功图量油_技术的发展

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(5)
式中:
,c 为示功图的重复力比,lL 为
液重线段,lt 为摩擦力线段;li 为抽油杆的长度;fri 为抽油 杆的截面积;H 为泵挂深度;ftp 为油管的环形截面积;E 为钢的弹性模量。
对泵吸入过程和排出过程漏失因数的公式加以简化,
最后求出泵的现有产液量:
液量计算式如下: (9)
式中, ——有杆泵井的产液量,m3; ——井液 粘度,mpa·s;s ——冲程,m;Rs ——生产气液比;n — —冲次,r/min;I1,I2,I3 ——三相电流,A ;Dp ——泵径, m m ; U ——电压,V ;Lp ——杆柱组合,m ; ——功 率因数;GT ——功图数据;k ——系数,小数。
“功图量油”技术的发展
□ 余金泽 1 彭永刚 2 关成尧 1 张 杰 1
(1.北京雅丹石油技术开发有限公司,北京昌平,102200;2.中石油新疆油田公司采油二厂,新疆,834008)
摘 要:“功图量油”技术最早可以追溯到上世纪 80 年代初,提出简单的用功图计算产液量的方法。在随后的 几十年里,“功图量油”技术经历了从“拉线法”处理功 图面积求产到“有效冲程法”求产的过程,理论技术也从 定性逐渐发展到定量,最终发展到目前的以油井工况诊断 为基础,结合泵漏失、泵充满程度、气体影响等因素的“综 合诊断法”油井计量技术。
否则用 代替 重新计算[3]。 在抽油杆和液体质量惯性力的影响下, 泵挂越深, 示
功图的外形顺时针扭转越厉害,此时, 零线仍保持水平状 态。当然, 抽汲参数变化也影响到示功图图形的改变。因 此, 在处理有惯性力的示功图时, 应该是把理论示功图 的外形叠加在实际示功图之上, 再旋转一个角度, 见图 3(b)。
3 结论 功图量油技术的发展历程再次诠释了理论结合生产实 践的道理,必须与实际相结合,才能探求出更准确的功图 与产液量的关系。“拉线法”、“面积法”等已经被生产实 际淘汰,功图诊断与液量计量相结合的“综合诊断法”油 井计量技术在新疆油田、大庆油田、延长油田、大港油田 等全国各油田逐渐得到应用,特别是大港油田在该技术的 支撑下成功打造出全国闻名的“港西模式”[6],取得良好的 经济效益。
评析:该技术在集以往方法技术优势之大成的基础 上,结合油井泵的实际工作情况,在泵功图求解、诊断和 液量计算处理上运用多种方法,最后得到接近油井真实产 能的产液量。
图 5 综合诊断法油井计量技术示意图
“综合诊断法”计量关键技术是通过计算机模型成功 地实现了对泵功图的获取与识别,可以准确地确定凡尔的 开启、关闭四个关键点,描述出泵功图的关键点、关键线 和关键面积等的几何特征,计算出产液量,并且准确地运 用几何特征、矢量特征、神经网络方法实现对泵功图故障 正确诊断。
图 6 泵功图几何特征示意图
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 6 所示。其中,固定凡尔、游 动凡尔的开启、关闭点的是判断的关键性指标。
该技术的本质是通过泵功图来实现泵的有效排量计 算,泵功图故障正确诊断是油井工况分析的前提,正确的 油井工况诊断是油井产液量计算的基础。
2.4 有效冲程法 抽油井计算机诊断是根据实测光杆载荷和位移利用 数学方法借助于计算机来求得各级抽油杆柱截面和泵上 的载荷及位移,从而绘出井下示功图,并根据它们来判
图 4 几种典型泵功图
在理想情况下(油管锚定,没有气体影响和漏失等), 泵的示功图为矩形,如图 4(a)所示,长边表示柱塞冲 程,短边表示液体载荷。油管未锚定时,泵功图将变成平 行四边形,如图 4(b)所示,其长边的长度表示柱塞相 对于泵筒的冲程长度。当只有气体影响或供液不足时,泵 功图如图4(c)、4(d)所示,柱塞的有效排除冲程为 ,
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的初始条件(如周期条件)下,对外部激励(地面功图) 产生响应(泵功图)。然后对此泵功图进行分析,确定泵 的有效冲程、泵漏失、充满程度、气影响等,计算井下泵 排量,进而求出地面折算有效排量,如图 5 所示。
① 当泵无漏失时,现有排量为:
断和分析全套抽油设备的工作状况。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示功 图。根据泵的示功图,不仅能很容易地对影响深井泵工 作的各种因素做出定性分析,如图 4 所示,而且可以求 得柱塞冲程和有效排出冲程,从而可以计算出泵排量及 油井产量[4]。
泵的充满程度则为
, 为柱塞冲程; 为
用游动阀打开后柱塞下行时从泵内排出的自由气体体积折 算的柱塞位移量。
评析:泵功图采用数学方法准确求解,通过泵功图确 定活塞的有效位移,也考虑了气体和供液不足对液量造成 的影响,但在液量精度上不及“液量迭代法”。该方法为 功图量油技术的发展打下坚实的理论基础。
2.5 综合诊断法 目前功图量油技术将功图诊断与液量计算紧密结合 在一起, 已不再仅仅应用于液量计量,而成为一种以弄清 油井泵的工作情况为主,液量计量为辅,解决油井求产、 工况诊断、生产历史分析等一系列问题的新一代计量诊 断技术,将这套技术简称为“综合诊断法”油井计量技 术[5]。 “综合诊断法”油井计量技术是依据游梁机 - 深井泵 工作状态与油井产液量变化关系,即把有杆泵抽油系统视 为一个复杂的振动系统,该系统在一定的边界条件和一定
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式中,D ——泵径,mm;L ——下泵深度,m; —— 混合液比重,g/cm3 或 kg/m3;S ——冲程,m ;n —— 冲次,次 / 分;t ——时间,min。
评析:线 DC 与线 EF 之间的距离反映的是油质的粘 稠情况,油越稠距离越大,故影响平行四边形 ABFE 的大 小。而在相同供液条件(泵充满程度一样)和机采设备情 况下,油质好(粘度低)的油井算出来的产量就比油稠的 要高很多,误差较大。故“拉线法”只适合供液较好、粘 度较低、惯性力和动载阻尼较小的油井。“拉线法”在“功 图量油技术”的发展历程中起到大胆的探索,功不可没。
(6)
式中,Sp 为活塞冲程长度,Sp
;S 为光杆冲程;
n 为冲次; 为泵的充满因数。
② 当泵排出过程有漏失时,现有排量为:
(7)
式中, 为泵排出过程的漏失因数。 ③ 当泵吸入过程有漏失时,现有排量为:
(8) 式中, 为泵吸入过程的漏失因数。
2 发展历程 “功图量油”技术在近来的几十年里是一个不断发展的 过程,在功图处理和液量计算方面也发生了质和量的变化, 旧方法逐渐被新方法取代,主要经历了以下五种方法。
2.1 拉线法 B·M ·卡西扬诺夫在苏联《油矿业专题调研资料》 (1986 年第 4 期)中发表了“杆式深井泵装置工作的诊断 与优化”一文,此文论述了产液量计算公式的三种示功图 的计算方法[1]。 理论要点:抽油机在运动过程中,上下冲程由于抽油 杆柱振动、摩擦等动载因素的影响,绘出的功图就有动载 曲线。但实测静载线与动载阻尼曲线加以对比时,针对深 井泵的实际做功大小而言,动载阻尼曲线对做功没有影 响。 功图解析:避开动载线的变化影响,用示功图的静载 线来反映活塞在井下的工况。采用人工拉线方法处理功 图,如图 1 所示,用静载线 CD 和 AB 消除实测示功图的 动载阻尼曲线,用 EF 线消除泵筒内间隙引起的活塞漏失 和油稠的影响。因为抽油杆有弹性伸缩,故引入弹性伸缩 线 AD ,平移 A D 线于 B C 线,就完成了一个较小于理论
2.2 面积法 在“拉线法”的基础上改进,其区别在于泵功图是由 地面功图(或地面信号)采用数学方法转换求解得到,如 图 2 所示,再按一定的公式计算产量的方法[2]。
计算公式:
(3)
图 3 惯性力作用下E 为所要求的精度),则 为计算
产液量,否则可用 代替 重新计算,直至满足所要求 的精度为止。
评析:液量计算采用迭代法循环处理,得到的液量越 来越准确;在功图处理上仍然采用人工拉线处理,虽然得 到较大提高,但针对特殊井况,如上碰泵、下碰泵、双阀 尔漏失、游动法尔关闭迟缓等,根本无法拉出线 a1b、ab1, 有一定局限性。
参考文献 [1] 刘明德,示功图计算产量简易方法.国外油田工 程.1989(12):17~19. [2] 王淑梅,用泵的示功图法计算抽油机井的产量. 油田地面工程.1990(2):19~20. [3] 石在虹,魏兆胜等,利用示功图计算抽油机井的 产液量.大庆石油学院学报,1996(12):20~23. [4] 张琪.采油工程原理与设计.石油大学出版社, 2000(7) :163~169. [5] 檀朝东等.油水井远程监控液量自动计量及分析系 统[J].石油矿场机械,2007,36(1):49-52. [6] 路相宜“,港西模式”是这样炼成.中国石油石化. 2007(19):25~28.
在功图解析处理上仍采用人工拉线处理,但更为复杂 和精细,采用平行线段 a1b、ab1 分别均分上、下冲程中动
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载荷的波动值,线段 aa1、bb1 垂直于 a1b、ab1,如图 3 所 示。线段 lmax 和 lmin 表示示功图上最大和最小载荷线到零线 的最短距离。而抽油杆和油管的伸长和缩短之和, 可由下 式计算。
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示功图和实测动载示功图的平行四边形 ABFE。平行四边 形 ABEF 的面积大小,反映活塞在井下真正做功的大小, 平行四边形 CDEF 的面积大小反映泵筒漏失量的大小。无 漏失井则拉不出漏失线。(A B ∥ E F ∥ C D ,A D ∥ B C )
图 1 “拉线法”解析的功图
理论示功图面积(Se)是通过上、下静载线与左右冲 程损失线围成,见图 1 中的平行四边形 AGHD。
理论排量:
S n t r (1)
实测静载(井下)示功图 算出其面积。
通过图上量其长和高,
则油井日产液量:
(2)
关键词:“功图量油”技术 面积法 有效冲程法 油井计量 综合诊断法
1 概述 功图是一条反映抽油机在上下冲程中悬点载荷与位移 关系的封闭曲线,它真实反映了泵的工作状态,只要能解 析好功图,就能顺利地求出油井的产液量。在功图处理过 程中,由人工的拉线绘制发展到计算机数学处理,功图的 解析越来越细化和量化;求解产液量也由功图面积求产发 展到功图的有效冲程求产。但在实际的油井生产过程中, 不但要考虑井身结构、油质粘度等对泵功图求解的影响, 还要考虑泵充满程度、阀尔漏失、冲程损失、油井含气等 因素对液量计算的影响。这样二者兼顾,才能准确的计算 出油井的产液量,才能越来越真实描述泵的工作状态。
图 2 数学解析功图
式中:Q ——泵的示功图法计算的产量,t/d;A —— 泵的示功图面积,cm2; —理论示功图面积,cm2;
—理论产量,t/d; 评析:在泵功图的处理上得到质的跨越,但在液量计
算上采用面积相比仍然存在局限性,与“拉线法”计算产 液量时相似。
2.3 液量迭代法 根据示功图,估算出产液量 的初值。然后,根据 泵的情况计算出泵的漏失量,再求得计算出产液量 , 若 与 相比小于所给的精度, 则 即为计算产液量,
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