功图法油井计量技术

功图法油井计量技术
概况
功图法油井计量技术
功图法量油技术开发背景
长庆油田油井单井计量以双容积单量为主，双容积单井计量系统组成及地面流程复杂，控制部分易损坏，故障率高，电磁执行机构漏失严重，计量误差较大，且地面流程一次性投资大，维护困难，又不能实现计量数据远传和实时检测，人为影响因素多。

功图法量油技术开发背景
2000年以来，长庆油田相继开发的一些小区块或出油点，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。

若按常规模式建立完善的地面流程会造成亏损经营。

为了降低投资、节约成本，提高油田管理水平，2000年，长庆油田公司油气工艺技术研院与西安威正电子科技有限公司联合提出了一种采用“功图法”计量单井产量的计算方式和测试方法，研制开发了一套基于这种方法的综合测试系统和相应的配套计量软件。

经过不断地研究和实践，该技术目前已在全油田共建数据处理点100多个，管理油井4000多口，在油田生产中发挥着重要作用。

功图法油井计量技术
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
功图法油井计量技术
地面示功图建立定向井条件下油管、抽油杆、液体三维力学、数学模型
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
泵功图
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
油井产液量
功图法油井计量系统技术原理图
全天候采集井口位移与载荷数据
㈠基本原理
功图法量油技术是依据抽油机井
深井泵工作状态与油井产液量变化关系，把定向井有杆泵抽油系统视为一个复杂的振动系统（三
维振动系统：包含抽油杆、油管和液柱三个振动子系统），该系统在一定的边界条件和一定的初始条件（如周期条件）下，对外部激励（地面功图）产生响应（泵功图）。

一、功图法油井计量技术理论研究
功图法油井计量技术
抽油杆
连接条件
连接条件
油管
液柱
连接条件地面功图
泵功图
地面折算有效排量
泵功图识别模块
有杆泵抽油系统
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。

☞定向井有杆泵系统模型研究
☞泵功图识别研究☞功图法油井计量系统研制
☞功图法油井计量软件研制✓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
㈡主要研究内容
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。

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。

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。

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，这与以往的用示功图面积法求解油井产液量有实质上的差别。

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。

研究、开发集
测试技术、通信技术和计算机技术为一体，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。

4.功图法油井计量系统研制
功图法油井计量技术
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
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。

㈠系统组成
计量分析计算
无线传输
移动存储
现场管理人员
便携计量仪
数据采集
数据传输
) ) ) ) ) ) ) ) ) )
监测平台
油井计量
诊断分析
数传电台
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。

数据传输天线
位移传感器
数据采集控制器
负荷传感器
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。

②RTU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。

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2.数据处理点（站点）计量软件
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。

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。

软件采用BORLAND C++ BUILDER 6等有
着RAD功能的OOP可视化编程软件进行编程，其中运用了动态连接库和插件技术。

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。

功图法油井计量技术
产量计量依据：
－原油体积系数。

－冲次，有效冲程，泵径，油井产液量，B N m S mm D d
m q B N S D q e e g g 1
3
2
min
1131----⋅⋅⨯=
功图法油井计量技术
二、功图法油井计量系统研制
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
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。

油压套压数据
用户登录
（给予不同权限）
存取有关系统信息
数据管理器（作为主界面）
电动机电参数数据
光杆示功图数据
分析结果
各种报表
组成和工作原理
抽油机分析器
常用计算
有杆泵抽油系统设计
油井计量分析器
在线帮助
系统效率分析
行为预测与工况仿真
本地或远程
数据库服务器
示功图数据库
故障数据库
油井数据库
抽油泵数据库
抽油杆数据库
光杆数据库
油管数据库
抽油机数据库
井液数据库
示功图管理器
油井数据管理器
井身数据管理器
油井故障诊断
油井工况实时监
各种测试工具和手段
井身曲线数据
扩展功能
附加功能软件结构示意图
主要功能
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。

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。

⑶系统主要功能
①实时数据采集与远程工况监测。

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。

③功图计量及油井工况诊断。

④自动生成报表。

⑤历史数据查询、网络数据浏览等。

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。

③功图计量及油井工况诊断。

④自动生成报表。

⑤历史数据查询、网络数据浏览等。

⑶系统主要功能
③功图计量及油井工况诊断。

④自动生成报表。

⑤历史数据查询、网络数据浏览等。

⑶系统主要功能
④自动生成报表。

⑤历史数据查询、网络数据浏览等。

⑶系统主要功能
⑤历史数据查询、网络数据浏览等。

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。

功图法油井计量技术
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
该技术已成为长庆油田工艺模式的主体技术之一，截至2008年底，共在100多个井站、4000多口油井上应用。

功图法数据采集点功图法数据处理点服务器
客户端应用
应用程序服务器
数据库服务器
Web 服务器数传电台
固定载荷
角位移
RTU机柜
电机监测柜
功图法软件
中心控制器
站点客户端
中心天馈线
㈠应用情况
1.单井计量数据的采集、传输比较稳定
㈡应用效果
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。

西峰油田系统运行情况统计
安装井数（口）计量井数
（口）
正常使用
井数（口）
未使用井原因描述（口）
系统运行稳
定性(%)
转注
计关
间开
出现通讯
故障
传感器损
坏
120111621081341229197.4
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
日期开井数
（口）
进站总液量
（m3/d）
功图法计产总液量
（m3/d）
偏差
（m3/d）
误差
（％）
3月1-10日1901354413797-253 1.9 3月11-20日1901163111127504 4.3合计2517524924251 1.0
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。

西32—25井检泵前后示功图情况
井名时间层位冲数
/min
冲程
m
泵径
mm
泵挂
m
日产液
m3/d
日产油
t
泵工作情况
西32-254月2日
长8 5.57 2.63381507
2.8 2.12
泵入口堵塞引起的严
重供液不足
4月4日14.9211.2基本正常
检泵前(严重供液不足) 检泵后(基本正常)
⑴生产状况巡检——形象地反映区块内油井生产状况，有效了解非正常停井的油井，达到提高开井时率的效果。

⑵生产参数巡检——以表格分页形式滚动显示巡检油井的生产参数，包括冲程、冲次、最大载荷、最小载荷及抽油机的当前运行状态。

生产状态巡检
4.以功图法计量系统为基础，逐步实现油田数字化管理
⑶实时功图巡检——以滚动形式实时显示各井的最近时刻功图，每10秒刷新一次，并将该井的生产参数以表格的形式列出，直观、方便。

⑷单井生产曲线反映——以曲线形式反映油井某一时间段内生产参数的变化，为合理制定油井的措施等提供依据，并可进行历史数据分析。

实时功图巡检单井生产曲线
⑸生产时率查询——以油井井位图为背景，实时显示各井的当前生产状况，并详细统计出当天或某一时间段内停井井号和具体停井时间。

生产时率查询
⑹历史功图查询——将当天某口油井所有功图进行叠加，并显示
当天所有功图按8段均分后的功图，约3小时一个，以方便查看当天该井
功图的变化趋势。

⑺功图计产报表——详细汇总当天该区所有油井功图计产结果，
与主站计算的产液量一一对应。

历史功图查询功图计产报表
⑻载荷报警——根据设定的最大或最小载荷，监测油井载荷变化情况，并对应到载荷超限的时间段，采用声音报警的方式提醒岗位员工及时采取
措施。

⑼利用功图法计量形成的通讯平台，实现多功能的扩展
①油压/套压自动采集；②电流/电压自动监测；③井场图像实时监测；④抽油机井远程自动启停；⑤注水井压力/流量监测等功能。

功图法计量扩展功能。