功图法油井计量技术(新)

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功图法油井计量技术
三、油田应用情况
㈠ 应用情况
该技术已成为长庆油田工艺模式的主体技术之一，
截至2010年底，共在200多个井站、上万口油井上应
用。
数传电台
中心控制器
固定载荷 角位移 RTU机柜 电机监测柜
功图法软件
中心天馈线 站点客户端
客户端应用
数据库服务器
功图法数据采集点
功图法数据处理点
油井计量 监测平台 诊断分析
计量分析计算
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二、功图法油井计量系统研制
1.数据采集点(井场)
主要由安装在抽油机井口的载荷传感器、位移传 感器、数据采集控制器（RTU）、数据处理模块、通 讯模块、主控制箱、数传电台、高增益天线等组成。
数据采集控制器
数据传输天线
位移传感器
负荷传感器
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㈠ 基本原理
地面示功图
一、功图法油井计量技术理论研究
全天候采集井口位移与 载荷数据
建立定向井条件下油管、 抽油杆、液体三维力学、 数学模型
泵功图
结合油井液体性质、抽油机型 号、冲程、冲次、杆柱组合等 主要参数
采用多边形逼近法和矢量特征 法进行分析和故障识别
泵有效冲程 结合油层物性及生产参数
D2 B
Se

N
q g
油 井 产 液 量m，3 d
D 泵 径 ，mm
Se 有 效 冲 程 ，m
N－ 冲 次m，in 1
B－ 原 油 体 积 系 数 。
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二、功图法油源自文库计量系统研制
⑴ 结构及功能
采用模块化数据结构，主要由下列模块组成：
油井诊断计量分析 油井数据库 示功图管理 抽油机分析 井身数据管理
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㈠ 系统组成
二、功图法油井计量系统研制
系统采用分散数 据采集、集中处理结 构。主要由多个数据 采集点(硬件)和数据 处理点(软件)两大部 分组成。且根据通信 传输方式的不同可分 为移动存储和无线传 输两种监测方式。
移动存储 无线传输
现场管理人员
数据采集 便携计量仪 数据传输
)))))))))) 数传电台
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一、功图法油井计量技术理论研究
2.泵功图识别研究
采用多边形逼近法和矢量特征法对泵 示功图进行工况识别、分析，考虑气体、 结蜡等因素对泵功图有效冲程的影响，准 确判断泵有效冲程，解决了以往功图法计 量误差大的问题，使计量精度有了显著提 高。
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二、功图法油井计量系统研制
⑵ 软件特点
③ 集油井计量与诊断于一身，及时反映 油井工况。
④ 对采集的功图进行识别，剔除错误功 图，并采用多边形逼近法对泵功图进行预处理， 过滤出主要特征，保证计量精度。
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二、功图法油井计量系统研制
⑶ 系统主要功能 ① 实时数据采集与远程工况监测。
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一、功图法油井计量技术理论研究
1.定向井有杆泵系统模型研究
把定向井有杆泵系统视为一个复杂的 三维振动系统，考虑抽油杆、液柱及油管 三个子系统在三维空间的振动耦合和与抽 油杆位移、速度、应变、应力和载荷之间 随时间变化的因素，建立相关模型。
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有杆泵抽油系统设计 系统效率分析 行为预测与工况仿真
附加功能 主要功能 扩展功能
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二、功图法油井计量系统研制
⑵ 软件特点
① 各部分采用较为先进的数学模型与 计算方法，以保证较高的计算精度，理 论上具有一定的先进性。
② 提出了一种递推算法，在保证计算 精度的前提下，快速将地面功图转换为 井下泵功图，满足大量油井计量的需求。
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二、功图法油井计量系统研制
⑶ 系统主要功能
② 实时故障报警：遥测系统故障，抽油
机停机、井场停电等故障报警提示。
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二、功图法油井计量系统研制
⑶ 系统主要功能 ③ 功图计量及油井工况诊断。
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二、功图法油井计量系统研制
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① 一次仪表：包括固定 载荷传感器、角位移传感 器。具有扩展功能时还需 增加电机监控模块、压力、 温度传感器等。
② RTU机柜（远程控制 终端）：RTU模块、数传电 台、开关电源、接线端子、 机箱等。
③ 天馈线：全向天线、 馈线、转换接头、避雷器 等。
④ 电缆线与安装附件。
一、功图法油井计量技术理论研究
1.定向井有杆泵系统模型研究
① 建立了抽油杆、液柱和油管三 个振动系统的空间三维模型。
② 考虑了以上三个子系统在三维 空间的振动耦合及液柱可压缩性。
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一、功图法油井计量技术理论研究
1.定向井有杆泵系统模型研究
③ 用有限单元法及有限差分法将 抽油杆及油管结构离散化，建立了油 管、杆振动的有限元方程与有限差分 法结合的计算模型及方法。
为一体，抽油机井功图法油井自动计量与监测系统，
解决油井示功图现场测试时间及数据连续录取这一
关键难题，实现了抽油机井远程自动监测、实时示
功图数据采集、油井工况诊断、产液量计量等功能。
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目
录
一、 功图法油井计量技术理论研究 二、 功图法油井计量系统研制 三、 油田应用情况
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二、功图法油井计量系统研制
2. 计量分析软件
在理论分析的基础上研发了有杆泵抽油 系统计量软件。
软件本着“实用、可靠、操作方便”的 原则，不断对结构和算法进行规范和改进， 提高了运算速度，易于操作，便于推广应用。
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产量计量依据：
qg

1131
一、功图法油井计量技术理论研究
3.数据采集研究
考虑长庆油田具有的低渗、低压、 低产特性，以全天候实测示功图作为数 据源，计算油井平均产量，能更加真实 地反映油井实际出液情况。
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一、功图法油井计量技术理论研究
4.功图法油井计量系统研制
研究、开发集测试技术、通信技术和计算机技术
二、功图法油井计量系统研制
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二、功图法油井计量系统研制
2.数据处理点（站点）
是对各数据采集点对 象（抽油井）进行信息 交换的平台。采用小型 计算机控制，原则上一 个数据控制点管理40口 井，一般设置在转油站 或联合站。它主要由中 心天线、中心控制器 （数据处理器、远距离 通讯模块、服务器等）、 计算机、系统监测软件、 油井计量分析软件等组 成。
2.12
泵入口堵塞引起的严 重供液不足
14.92 11.2
基本正常
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功图法计产总液量 （m3/d） 13797 11127 24924
偏差 （m3/d）
-253 504 251
误差 （％）
1.9 4.3 1.0
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三、油田应用情况
3.油井诊断分析结果准确，为油井生产提供了技术保障
西32-25井检泵前计量软件诊断
为泵入口堵塞引起的严重供液不
足，经检泵发现是由于砂堵原因
所致，检泵后油井恢复正常。
检泵前 (严重供液不足) 检泵后 (基本正常)
西32—25井检泵前后示功图情况
井名 西32-25
时间 4月2日 4月4日
层位 长8
冲数 冲程 泵径 泵挂 日产液 日产油
/min m mm m m3/d
t
泵工作情况
2.8 5.57 2.63 38 1507
功图法量油技术开发背景
双容积单量流程图
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功图法量油技术开发背景
缺点： 系统组成及流程复杂 故障率高 电磁执行机构漏失严重 计量误差大 投资大维修困难 不能实现实时检测和数据 远传
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功图法量油技术开发背景
小区块
地理位置较为偏远、 油井分散、 数量少、 产量低、 部分区块含水较高
⑶ 系统主要功能 ④ 自动生成报表。
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二、功图法油井计量系统研制
⑶ 系统主要功能 ⑤ 历史数据查询、网络数据浏览等。
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二、功图法油井计量系统研制
⑶ 系统主要功能
⑥远程控制：抽油机自动间抽、远程启停控制。
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目录
一、 功图法油井计量技术理论研究 二、 功图法油井计量系统研制 三、 油田应用情况
各个模块功能相对独立、风格统一，便于维护和升级。采用多 媒体、数据库和网络技术，对复杂的理论计算进行封装，使软件界 面简洁，便于操作和应用。
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井液数据库 抽油机数据库 油管数据库 光杆数据库 抽油杆数据库 抽油泵数据库
油井数据库 故障数据库 示功图数据库
本地或远程 数据库服务器
软件结构示意图
西峰油田系统运行情况统计
安装井数 计量井数 正常使用 （口） （口） 井数（口）
1201
1162
1081
未使用井原因描述（口）
转注 计关
间开
出现通讯 故障
传感器损 坏
34 12
29
1
系统运行稳 定性(%)
97.4
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三、油田应用情况
2.进站总液量与功图法计量获得的产量对比，误差较小 通过对西峰油田西一转、西二转、西六增共190口油井进
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功图法量油技术开发背景
为了降低投资、节约 成本，提高油田管理水平， 提出了“功图法”量油技 术和测试方法，研制开发 了相应的测试系统和配套 计量软件。
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目录
一、 功图法油井计量技术理论研究 二、 功图法油井计量系统研制 三、 油田应用情况
站总液量与功图法计量总液量进行对比，最小计量误差1.9％，
最大计量误差4.3％，20天平均误差为1.0%。较为准确的区块
计量，能够反映油藏局部变化趋势，满足油井计量要求。
西一转、西二转、西六增油井计量误差对比表
日期
3月1-10日 3月11-20日
合计
开井数 （口）
190
190
进站总液量 （m3/d） 13544 11631 25175
服务器
应用程序服务器
Web 服务器
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三、油田应用情况
㈡ 应用效果
1.单井计量数据的采集、传输比较稳定
通过对西峰油田07年10月份23个数据处理点，
1181口油井数据采集和传输情况进行了跟踪，其数
据采集、传输、运行的稳定性达到97.4%，表明系统
运行总体平稳可靠，基本满足了现场生产需要。
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功图法油井计量技术
1、功图法量油技术原理是什么？ 2、功图法量油系统由几部分组成？ 3、硬件部分包括哪些？ 4、软件部分包括哪些？ 5、影响计量准确性的因素有哪些？ 6、哪些参数需要及时更新？ 7、系统主要有哪些功能？ 8、如何判断系统故障？
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计量软件
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二、功图法油井计量系统研制
㈡ 主要软件介绍
1.系统监测软件
自动采集及监测软件是安装在数据处理 点（控制中心）的控制软件。其作用是通过 控制程序执行对数据采集点硬件设备的监测 参数按照一定的逻辑顺序进行对话，获取现 场抽油机井载荷、位移、电流、电压、压力、 温度等实时监测数据，从而达到监测和控制 现场设备的目的。
油井产液量
功图法油井计量系统技术原理图
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功图法油井计量技术
建立定向井有杆泵 抽油系统的力学、数学 模型，该模型能计算出 给定系统在不同井口示 功图激励下的泵功图响 应，对此泵功图进行分 析，确定泵的有效冲程， 进而求出地面折算有效 排量。
地面功图
连接条件
抽油杆
油管
连接条件
液柱
连接条件
泵功图
泵功图识别模块
地面折算有效排量
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定向井有杆泵系 统模型研究
㈡
主 要
泵功图识别研究
研
究
内
容
功图法油井计量
系统研制
功图法油井计量 软件研制
一、功图法油井计量技术理论研究
井身轨迹描述 管杆液三维空间的振动力学模型建立 泵功图计算模型及求解方法 建立标准故障矢量链库 泵功图多边形逼近 矢量特征法识别泵功图故障 泵有效冲程识别 采集参数及传输方式的选择 实时数据采集系统的建立 数据处理平台的建立 程序结构的选择与建立 计量分析程序的实现
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