CN109138983B - 泵送排量计算方法及其装置、计算机存储介质 - Google Patents

泵送排量计算方法及其装置、计算机存储介质 Download PDF

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CN109138983B CN201810802856.9A CN201810802856A CN109138983B CN 109138983 B CN109138983 B CN 109138983B CN 201810802856 A CN201810802856 A CN 201810802856A CN 109138983 B CN109138983 B CN 109138983B
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Abstract

本申请公开一种泵送排量计算方法及其装置、计算机存储介质。其中，一种水平井泵送工具泵送排量计算方法，包括：获取泵送工具串参数以及水平井参数；确定所述泵送工具串与所述水平井井筒之间环形缝隙类型；根据所述环形缝隙类型所对应的泵送排量计算公式计算泵送总排量。本申请公开的泵送排量计算方法及其装置、计算机存储介质能够获得准确的泵送排量。

Description

泵送排量计算方法及其装置、计算机存储介质
技术领域
本申请涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种泵送排量计算方法及其装置、计算机存储介质。
背景技术
水平井泵送工具在实践生产中应用广泛，但对于泵送排量大多由经验确定，而已有的计算方法公式单一，考虑因素较少，也不能准确描述影响泵送排量各影响因素及其相互作用，从而不能获得准确的泵送排量。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本申请的目的是提供一种泵送排量计算方法及其装置、计算机存储介质，以能够获得准确的泵送排量。
本申请的技术方案如下：
一种水平井泵送工具泵送排量计算方法，包括：
获取泵送工具串参数以及水平井参数；
确定所述泵送工具串与所述水平井井筒之间环形缝隙类型；
根据所述环形缝隙类型所对应的泵送排量计算公式计算泵送总排量。
作为一种优选的实施方式，所述泵送工具参数包括：泵送工具串质量；泵送工具串前端外径；泵送工具串前端长度；泵送工具串后端外径；泵送工具串后端长度；泵送工具串与水平井井壁摩擦系数；电缆头直径；泵送工具串所在垂深；泵送工具串所在井深；泵送工具串下放速度。
作为一种优选的实施方式，所述水平井参数包括：井筒液体密度；井斜角；井筒液体动力粘滞系数；井筒内径；井口压力。
作为一种优选的实施方式，根据所述环形缝隙大小与井筒内径比值按照预定规则确定所述环形缝隙类型；其中，所述环形缝隙大小与井筒内径比值采用如下公式计算：
Figure GDA0003393715680000021
其中，τ为环形缝隙大小与井筒内径比值，无量纲；φ为井筒内径，m；φ1为工具串前端外径，m。
作为一种优选的实施方式，所述预定规则为：当τ≤0.05时，所述环形缝隙类型为小缝隙类型，当0.05＜τ≤0.1时，所述环形缝隙类型为大缝隙类型。
作为一种优选的实施方式，所述小缝隙类型所对应的泵送排量计算公式为：
γQ小Qb＝γv小vb+γ
该式中，
Figure GDA0003393715680000022
Figure GDA0003393715680000023
Figure GDA0003393715680000024
其中，Qb为泵送总排量，m3/s；m为工具串质量，kg；g为重力加速度，m/s2；ρ为井筒液体密度，kg/m3；φ1为工具串前端外径，m；L1为工具串前端长度，m；φ2为工具串后端外径，m；L2为工具串后端长度，m；α为井斜角，deg；μμ为井筒液体动力黏滞系数，Pa·s；φ为井筒内径，m；vb为工具串下放速度，m/s；dC为电缆头直径，m；Pjk为井口压力，Pa；h为工具串所在垂深，m；l为工具串所在井深，m。
作为一种优选的实施方式，所述大缝隙类型所对应的泵送排量计算公式为：
γQ大Qb＝γv大vb+γ
该式中，
Figure GDA0003393715680000031
Figure GDA0003393715680000032
Figure GDA0003393715680000033
其中，Qb为泵送总排量，m3/s；m为工具串质量，kg；g为重力加速度，m/s2；ρ为井筒液体密度，kg/m3；φ1为工具串前端外径，m；L1为工具串前端长度，m；φ2为工具串后端外径，m；L2为工具串后端长度，m；α为井斜角，deg；μμ为井筒液体动力黏滞系数，Pa·s；φ为井筒内径，m；vb为工具串下放速度，m/s；dC为电缆头直径，m；Pjk为井口压力，Pa；h为工具串所在垂深，m；l为工具串所在井深，m。
一种水平井泵送工具泵送排量计算装置，包括：
获取模块，用于获取泵送工具串参数以及水平井参数；
确定模块，用于确定所述泵送工具串与所述水平井井筒之间环形缝隙类型；
计算模块，用于根据所述环形缝隙类型所对应的泵送排量计算公式计算泵送总排量。
作为一种优选的实施方式，所述泵送工具参数包括：泵送工具串质量；泵送工具串前端外径；泵送工具串前端长度；泵送工具串后端外径；泵送工具串后端长度；泵送工具串与水平井井壁摩擦系数；电缆头直径；泵送工具串所在垂深；泵送工具串所在井深；泵送工具串下放速度。
作为一种优选的实施方式，所述水平井参数包括：井筒液体密度；井斜角；井筒液体动力粘滞系数；井筒内径；井口压力。
作为一种优选的实施方式，根据所述环形缝隙大小与井筒内径比值按照预定规则确定所述环形缝隙类型；其中，所述环形缝隙大小与井筒内径比值采用如下公式计算：
Figure GDA0003393715680000041
其中，τ为环形缝隙大小与井筒内径比值，无量纲；φ为井筒内径，m；φ1为工具串前端外径，m。
作为一种优选的实施方式，所述预定规则为：当τ≤0.05时，所述环形缝隙类型为小缝隙类型，当0.05＜τ≤0.1时，所述环形缝隙类型为大缝隙类型。
作为一种优选的实施方式，所述小缝隙类型所对应的泵送排量计算公式为：
γQ小Qb＝γv小vb+γ
该式中，
Figure GDA0003393715680000042
Figure GDA0003393715680000043
Figure GDA0003393715680000044
其中，Qb为泵送总排量，m3/s；m为工具串质量，kg；g为重力加速度，m/s2；ρ为井筒液体密度，kg/m3；φ1为工具串前端外径，m；L1为工具串前端长度，m；φ2为工具串后端外径，m；L2为工具串后端长度，m；α为井斜角，deg；μμ为井筒液体动力黏滞系数，Pa·s；φ为井筒内径，m；vb为工具串下放速度，m/s；dC为电缆头直径，m；Pjk为井口压力，Pa；h为工具串所在垂深，m；l为工具串所在井深，m。
作为一种优选的实施方式，所述大缝隙类型所对应的泵送排量计算公式为：
γQ大Qb＝γv大vb+γ
该式中，
Figure GDA0003393715680000045
Figure GDA0003393715680000051
Figure GDA0003393715680000052
其中，Qb为泵送总排量，m3/s；m为工具串质量，kg；g为重力加速度，m/s2；ρ为井筒液体密度，kg/m3；
Figure GDA0003393715680000053
为工具串前端外径，m；L1为工具串前端长度，m；
Figure GDA0003393715680000054
为工具串后端外径，m；L2为工具串后端长度，m；α为井斜角，deg；μμ为井筒液体动力黏滞系数，Pa·s；
Figure GDA0003393715680000055
为井筒内径，m；vb为工具串下放速度，m/s；dC为电缆头直径，m；Pjk为井口压力，Pa；h为工具串所在垂深，m；l为工具串所在井深，m。
一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如下方法步骤：获取泵送工具串参数以及水平井参数；确定所述泵送工具串与所述水平井井筒之间环形缝隙类型；根据所述环形缝隙类型所对应的泵送排量计算公式计算泵送总排量。
有益效果：
本申请实施方式中所提供的水平井泵送工具泵送排量计算方法在计算泵送总排量时考虑泵送工具参数以及水平井参数，并且根据所述泵送工具串与所述水平井井筒之间环形缝隙类型选择对应的的泵送排量计算公式计算泵送总排量，考虑因素全面，能够准确描述影响泵送排量的各个影响因素和相互作用，因此，该水平井泵送工具泵送排量计算方法能够获得准确的泵送排量。
参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是泵送工具串在水平井中的简化模型图；
图2是本申请一种实施方式提供的水平井泵送工具泵送排量计算方法流程图；
图3是本申请一种实施方式提供的水平井泵送工具泵送排量计算装置示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参考图1，该图1示出了泵送工具串在水平井中的简化模型。其中，水平井用泵送工具串(以下简称工具串)可能由多个工具组成，外径和长度各不相同。本申请实施方式中对水平井用工具串模型的简化原则作以下规定：
工具串下入方向规定为正方向，即图1所示的x方向。工具串简化为阶梯轴，阶梯轴大尺寸端位于工具串前部，阶梯轴小尺寸端位于工具串后部。以工具串中最大外径处作为简化参考处，最大外径处外径和长度分别对应于图1中φ1和L1，实际工具串最大外径前部如果还有其它结构，在简化模型中去掉，不考虑。实际工具串最大外径后部的结构，按投影面积进行简化，投影面积最大外径对应于图1中φ2，实际工具串最大外径后部结构的长度对应于图1中L2；工具串的实际质量不进行简化。
请参阅图2。本申请实施方式中提供一种水平井泵送工具泵送排量计算方法，包括以下步骤：
S100、获取泵送工具串参数以及水平井参数；
S200、确定所述泵送工具串与所述水平井井筒之间环形缝隙类型；
S300、根据所述环形缝隙类型所对应的泵送排量计算公式计算泵送总排量。
本申请实施方式中所提供的水平井泵送工具泵送排量计算方法在计算泵送总排量时考虑泵送工具参数以及水平井参数，并且根据所述泵送工具串与所述水平井井筒之间环形缝隙类型选择对应的的泵送排量计算公式计算泵送总排量，考虑因素全面，能够准确描述影响泵送排量的各个影响因素和相互作用，因此，该水平井泵送工具泵送排量计算方法能够获得准确的泵送排量。
在步骤S100中，所述泵送工具参数包括：泵送工具串质量；泵送工具串前端外径；泵送工具串前端长度；泵送工具串后端外径；泵送工具串后端长度；泵送工具串与水平井井壁摩擦系数；电缆头直径；泵送工具串所在垂深；泵送工具串所在井深；泵送工具串下放速度。
所述水平井参数包括：井筒液体密度；井斜角；井筒液体动力粘滞系数；井筒内径；井口压力。水平井参数还可以包括工具串与井壁摩擦系数(μ)。
可见，本申请实施方式中所提供的水平井泵送工具泵送排量计算方法在计算泵送总排量时考虑井筒参数、套管尺寸、工具串重量、工具串尺寸、井口压力、电缆下放速度等多个变量的影响，能够准确描述影响泵送排量的各个影响因素和相互作用，因此，该水平井泵送工具泵送排量计算方法能够获得准确的泵送排量。
为使获得计算结果更加准确，在所述步骤S200中，根据所述环形缝隙大小与井筒内径比值按照预定规则确定所述环形缝隙类型。其中，所述环形缝隙大小与井筒内径比值采用如下公式(缝隙比公式)计算：
Figure GDA0003393715680000081
其中，τ为环形缝隙大小与井筒内径比值，无量纲；φ为井筒内径，m；φ1为工具串前端外径，m。
具体的，所述预定规则为：当τ≤0.05时，所述环形缝隙类型为小缝隙类型，当0.05＜τ≤0.1时，所述环形缝隙类型为大缝隙类型。
相应的，在所述步骤S300中，所述小缝隙类型所对应的泵送排量计算公式为：
γQ小Qb＝γv小vb+γ
该式中，
Figure GDA0003393715680000082
Figure GDA0003393715680000083
Figure GDA0003393715680000084
其中，Qb为泵送总排量，m3/s；m为工具串质量，kg；g为重力加速度，m/s2；ρ为井筒液体密度，kg/m3；φ1为工具串前端外径，m；L1为工具串前端长度，m；φ2为工具串后端外径，m；L2为工具串后端长度，m；α为井斜角，deg；μμ为井筒液体动力黏滞系数，Pa·s；φ为井筒内径，m；vb为工具串下放速度，m/s；dC为电缆头直径，m；Pjk为井口压力，Pa；h为工具串所在垂深，m；l为工具串所在井深，m。
相应的，在所述步骤S300中，所述大缝隙类型所对应的泵送排量计算公式为：
γQ大Qb＝γv大vb+γ
该式中，
Figure GDA0003393715680000091
Figure GDA0003393715680000092
Figure GDA0003393715680000093
其中，Qb为泵送总排量，m3/s；m为工具串质量，kg；g为重力加速度，m/s2；ρ为井筒液体密度，kg/m3；φ1为工具串前端外径，m；L1为工具串前端长度，m；φ2为工具串后端外径，m；L2为工具串后端长度，m；α为井斜角，deg；μμ为井筒液体动力黏滞系数，Pa·s；
Figure GDA0003393715680000094
为井筒内径，m；vb为工具串下放速度，m/s；dC为电缆头直径，m；Pjk为井口压力，Pa；h为工具串所在垂深，m；l为工具串所在井深，m。
如图1所示。工具串受力为重力G，浮力为F浮，(水平井)井壁对工具串的支撑力为FN，电缆头张力为FC，井壁对工具串摩擦力Ff，井筒液体对工具串内摩擦力F粘，工具串受井筒液体轴向压力FP。
其中，工具串的受力平衡方程式为：
Figure GDA0003393715680000101
a)重力的计算公式为：
G＝mg (2)
式(2)中，m为工具串质量，kg；
g为重力加速度，m/s2。
b)浮力的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000102
式(3)中，ρ为井筒液体密度，kg/m3；
φ1为工具串前端外径，m；
L1为工具串前端长度，m；
φ2为工具串后端外径，m；
L2为工具串后端长度，m。
c)摩擦力的计算公式为：
Ff＝μFN＝μ(G-F浮)sinα (4)
式(4)中，μ为工具串与井壁摩擦系数；
α为井斜角，deg。
d)内摩擦力的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000103
式(5)中，μμ为井筒液体动力黏滞系数，Pa·s；
v1为工具串与井筒间液体流速，m/s；
φ为井筒内径，m。
在本申请实施方式中，泵送过程中总流量与间隙流量和有用功流量的关系为：
Qb＝Q+Q1 (6)
式中，Qb为泵送总流量，m3/s；
Q为对工具串做有用功流量，m3/s；
Q1为工具串与井筒间流量，m3/s。
工具串做有用功流量Q的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000111
式(7)中，vb为工具串下放速度，m/s。
在本申请实施方式中，工具串与井筒间流量Q1的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000112
将式(7)、式(8)代入式(6)中，整理可得：
Figure GDA0003393715680000113
将式(9)代入式(5)中，整理可得：
Figure GDA0003393715680000114
e)井筒液体对工具串的轴向压力的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000115
式(11)中，P2为工具串后端液体压力，Pa；
P1为工具串前端液体压力，Pa；
ΔP为两端压力差，ΔP＝P2-P1，Pa；
dC为电缆头直径，m。
在本申请实施方式中，考虑沿程压力损失，工具串后端液体压力P2的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000116
式(12)中，Pjk为井口压力，Pa；
h为工具串所在垂深，m；
l为工具串所在井深，m。
在本申请实施方式中，工具串与井筒之间构成环形缝隙。根据环形缝隙大小与井筒内径比值大小，判断采用小缝隙公式(小缝隙类型对应的泵送排量计算公式)还是大缝隙公式(大缝隙类型对应的泵送排量计算公式)，其中，缝隙比的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000121
式(13)中，τ为缝隙比。
在本申请实施方式中，当τ≤0.05时，采用小缝隙公式，当0.05＜τ≤0.1时，采用大缝隙公式。
在本申请实施方式中，工具串与井筒间流量Q1与工具串下放速度vb间的关系，采用小缝隙公式时计算公式为：
Figure GDA0003393715680000122
式(14)中，ε为相对偏心率，取ε＝1。
在本申请实施方式中，工具串与井筒间流量Q1与工具串下放速度vb间的关系，采用大缝隙公式时计算公式为：
Figure GDA0003393715680000123
将式(7)、式(14)代入式(6)中，可得小缝隙类型的(工具串)两端压力差：
Figure GDA0003393715680000124
将式(7)、式(15)代入式(6)中，可得大缝隙类型的(工具串)两端压力差：
Figure GDA0003393715680000131
将式(12)、式(16)代入式(11)中，可得小缝隙类型的井筒液体对工具串的轴向压力：
Figure GDA0003393715680000132
将式(12)、式(17)代入式(11)中，可得大缝隙类型的井筒液体对工具串的轴向压力：
Figure GDA0003393715680000133
f)电缆头张力的计算公式为：
FC＝(G-F浮)(cosα-μsinα)+βαβmβP (20)
式(20)中，βα为井斜角影响系数；
βm为工具串质量影响系数；
βP为井口压力影响系数。
其中，井斜角影响系数βα的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000134
工具串质量影响系数βm的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000135
井口压力影响系数βP的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000141
将上述公式(公式(2)、(3)、(4)、(10)、(18)、(20))代入式(1)中，整理可得，小缝隙类型下Qb与vb关系为：
γQ小Qb＝γv小vb+γ (24)
式中，
Figure GDA0003393715680000142
Figure GDA0003393715680000143
Figure GDA0003393715680000144
将上述公式(公式(2)、(3)、(4)、(10)、(19)、(20))代入式(1)中，整理可得，大缝隙类型下Qb与vb关系为：
γQ大Qb＝γv大vb+γ (25)
式中，
Figure GDA0003393715680000145
Figure GDA0003393715680000146
Figure GDA0003393715680000147
请参阅图3。本申请实施方式中还提供一种水平井泵送工具泵送排量计算装置，包括：获取模块10，用于获取泵送工具串参数以及水平井参数；确定模块20，用于确定所述泵送工具串与所述水平井井筒之间环形缝隙类型；计算模块30，用于根据所述环形缝隙类型所对应的泵送排量计算公式计算泵送总排量。
本申请实施方式中所提供的水平井泵送工具泵送排量计算装置，在计算泵送总排量时考虑泵送工具参数以及水平井参数，并且根据所述泵送工具串与所述水平井井筒之间环形缝隙类型选择对应的的泵送排量计算公式计算泵送总排量，考虑因素全面，能够准确描述影响泵送排量的各个影响因素和相互作用，因此，该水平井泵送工具泵送排量计算方法能够获得准确的泵送排量。
在本申请中，计算装置可以按任何适当的方式实现。具体的，例如，计算装置可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该微处理器或处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器(Programmable LogicController，PLC)和嵌入微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)的形式，上述模块的例子包括但不限于以下微控制单元：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320。本领域技术人员也应当知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现所述计算模块的功能以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制单元等形式来实现相同功能。
在获取模块10中，所述泵送工具参数包括：泵送工具串质量；泵送工具串前端外径；泵送工具串前端长度；泵送工具串后端外径；泵送工具串后端长度；泵送工具串与水平井井壁摩擦系数；电缆头直径；泵送工具串所在垂深；泵送工具串所在井深；泵送工具串下放速度。
所述水平井参数包括：井筒液体密度；井斜角；井筒液体动力粘滞系数；井筒内径；井口压力。水平井参数还可以包括工具串与井壁摩擦系数(μ)。
可见，本申请实施方式中所提供的水平井泵送工具泵送排量计算装置在计算泵送总排量时考虑井筒参数、套管尺寸、工具串重量、工具串尺寸、井口压力、电缆下放速度等多个变量的影响，能够准确描述影响泵送排量的各个影响因素和相互作用，因此，该水平井泵送工具泵送排量计算方法能够获得准确的泵送排量。
为使获得计算结果更加准确，在所述确定模块20中，根据所述环形缝隙大小与井筒内径比值按照预定规则确定所述环形缝隙类型。其中，所述环形缝隙大小与井筒内径比值采用如下公式(缝隙比公式)计算：
Figure GDA0003393715680000161
其中，τ为环形缝隙大小与井筒内径比值，无量纲；
Figure GDA0003393715680000162
为井筒内径，m；φ1为工具串前端外径，m。
具体的，所述预定规则为：当τ≤0.05时，所述环形缝隙类型为小缝隙类型，当0.05＜τ≤0.1时，所述环形缝隙类型为大缝隙类型。
相应的，在所述计算模块30中，所述小缝隙类型所对应的泵送排量计算公式为：
γQ小Qb＝γv小vb+γ
该式中，
Figure GDA0003393715680000163
Figure GDA0003393715680000164
Figure GDA0003393715680000165
其中，Qb为泵送总排量，m3/s；m为工具串质量，kg；g为重力加速度，m/s2；ρ为井筒液体密度，kg/m3；φ1为工具串前端外径，m；L1为工具串前端长度，m；φ2为工具串后端外径，m；L2为工具串后端长度，m；α为井斜角，deg；μμ为井筒液体动力黏滞系数，Pa·s；φ为井筒内径，m；vb为工具串下放速度，m/s；dC为电缆头直径，m；Pjk为井口压力，Pa；h为工具串所在垂深，m；l为工具串所在井深，m。
相应的，在所述计算模块30中，所述大缝隙类型所对应的泵送排量计算公式为：
γQ大Qb＝γv大vb+γ
该式中，
Figure GDA0003393715680000171
Figure GDA0003393715680000172
Figure GDA0003393715680000173
其中，Qb为泵送总排量，m3/s；m为工具串质量，kg；g为重力加速度，m/s2；ρ为井筒液体密度，kg/m3；φ1为工具串前端外径，m；L1为工具串前端长度，m；φ2为工具串后端外径，m；L2为工具串后端长度，m；α为井斜角，deg；μμ为井筒液体动力黏滞系数，Pa·s；φ为井筒内径，m；vb为工具串下放速度，m/s；dC为电缆头直径，m；Pjk为井口压力，Pa；h为工具串所在垂深，m；l为工具串所在井深，m。
如图1所示。工具串受力为重力G，浮力为F浮，(水平井)井壁对工具串的支撑力为FN，电缆头张力为FC，井壁对工具串摩擦力Ff，井筒液体对工具串内摩擦力F粘，工具串受井筒液体轴向压力FP。
其中，工具串的受力平衡方程式为：
Figure GDA0003393715680000174
g)重力的计算公式为：
G＝mg (2)
式(2)中，m为工具串质量，kg；
g为重力加速度，m/s2。
h)浮力的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000181
式(3)中，ρ为井筒液体密度，kg/m3；
φ1为工具串前端外径，m；
L1为工具串前端长度，m；
φ2为工具串后端外径，m；
L2为工具串后端长度，m。
i)摩擦力的计算公式为：
Ff＝μFN＝μ(G-F浮)sinα (4)
式(4)中，μ为工具串与井壁摩擦系数；
α为井斜角，deg。
j)内摩擦力的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000182
式(5)中，μμ为井筒液体动力黏滞系数，Pa·s；
v1为工具串与井筒间液体流速，m/s；
φ为井筒内径，m。
在本申请实施方式中，泵送过程中总流量与间隙流量和有用功流量的关系为：
Qb＝Q+Q1 (6)
式中，Qb为泵送总流量，m3/s；
Q为对工具串做有用功流量，m3/s；
Q1为工具串与井筒间流量，m3/s。
工具串做有用功流量Q的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000183
式(7)中，vb为工具串下放速度，m/s。
在本申请实施方式中，工具串与井筒间流量Q1的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000191
将式(7)、式(8)代入式(6)中，整理可得：
Figure GDA0003393715680000192
将式(9)代入式(5)中，整理可得：
Figure GDA0003393715680000193
k)井筒液体对工具串的轴向压力的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000194
式(11)中，P2为工具串后端液体压力，Pa；
P1为工具串前端液体压力，Pa；
ΔP为两端压力差，ΔP＝P2-P1，Pa；
dC为电缆头直径，m。
在本申请实施方式中，考虑沿程压力损失，工具串后端液体压力P2的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000195
式(12)中，Pjk为井口压力，Pa；
h为工具串所在垂深，m；
l为工具串所在井深，m。
在本申请实施方式中，工具串与井筒之间构成环形缝隙。根据环形缝隙大小与井筒内径比值大小，判断采用小缝隙公式(小缝隙类型对应的泵送排量计算公式)还是大缝隙公式(大缝隙类型对应的泵送排量计算公式)，其中，缝隙比的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000201
式(13)中，τ为缝隙比。
在本申请实施方式中，当τ≤0.05时，采用小缝隙公式，当0.05＜τ≤0.1时，采用大缝隙公式。
在本申请实施方式中，工具串与井筒间流量Q1与工具串下放速度vb间的关系，采用小缝隙公式时计算公式为：
Figure GDA0003393715680000202
式(14)中，ε为相对偏心率，取ε＝1。
在本申请实施方式中，工具串与井筒间流量Q1与工具串下放速度vb间的关系，采用大缝隙公式时计算公式为：
Figure GDA0003393715680000203
将式(7)、式(14)代入式(6)中，可得小缝隙类型的(工具串)两端压力差：
Figure GDA0003393715680000204
将式(7)、式(15)代入式(6)中，可得大缝隙类型的(工具串)两端压力差：
Figure GDA0003393715680000205
将式(12)、式(16)代入式(11)中，可得小缝隙类型的井筒液体对工具串的轴向压力：
Figure GDA0003393715680000206
将式(12)、式(17)代入式(11)中，可得大缝隙类型的井筒液体对工具串的轴向压力：
Figure GDA0003393715680000211
l)电缆头张力的计算公式为：
FC＝(G-F浮)(cosα-μsinα)+βαβmβP (20)
式(20)中，βα为井斜角影响系数；
βm为工具串质量影响系数；
βP为井口压力影响系数。
其中，井斜角影响系数βα的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000212
工具串质量影响系数βm的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000213
井口压力影响系数βP的计算公式为：
Figure GDA0003393715680000214
将上述公式(公式(2)、(3)、(4)、(10)、(18)、(20))代入式(1)中，整理可得，小缝隙类型下Qb与vb关系为：
γQ小Qb＝γv小vb+γ (24)
式中，
Figure GDA0003393715680000215
Figure GDA0003393715680000216
Figure GDA0003393715680000221
将上述公式(公式(2)、(3)、(4)、(10)、(19)、(20))代入式(1)中，整理可得，大缝隙类型下Qb与vb关系为：
γQ大Qb＝γv大vb+γ (25)
式中，
Figure GDA0003393715680000222
Figure GDA0003393715680000223
Figure GDA0003393715680000224
本申请实施方式中，还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如下方法步骤：获取泵送工具串参数以及水平井参数；确定所述泵送工具串与所述水平井井筒之间环形缝隙类型；根据所述环形缝隙类型所对应的泵送排量计算公式计算泵送总排量。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来。在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。该计算机软件产品可以包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施方式或者实施方式的某些部分所述的方法。该计算机软件产品可以存储在内存中，内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其它数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其它类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其它内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其它光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其它磁性存储设备或任何其它非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括短暂电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
本说明书中的各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其它实施方式的不同之处。尤其，对于电子设备实施方式而言，由于其处理器执行的软件功能基本相似于方法实施方式，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施方式的部分说明即可。
虽然通过实施方式描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。
披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (3)

1.一种泵送排量计算方法，其特征在于，包括：
获取泵送工具串参数以及水平井参数；所述泵送工具串参数包括：泵送工具串质量；泵送工具串前端外径；泵送工具串前端长度；泵送工具串后端外径；泵送工具串后端长度；泵送工具串与水平井井壁摩擦系数；电缆头直径；泵送工具串所在垂深；泵送工具串所在井深；泵送工具串下放速度；所述水平井参数包括：井筒液体密度；井斜角；井筒液体动力粘滞系数；井筒内径；井口压力；
确定所述泵送工具串与水平井井筒之间环形缝隙类型，具体为，根据环形缝隙大小与井筒内径比值按照预定规则确定所述环形缝隙类型；所述环形缝隙大小与井筒内径比值采用如下公式计算：
Figure FDA0003406718540000011
其中，τ为环形缝隙大小与井筒内径比值，无量纲；φ为井筒内径，m；φ1为工具串前端外径，m；所述预定规则为：当τ≤0.05时，所述环形缝隙类型为小缝隙类型，当0.05＜τ≤0.1时，所述环形缝隙类型为大缝隙类型；
所述小缝隙类型所对应的泵送排量计算公式为：
γQ小Qb＝γv小vb+γ
式中，
Figure FDA0003406718540000012
Figure FDA0003406718540000013
Figure FDA0003406718540000014
所述大缝隙类型所对应的泵送排量计算公式为：
γQ大Qb＝γv大vb+γ
式中，
Figure FDA0003406718540000021
Figure FDA0003406718540000022
Figure FDA0003406718540000023
其中，Qb为泵送总排量，m3/s；m为工具串质量，kg；g为重力加速度，m/s2；ρ为井筒液体密度，kg/m3；L1为工具串前端长度，m；φ2为工具串后端外径，m；L2为工具串后端长度，m；α为井斜角，deg；μμ为井筒液体动力黏滞系数，Pa·s；vb为工具串下放速度，m/s；dC为电缆头直径，m；Pjk为井口压力，Pa；h为工具串所在垂深，m；l为工具串所在井深，m；
根据所述环形缝隙类型所对应的泵送排量计算公式计算泵送总排量。
2.一种泵送排量计算装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取泵送工具串参数以及水平井参数；所述泵送工具串参数包括：泵送工具串质量；泵送工具串前端外径；泵送工具串前端长度；泵送工具串后端外径；泵送工具串后端长度；泵送工具串与水平井井壁摩擦系数；电缆头直径；泵送工具串所在垂深；泵送工具串所在井深；泵送工具串下放速度；所述水平井参数包括：井筒液体密度；井斜角；井筒液体动力粘滞系数；井筒内径；井口压力；
确定模块，用于确定所述泵送工具串与水平井井筒之间环形缝隙类型，具体为，根据环形缝隙大小与井筒内径比值按照预定规则确定所述环形缝隙类型；其中，所述环形缝隙大小与井筒内径比值采用如下公式计算：
Figure FDA0003406718540000024
其中，τ为环形缝隙大小与井筒内径比值，无量纲；φ为井筒内径，m；φ1为工具串前端外径，m；所述预定规则为：当τ≤0.05时，所述环形缝隙类型为小缝隙类型，当0.05＜τ≤0.1时，所述环形缝隙类型为大缝隙类型；
所述小缝隙类型所对应的泵送排量计算公式为：
γQ小Qb＝γv小vb+γ
式中，
Figure FDA0003406718540000031
Figure FDA0003406718540000032
Figure FDA0003406718540000033
所述大缝隙类型所对应的泵送排量计算公式为：
γQ大Qb＝γv大vb+γ
式中，
Figure FDA0003406718540000034
Figure FDA0003406718540000035
Figure FDA0003406718540000036
其中，Qb为泵送总排量，m3/s；m为工具串质量，kg；g为重力加速度，m/s2；ρ为井筒液体密度，kg/m3；L1为工具串前端长度，m；φ2为工具串后端外径，m；L2为工具串后端长度，m；α为井斜角，deg；μμ为井筒液体动力黏滞系数，Pa·s；vb为工具串下放速度，m/s；dC为电缆头直径，m；Pjk为井口压力，Pa；h为工具串所在垂深，m；l为工具串所在井深，m；
计算模块，用于根据所述环形缝隙类型所对应的泵送排量计算公式计算泵送总排量。
3.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1中所述的泵送排量计算方法。
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水平井泵送桥塞射孔工艺技术研究;倪睿凯等;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》;20150915;第22-55页 *
油气井电缆注脂头压力控制方程的建立及应用;韩成才等;《西安石油大学学报(自然科学版)》;20160531;第31卷(第3期);第104-109页 *
泵送桥塞射孔联作关键控制点及常见问题;张晶等;《化学工程与装备》;20161030;第10卷;第118-120页 *
非常规水平井多簇射孔与分段压裂联作管串泵入控制模型;朱秀星等;《测井技术》;20131030;第37卷(第5期);第572-578页 *

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