用示功图计算抽油机井动液面深度_杨利萍

文章编号:1673-8217(2010)05-0101-03用示功图计算抽油机井动液面深度杨利萍(长江大学石油工程学院#油气钻采工程湖北省重点实验室,湖北荆州434023)摘要:长久以来,抽油机井环空动液面都是使用回声仪测试的,由人工定期进行操作,很难长时间连续测试,而且所采用的动液面测试仪器由于受油井套管环空内死油环、井下狗腿等因素的影响,测试分析结果与实际液面情况不符。

目前也有使用其他测量方法(诸如电动气枪、电动氮气瓶),但因工艺结构复杂,成本较高,使用周期短,因此推广起来比较困难。

介绍了一种利用示功图推算动液面的技术,并编制了基于VC++6.0的动液面计算程序,其精确度较高,且节约了油井生产管理成本。

关键词:抽油机示功图;动液面;泵载荷;计算方法中图分类号:TE355文献标识码:A油井的动液面参数直接反映了地层的供液情况及井下供排关系,是进行采油工艺适应性评价和优化的关键数据之一[1-3]。

动液面测试传统的方法是利用声波进行测试,但是,这种方法有两方面的缺点,一是回声的技术受井筒的情况制约产生误差;二是不能实时在线测量。

文献[3-4]通过地面功图推算动液面,但是由于悬点载荷的确定比较复杂和繁琐,而且在计算过程中忽略了一些阻力因素,也存在误差。

本文通过分析抽油机工作过程中,阀开、闭前后泵腔内的压力及泵载的变化规律[5-9],并应用井筒及环空压力分布计算模型[10-11],提出了一种利用泵功图计算动液面的数学模型和方法。

1计算原理有杆泵主要由泵简、柱塞、游动阀(T V)、固定阀(SV)等组成(图1)。

把地面示功图或悬点载荷与时间的关系用计算机进行数学处理之后,由于消除了抽油杆柱的变形、杆柱的粘滞阻力、振动和惯性等的影响,将会得到形状简单而又能真实反映泵工作状况的井下泵示功图[8-9]。

井下泵相对于悬点受力简单、动载荷的影响小。

泵工作工程中,泵筒内压力p(t)随柱塞运动方向的改变,由吸入压力p i升至排出压力p o或由p o降至p i,柱塞完成卸载或加载:当SV开启后,液体经SV孔吸入泵腔,此时p(t)=p i,柱塞加载完成,泵载保持不变;当TV开启后,液体经T V孔排出泵图1泵的工作原理腔,此时p(t)=p o,柱塞卸载完成,泵载保持不变,当SV、T V均处于关闭状态时,p i<p(t)<p o。

如果忽略柱塞与液体的惯性力,则作用于柱塞上的平衡方程应是:F p(t)=p p(f p-f r)-p(t)f p+W p?f(1)其中,F p(t))))泵的载荷,N;p p)))游动阀上部的压力,Pa;p(t))))泵筒内压力,Pa;W p)))柱塞重量,N;f)))柱塞与泵筒间的摩擦阻力,N;f p、f r)))柱塞、抽油杆的截面积,m2。

泵沉没度对应的沉没压力与上冲程时泵的吸入压力之间的存在确定关系,因此可由泵示功图求收稿日期:2010-04-08作者简介:杨利萍,1987年生,长江大学石油工程学院在读硕士研究生,主要从事油气田开发方面研究。

石油地质与工程2010年9月P ET ROL EU M G EOL OGY AN D ENGIN EERING第24卷第5期出沉没压力,然后与由油套环空压力分布得到的沉没压力进行比较,推算动液面的深度。

2 计算方法2.1 泵载荷计算沉没压力液体通过游动阀压力降为$p t ,通过固定阀压力降为$p s 。

为方便计算,假设:$p t =$p s =$p =Q l T 2f2N 2(2)式中,Q l )))原油的密度,kg/m 3;N )))阀流量系数,是阀孔直径、流体粘度和流速的函数。

T f )))液体通过阀孔的流速,m/s 。

油管内是油气水三相混合物,气体含量一般较少,游动阀上部的压力p p 的计算式为: p p =p n +Q l gL(3)式中,p h )))井口回压,Pa;L )))抽油杆总长,m 。

在上冲程固定阀打开后到关闭前记泵载为F pu :p (t )=p i =p n -$p(4)F pu =p p (f p -f r )-(p n -$p )f p +W p +f (5)在下冲程游动阀打开后至关闭前记泵载为F pd :p (t )=p o =p p +$p(6)F pd =p p (f p -f r )-(p p +$p )f p +W p -f (7)(5)式减(7)式得:F pu -F pd =(p p -p n )f p +2($p p +f )(8)整理(8)式得到: p n =(p p +$p )-F pu -F pd f p+2ff p +$p (9)2.2 油套环空计算沉没压力油管与套管之间的环形空间内的流体由于重力分异,一般形成三段:气柱段、含气油柱段及含有气的油水混合液段(如图2所示)。

沉没压力为柱段和含气油柱段两段压力之和:p n =p D +$p o (10)式中,p n )))沉没压力,Pa;p D )))动液面处的压力,Pa;$p o )))动液面到泵处的油柱产生的压力,Pa 。

2.2.1 p D 的计算由于抽油机井环空过流断面相对较大,而气流量一般来说不会很大,因此,由于摩阻和动能引起的压力损失可以忽略不计。

考虑到气柱的密度随压力、温度的变化而变化,动液面处的压力由下式求出:p D =p c e0.06154r g L g (492+1.8T avg )Z(11)图2 生产时井筒流体式中:p c )))井口套压,Pa;T avg )))气柱平均温度,e ,T avg =(T h +T D )/2;T h )))井口温度,e ;T d )))动液面处温度,e ;r g )))天然气相对密度;L g )))气柱长度,m;Z )))气柱平均压力和平均温度下的压缩因子。

2.2.2 油柱段压力计算抽油机井生产过程中,井底流压一般都较低,到泵入口处常有气体从油中分离出来成为自由气,这些自由气一部分进入泵经油管产出,而大部分将进入油套环空,穿过油柱到达地面。

油柱中气体的存在将明显影响到压力梯度。

由于环空中气量不会很大,流型很难达到扰流,即抽油机井环空中出现泡流或段塞流。

环空中总的压力梯度可表示为:d pd L =(d p d L )重力+(d p d L )摩擦+(d p d L )加速度 Q tp g =(Q o H l +Q g (1-H l )}g(12)摩擦和加速度引起的压降均可认为等于0,式中,Q tp )))两相混合物的密度,kg/m 3;Q o )))原油的密度,kg /m 3;Q g )))计算段内气相的平均密度,kg/m 3;H l )))计算段内的持液率。

2.3 计算流程通过上述分析计算,得出求解动液面的具体计算流程为:¹根据地面功图计算井下泵功图;º确定阀开、闭点位置得到F pu 、F pd ;»由(9)式确定沉没压力p n ;¼先假设一动液面L f ;½根据井筒多项流计算方法计算油套环空压力分布,得到沉没压力p c n ;¾若p n -p c n <E ,L f 为动液面深度,否则令L f =L f +$L f ,重复4-6步。

由于气柱段压差较小,一般可忽略,油柱压力简#102#石 油 地 质 与 工 程 2010年 第5期化为静液柱的压力进行计算,所以沉没压力由下式计算:p n=p c+Q o g(H-L f)(13)将(3)、(13)式代入到(8)式化简得油井动液面计算简化公式:L f=F p u-F pdQ o gf p+p c-p n-2$pQ o g+(1-Q1Q o)L-2fQ o gf p(14)3实例计算本文应用上述理论编制了基于VC++ 6.0的动液面计算程序,对现场某3口油井进行了动液面的计算(见表1,图3)。

计算结果与实际测试结果相吻合,相对误差小于5%,满足工程计算要求。

因此可以通过本文方法获得动液面深度并应用于生产。

图3测试井的泵功图表1生产数据及计算结果油井名称123冲程长度/m 4.73 3.00 1.17冲次/m in-1 3.497.50 5.39井口产液量/(m3#d-1)8.565.5 4.8原油密度/(k g#m-3)910.0961.6860.0天然气密度/(k g#m-3)0.750.600.70油田水密度/(k g#m-3)100010001000含水率,%17.092.264.0套管压力/M Pa0.21 1.100.60油管压力/M Pa0.200.900.60测试动液面/m1565.00578.0268.5泵挂深度/m1607.11106.0318.49泵径/m m567044计算动液面/m1592.76601.98277.92误差,% 1.8 4.1 3.54结论(1)利用泵功图推算动液面的技术是一种低成本高效率并连续得到动液面的方法,计算精度能够满足工程要求。

(2)随着功图技术在油田的普及,推算动液面的技术在现场几乎不用增加任何费用,同时节约大量的人力、物力。

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