气井生产运行管理领域，特别涉及求取煤层气井动液面的方法和求取煤层气井动液面的系统。
背景技术
[0002]
泵功图技术在上个世纪50年代引入国内，但当时只是用来判断井工况。管理油井，都是凭经验，没有对油井生产数据进行科学分析。动液面在生产中起非常重要的作用，可以反映机采井的底层供液，预测产量走势，因此动液面成为管理机采井生产的重要因素。
[0003] 目前动液面的获取一般采用回声仪测试方法，通过仪器在井口测试，折算出动液面。这种办法虽然能够测试动液面，但存在一定的问题，第一，在安全方面存在隐患，机采井
套管内气体成分非常复杂，操作不慎会引起爆炸造成工人受到伤害；第二，回声仪测试动液面，一般测试周期比较长，每天最多测试一次，这样造成动液面测试的数据不能及时的到管理者手中，而且单张数据不能代表动液面的趋势变化；第三，由于井况比较复杂，有些井会出现结蜡，
泡沫段，如果回声仪打在结蜡层或者泡沫段上就会使测量值产生很大误差，影响数据的准确性。
[0004] 虽然目前随着技术的发展，在测量动液面方面有了新的进展，出现了一些专业的测试仪器，可以连续测试动液面，并实现远传，解决了动液面数据不能实时更新的问题。但大都采取了在井口安装设备的方法，原理与回声仪类似，准确度仍然受很多客观因素的影响。井下压
力计虽然可以通过测试井底压力，折算动液面，
精度有了大幅度提高，但成本也相对较高，因此要大范围推广，
费用相对比较高昂。
发明内容
[0005] 鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种求取煤层气井动液面的方法。
[0006] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:
[0007] 本发明公开了一种求取煤层气井动液面的方法，该方法包括获取环空液体
密度γc、泵深Hp、泵径d、油管中液体密度γt、油管压力Pt和环空气柱压力Pws；根据所述煤层气井的泵功图获得泵功图上负荷Wbu、泵功图下负荷Wbd；根据如下的受力平衡方程计算求出动液面深度Hd： 其中，Ap为泵
活塞截面积，Ap＝πd2/4。
[0008] 本发明公开的这种求取煤层气井动液面的方法，当γt＝γc时，所述受力平衡方程为
[0009] 在本发明公开的这种求取煤层气井动液面的方法中，环空气柱压力这里，Pts为静止气柱顶部压力，γg为气体相对密度，Hdd为初始动液面深度，T为井筒气柱平均
温度，Z为气体偏差系数。
[0010] 在本发明公开的这种求取煤层气井动液面的方法中，所述气体相对密度M为
天然气相对分子
质量，M＝∑yiMi，这里，Mi为天然气各组分的相对分子质量、yi为1摩尔天然气各组分含量，Mg为空气相对分子质量；
[0011] 在本发明公开的这种求取煤层气井动液面的方法中，所述环空气柱压力Pts等于对比压力P， 这里，Ppr为工作压力，Ppc为
临界压力，Ppc＝∑yiPci，Pci为天然气各组分临界压力；
[0012] 在本发明公开的这种求取煤层气井动液面的方法中，所述井筒气柱平均温度T等于对比温度， 这里，Tpr为工作绝对温度，Tpc为
临界温度，Tpc＝∑yiTci，Tci为天然气各组分临界温度。
[0013] 本发明还公开了一种求取煤层气井动液面的系统，该系统包括：
服务器和客户端/浏览器；
[0014] 客户端/浏览器，用于获取环空液体密度γc、泵深Hp、泵径d、油管中液体密度γt、油管压力Pt和环空气柱压力Pws，以及根据所述煤层气井的泵功图获得泵功图上负荷Wbu、泵功图下负荷Wbd，发送给服务器；
[0015] 服务器，用于根据如下的受力平衡方程计算求出动液面深度Hd，返回给客户端/浏览器：
[0016]
[0017] 其中，Ap为泵活塞截面积，Ap＝πd2/4。
[0018] 在本发明公开的求取煤层气井动液面的系统中，所述客户端/浏览器，用于通过公式 计算求出环空气柱压力Pws，这里，Pts为静止气柱顶部压力，γg为气体相对密度，Hdd为初始动液面深度，T为井筒气柱平均温度，Z为气体偏差系数。
[0019] 在本发明公开的求取煤层气井动液面的系统中，所述气体相对密度 M为天然气相对分子质量，M＝∑yiMi，这里，Mi为天然气各组分的相对分子质量、yi为1摩尔天然气各组分含量，Mg为空气相对分子质量；
[0020] 所述环空气柱压力Pts等于对比压力P， 这里，Ppr为工作压力，Ppc为临界压力，Ppc＝∑yiPci，Pci为天然气各组分临界压力；
[0021] 所述井筒气柱平均温度T等于对比温度， 这里，Tpr为工作绝对温度，Tpc为临界温度，Tpc＝∑yiTci，Tci为天然气各组分临界温度。
[0022] 本发明的技术方案实现了计算动液面，分析动液面变化趋势的问题，解决了动液面的实时更新问题，而且无需在井口增加任何设备，解决了井下设备测试动液面的费用问题。
附图说明
[0023] 图1为本发明
实施例提供的一种求取煤层气井动液面的方法的
流程图。
具体实施方式
[0024] 本发明的核心思想是提供一种求取煤层气井动液面的方法，该方法包括：获取环空液体密度γc、泵深Hp、泵径d、油管中液体密度γt、油管压力Pt和环空气柱压力Pws；根据所述煤层气的泵功图获得泵功图上负荷Wbu、泵功图下负荷Wbd；根据如下的受力平衡方程计算求出动液面深度Hd： 其中，Ap为泵活塞截面积，2
Ap＝πd/4。
[0025] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0026] 本发明的一个实施例在数学建模的
基础上，与
软件模
块结合以软件动态链接库的形式发布，应用到浏览器/服务器B/S结构或客户端/服务器C/S结构中。软件动态链接库，是一种可执行文件，它允许程序共享执行特殊任务所必需的代码和其他资源，本发明的实施例是在软件动态链接库中选择相应的代码，以泵功图上负荷、泵功图下负荷、泵深、泵径、
流体密度、油管压力和环空气柱压力为所选择代码的输入参数，以建立的平衡方程为所选代码的函数，计算校正后的动液面值为所选代码的返回值，即所选代码的函数的输出值。
[0027] 图1为本发明实施例提供的一种求取煤层气井动液面的方法的流程图。
[0028] 参见图1，本发明公开的这种求取煤层气井动液面的方法包括：
[0029] 步骤101，获取环空液体密度γc、泵深Hp、泵径d、油管中液体密度γt、油管压力Pt和环空气柱压力Pws；
[0030] 步骤102，根据所述煤层气井的泵功图获得泵功图上负荷Wbu、泵功图下负荷Wbd；
[0031] 步骤103,根据如下的受力平衡方程计算求出动液面深度Hd：
[0032] 其中，Ap为泵活塞截面积，Ap＝πd2/4。3
[0033] 在本发明的实施例中，环空液体密度γc以
水密度代替，单位为N/m ；
[0034] 泵深Hp是实际测量的下泵深度，单位为m，泵径d是实测数据，单位为m，油管中液3
体密度γt以水密度代替，单位为N/m ；油管压力Pt为实测数据，单位为MPa；环空气柱压力Pws又称为套管压力，单位为MPa；泵功图上负荷Wbu和泵功图下负荷Wbd均是通过分析泵功
2
图实测数据求得的，单位均为N；泵活塞截面积Ap，单位为m。
[0035] 上述受力平衡方程为
[0036]
[0038]
[0039] 该受力平衡方程是在有杆泵采油运动时，井下泵功图去掉了动
载荷、摩擦载荷的影响，对抽油杆受力进行分析后列出的，分析可得以下等式：
[0040] 泵功图上负荷=抽油杆质量+液柱重量+套管压力+环空液柱压力-环空气柱压力；用公式表示如下：
[0041] Wbu＝qrHP+ApHdγt+ApPt+(Hp-Hd)γc-ApPws （3）[0042] 在公式（3）中，qr为每米抽油杆的质量，是手动输入的一个参数值，作为中间变量存在，最终会抵消掉；其它参数与公式（1）中同种字母代表的参数的意义相同。
[0043] 在本发明的实施例中，油管中液体密度γt和环空液体密度γc均用水密度代替，即γt＝γc，故受力平衡方程变可简化为
[0044] 在本发明的实施例中，环空气柱压力 这里，Pts为静止气柱顶部压力，单位为MPa；γg为气体相对密度；Hdd为初始动液面深度，是由人工输入的一个参数值，单位为m；T为井筒气柱平均温度，单位为K;Z为气体偏差系数，是指在相同温度、压力下、真实气体所占体积与相同量理想气体所占体积的比值，可以通过天然气的偏差系数图版根据气体成分求得，气体偏差系数Z的求法不是本发明的重点，在此不做说明。
[0045] 在本发明的实施例中，气体相对密度 M为天然气相对分子质量，M＝∑yiMi，这里，Mi为天然气各组分的相对分子质量、yi为1摩尔天然气各组分含量，Mg为空气相对分子质量。在求气体相对密度γg时，天然气各组分的相对分子质量Mi可通过查阅表1获得。
[0046] 在本发明的实施例中，环空气柱压力Pts等于对比压力P， 这里，Ppr为工作压力，Ppc为临界压力，Ppc＝∑yiPci，Pci为天然气各组分临界压力。
[0047] 在本发明的实施例中，井筒气柱平均温度T等于对比温度， 这里，Tpr为工作绝对温度，Tpc为临界温度，Tpc＝∑yiTci，Tci为天然气各组分临界温度。在本发明的其它实施例中，井筒气柱平均温度T还可以用环空气柱顶部和环空气柱底部绝对温度平均值代替。
[0048] 表1为天然气各组分的气体相对分子质量。
[0049]组分 分子式 相对分子质量
甲烷 CH4 16.043
乙烷 C2H6 30.070
丙烷 C3H8 44.097
丁烷 C4H10 58.124
异丁烷 i-C4H10 58.124
正戊烷 n-C5H12 72.151
异戊烷 i-C5H12 72.151
已烷 C6H14 86.178
庚烷 C7H16 100.205
氦 He 4.003
氮 N2 28.013
氧 O2 31.999
氢 H2 2.O16
二氧化
碳 CO2 44.010
一氧化碳 CO 28.010
硫化氢 H2S 34.076
水汽 H2O 18.015
[0050] 表1天然气各组分的气体相对分子质量
[0051] 例如，采用B\S结构，实现图1所示方法的求取煤层气井动液面的系统包括：浏览器和服务器；
[0052] 浏览器，用于获取环空液体密度γc、泵深Hp、泵径d、油管中液体密度γt、油管压力Pt和环空气柱压力Pws，以及根据所述煤层气井的泵功图获得泵功图上负荷Wbu、泵功图下负荷Wbd，发送给服务器；
[0053] 服务器，用于根据如下的受力平衡方程计算求出动液面深度Hd，返回给客户端：
[0054]
[0055] 其中，Ap为泵活塞截面积，Ap＝πd2/4。
[0056] 在该实施例中，浏览器，用于通过公式 计算求出环空气柱压力Pws，这里，Pts为静止气柱顶部压力，γg为气体相对密度，Hdd为初始动液面深度，T为井筒气柱平均温度，Z为气体偏差系数。
[0057] 在该实施例中，气体相对密度 M为天然气相对分子质量，M＝∑yiMi，这里，Mi为天然气各组分的相对分子质量、yi为1摩尔天然气各组分含量，Mg为空气相对分子质量；环空气柱压力Pts等于对比压力P， 这里，Ppr为工作压力，Ppc为临界压力，Ppc＝∑yiPci，Pci为天然气各组分临界压力；井筒气柱平均温度T等于对比温度， 这里，Tpr为工作绝对温度，Tpc为临界温度，Tpc＝∑yiTci，Tci为天然气各组分临界温度。
[0058] 例如，采用C\S结构，实现图1所示方法的求取煤层气井动液面的系统包括：客户端和服务器；
[0059] 客户端，用于获取环空液体密度γc、泵深Hp、泵径d、油管中液体密度γt、油管压力Pt和环空气柱压力Pws，以及根据所述煤层气井的泵功图获得泵功图上负荷Wbu、泵功图下负荷Wbd，发送给服务器；
[0060] 服务器，用于根据如下的受力平衡方程计算求出动液面深度Hd，返回给客户端：
[0061]2
[0062] 其中，Ap为泵活塞截面积，Ap＝πd/4。
[0063] 在该实施例中，客户端，用于通过公式 计算求出环空气柱压力Pws，这里，Pts为静止气柱顶部压力，γg为气体相对密度，Hdd为初始动液面深度，T为井筒气柱平均温度，Z为气体偏差系数。
[0064] 在该实施例中，气体相对密度 M为天然气相对分子质量，M＝∑yiMi，这里，Mi为天然气各组分的相对分子质量、yi为1摩尔天然气各组分含量，Mg为空气相对分子质量；环空气柱压力Pts等于对比压力P， 这里，Ppr为工作压力，Ppc为临界压力，Ppc＝∑yiPci，Pci为天然气各组分临界压力；井筒气柱平均温度T等于对比温度， 这里，Tpr为工作绝对温度，Tpc为临界温度，Tpc＝∑yiTci，Tci为天然气各组分临界温度。
[0065] 综上所述，本发明的技术方案具有如下优点：
[0066] 1、本发明的技术方案通过将获取的参数代入受力平衡方程，实现了计算动液面。
[0067] 2、本发明的技术方案在数学建模的基础上，与
软件模块结合以软件动态链接库的形式发布，应用到B/S结构和C/S结构中，实现分析动液面变化趋势，解决了动液面实时更新的问题，而且无需在井口增加任何设备，解决了井下设备测试动液面的费用问题。
[0068] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非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作的任何
修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
