CN110206536A - 一种基于泵示功图的井口产液量采集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于泵示功图的井口产液量采集方法，包括地面示功图的录取，然后通过计算泵的日排量、液面深度、水力功率、阻尼系数、泵示功图等对阻尼系数进行迭代，当相邻两次阻尼系数收敛后再进一步迭代计算水力功率和泵功率的差值，当二者的差值符合收敛条件时，即可计算井口产液量，本发明将地面示功图转换为泵示功图，而泵示功图可以为油井产液量计算和识别井下泵的工况提供依据，泵的工况识别以及油井产液量计算是以泵的功图为依据，不再受地面示功图的影响，由此计算的产液量精确度更高。

Description

一种基于泵示功图的井口产液量采集方法
技术领域
本发明涉及油井产量计算领域，具体涉及一种基于泵示功图的井口产液量采集方法。
背景技术
随着油田开发的深入，油田多数进入高含水期，油田越来越需要自动化程度高、实时性强的油井产量计量技术。原有的小站计量模型难以适应简化地面流程、产量连续计量等***优化和生产管理的需要，并且对于掺水流程井、低产井，井口计量的方式很难准确计算油井产液量。因此利用抽油机井示功图计算油井产液量的技术进一步得到了认识，逐步得到了应用。然而地面示功图由于受到各种因素的影响，不能反映井下泵的真实工况，因此用地面示功图来计算油井产液量存在较大的误差。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于泵示功图的井口产液量采集方法。
其技术方案如下：一种基于泵示功图的井口产液量采集方法，其关键在于按以下步骤进行：
(1)功图采集装置录取到地面示功图；
(2)地面示功图预处理，得到归整后的地面示功图曲线；
(3)建立泵示功图计算模型，该模型中泵位移uj和泵载荷Fj按以下公式计算：
uj＝upump，j＝[(1+CΔt)]um-1，j+1-CΔtum-1，j+um-1，j-1-um-2，j
其中，E-弹性模量，pound/in；A-抽油杆横截面积，m2；Δt为时间步长，s；Δx为距离步长，m；um-1，j+1、um-1，j、um-1，j-1、um-2，j分为抽油杆的m-1和m-2两个距离节点在不同时间节点的位移，m；
(4)给定初始的泵有效冲程S，将归整后的地面示功图曲线作为初始泵示功图；
(5)计算泵的日排量：q＝1440×S×Ap×Ns
其中，q-泵日排量，S-泵有效冲程，m；Ap-柱塞横截面积，m2；Ns-冲次，1/min；
(6)计算液面深度：
其中，Lf-液面深度，m；Fca-泵示功图中读取的上死点与下死点的载荷差，KN；ρl-井液密度，kg/m3；g-重力加速度常数；
(7)计算水力功率：HH＝7.36*10-6qrLf
其中，HH-水力功率，KW；
(8)计算阻尼系数C：
其中，gc-转换系数；HPR-泵功率，KW；T-周期；ρ-抽油杆密度，kg/m3；L-抽油杆长度，m；
其中，t0-功图开始时刻；Fu(t)-泵示功图中上行程t时刻的载荷，KN；Fd(t)-泵示功图中下行程t时刻的载荷，KN；u(t)-泵示功图中t时刻的位移，m：
(9)利用步骤(3)中建立的模型重新计算泵示功图；
(10)计算泵的有效冲程S；
(11)计算相邻两次泵的有效冲程S的差值，若相邻两次泵的有效冲程S的差值＜0.01，则转入步骤(12)，否则返回步骤(5)；
(12)再次计算并更新泵的日排量q、液面深度Lf、水力功率HH；
(13)再次计算并更新阻尼系数C；
(14)再次计算并更新泵示功图、泵功率HPR；
(15)计算更新后的水力功率HH和泵功率HPR的差值，若二者的差值＜0.01，则输出步骤(14)中的泵示功图、步骤(12)中泵的日排量q、液面深度Lf，并转入步骤(16)；
否则返回步骤(13)，并更新阻尼系数为C’，C’＝C*(HH÷HPR)；
(16)根据泵的日排量计算油井井口的产液量Q，
式中，ΔQp-抽油泵一个冲次的漏失量，m3；-泵排出压力条件下油管内混合物的体积系数，m3/m3；
其中，Dp-柱塞直径，m；l-柱塞长度，m；δ-柱塞与泵筒之间半径方向的平均间隙，m；e-柱塞与泵筒轴线之间的偏心距，m；μ-井内液体粘度，mPa·s；pd-抽油泵的排出压力，MPa；ps-抽油泵的吸入压力，MPa；-柱塞上冲程的平均速度，m/s；
其中，Bo-原油体积系数；Bw-水的体积系数；ns-溶解汽油比；nw-混合液的含水率。
上述技术方案，录取到地面示功图后，将其进行归整以作为初始泵示功图，并进一步迭代计算泵的日排量、液面深度、水力功率、阻尼系数、泵示功图，当阻尼系数符合收敛条件后进一步对水力功率和泵功率进行迭代计算，当其符合收敛条件后再计算井口产液量，从而避免了受传统产液量计算中地面示功图的各不良因素的影响，精确度更高。
与现有技术相比，本发明的有益效果：将地面示功图转换为泵示功图，而泵示功图可以为油井产液量计算和识别井下泵的工况提供依据，泵的工况识别以及油井产液量计算是以泵的功图为依据，不再受地面示功图的影响，由此计算的产液量精确度更高。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为标准泵示功图；
图3不同情况下泵示功图与阀开闭点关系；
图4曲率Ki计算模型；
图5为不同井口的地面示功图转为井下泵示功图的效果转换。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于泵示功图的井口产液量采集方法，按以下步骤进行：
(一)功图采集装置录取到地面示功图；
(二)地面示功图预处理，得到归整后的地面示功图曲线，具体步骤如下：
①按照抽油机动力学公式得到标准的等时间间隔的位移数据Xi(kk)，kk＝1，2，...M；
②将步骤①中得到的标准的等时间间隔的位移数据按公式重新赋值，将其归整到和地面示功图(X(j)，j＝1，2，...N)同位移，其中k＝Xmax-Xmin，Xmin-地面位移的最小值，Xmax-地面位移的最大值，Ximin-标准的等时间间隔的位移的最小值(来自①)，Ximax-标准的等时间间隔的位移的最大值(来自①)；
③将地面示功图去除位移重复的点，此处只保留位移相同的第一个位移和载荷值；
④将归整后的Xi(kk)按照地面位移和载荷做插值，插值公式为：
其中：F(j)-地面载荷，j＝1，…，N；Fi(kk)-归整后的地面载荷，i＝1，2，…，M；
⑤由步骤②和④即得到归整后的等时间间隔的位移和载荷，即归整后的地面示功图曲线。
(三)建立泵示功图计算模型，具体步骤如下：
有杆泵***的工况非常复杂。对其工况研究需要模拟该***的一部分，即从地面到泵处的抽油杆部分，用波动方程来研究比较理想，因为现场上所遇到的问题必然包括应力在连续介质中的传播。
一维波动方程是一个线性双曲型微分方程。它描述了细长抽油杆柱的纵向振动，利用这一有粘滞阻尼的方程式能够估计抽油杆的运动。考虑到抽油杆的不同直径，在波动方程的两边同时除以来进行修正，下面给出建立有限差分模型所用的波动方程式：
其中，A-抽油杆横截面积，m2；E-弹性模量，pound/in；ρ-抽油杆密度，kg/m3；u-位移，m；x-沿抽油杆的等距离，m；t-时间，s；C-阻尼系数；gc-转换系数；
由于在方程中包含有对位移的两阶求导，在通常情况下，解波动方程需要两个边界条件，即地面的光杆载荷和位移，由地面示功图上的记录点直接读取，因为解决周期性问题初始条件的影响是逐渐减弱的，所以可不需要初始条件。
地面示功图是随着时间不断增长，在相同时间间隔内光杆载荷与位移的关系图，是一个典型的连续曲线，而不是一个在相同时间间隔上的由点组成的图。在这种情况下，必须用抽油机动力学来得到时间和抽油杆位移之间的关系。由抽油机动力学公式可得到光杆的等时间间隔的标准位移。
要从根本上提高泵示功图计量方法的精度和可靠性，必须解决4个问题：
(a)研究抽油机井***动力学特性，建立更为合理的诊断用***模型；
(b)建立或选用普适性好、便于修正的模型参数计算公式或方法，如***阻尼系数计算公式的选用；
(c)建立更准确的泵有效冲程计算模型和方法；
(d)研究油管内可压缩多相流的体积变化与压力、温度之间的关系，准确计算油管内混合液的体积系数。
为了得到一维粘滞阻尼波动方程的数值解，有限差分被用于模型的建立中，为了求出波动方程中出现的位移的导数，我们用泰勒级数近似值来产生有限差分模型。
位移对时间的一阶导数的二阶导数见下式：
位移对距离间隔求导：
其中：
将这两个式子代入上式得：
(A-1)-(A-4)公式中：i为轴向距离节点(沿抽油杆正向下)，i＝1…m-1；j为时间节点，j＝1…N；ui，j为抽油杆不同轴向距离节点在不同时间节点的位移；Δt为时间步长；Δx为距离步长。
上式不是二阶差分的最终形式，考虑到在杆柱的连续处，抽油杆的直径和材料有不同的现象存在。同时对于锥形杆柱，通常需要在杆锥处求解，以便可以分析最大的杆应力。固定的Δx值需要在杆锥上进行插值，而一个可变的Δx方法允许对不同的杆尺寸使用不同的Δx，从而在杆锥上提供精确的解。因此，重写上公式(A-4)以考虑变量Δx，得出：
其中，其中(Δx)+为上一个距离步长；(Δx)-为下一个距离步长。
上式即为位移对横向距离有限差分二阶导数的最终形式。
将(A-1)、(A-2)和(A-5)代入方程1，得到：
上式等价于：
上式的两边同时乘以并将等式做重写得到：
上等式两边同时除以上等式两边同时除以得到：
i＝1，…，m-1，m为泵处的节点，j＝1，…，N，N为一个周期的采样点数(2)其中，
通过计算井下沿抽油杆柱直到泵上这一段的每一点的位移，就可由方程(2)得到地面的位移。
方程(2)中位移需要知道与被计算点位移ui+1，j有关的位于其后的两个点的位移ui，j和ui-1，j，因此需要知道所有时间步长的位移u0，j，u1，j，其中u0，j可由地面示功图来得到，位移u1，j可由Hooke定律来计算：
以光杆载荷FPR来代替公式中的F，对进行一阶修正前用差分模拟可得到：
有
这样，解方程(2)所需要的初始位移就得到了。其中FPR是光杆动载荷，由地面得到的载荷减去抽油杆的浮力得到。
由方程(2)，在泵处的位移uj为：
uj＝upump，j＝[(1+CΔt)]um-1，j+1-CΔtum-1，j+um-1，j-1-um-2，j (5)
知道泵的位移，就可计算出泵的载荷Fj，运用Hooke定律以二阶修正后的差分来代替得：
公式(5)和(6)中，其m为泵处的节点，m＝L/Δx，L为抽油杆长度；j＝1，…N，N为一个周期的采样点数；um-1，j+1、um-1，j、um-1，j-1、um-2，j分为抽油杆的m-1和m-2两个距离节点在不同时间节点的位移，m；upump，j为泵的位移，m；Fpump，j为泵的载荷，KN；通过公式(5)和(6)就导出了计算泵示功图所用的公式模型；
(四)给定初始的泵有效冲程S，将归整后的地面示功图曲线作为初始泵示功图，一般初始泵有效冲程S应小于地面冲程，可以是地面冲程的0.8/0.5/0.7等都可以；
(五)计算泵的日排量
q＝1440×S×Ap×Ns (7)
其中，q-泵日排量，S-泵有效冲程，m；Ap-柱塞横截面积，m2；Ns-冲次，1/min；
(六)计算液面深度
根据井下泵示功图，分析抽油泵上行时从下死点运动到上死点的受力，固定阀在打开前后环空中的油管内液柱的载荷差即为动液面深度折算的液柱载荷。
如图2所示，根据标准泵功图对井下泵进行受力关系的分析，将泵作为一个整体，忽略过阀阻力等摩擦力的影响，在下死点A处时受沉没压力Fc，AB为加载过程，此时游动阀和固定阀均处于关闭状态，B点加载结束到C点时，固定阀完全打开，原油进入泵筒中，沉没度下降了冲程长度相同的高度，此时作用在泵上的力为作用于柱塞上表面的液柱载荷以及作用于柱塞下表面减小了的沉没压力的合力，即
Fca＝Wl-(Fc-F冲)＝(ρlgLp-ρlgLc+ρlgS)Ap＝(ρlgLf+ρlgS)Ap (8)
通过计算泵功图上上死点C点与下死点A点的载荷差Fca，根据受力关系分析可以得出下式。由于液柱压力与沉没压力的差值为动液面深度所产生的液柱载荷，即通过简化可以得到通过泵示功图获取动液面深度的公式，即
公式(8)和(9)中，Lf-动液面深度，m；Fca-泵示功图中读取的上死点与下死点的载荷差，KN；Wl-液柱压力，MPa；Fc-沉没压力，MPa；F冲-冲程长度的折算液柱压力，MPa；ρl-井液密度，kg/m3；Lp-泵挂深度，m；Lc-沉没度，m；g-重力加速度常数；
(七)计算水力功率HH、
HH＝7.36*10-6qrLf
其中，HH-水力功率，KW；r-转换系数，0-1之间的小数；
(八)计算阻尼系数C
其中，gc-转换系数，一般取32.2；HPR-泵功率，KW；T-周期；ρ-抽油杆密度，kg/m3；L-抽油杆长度，m；
HPR是指泵示功图曲线所圈闭的面积与泵周期之比，计算公式如下：
t0-功图开始时刻；Fu(t)-泵示功图中上行程t时刻的载荷，KN；Fd(t)-泵示功图中下行程t时刻的载荷，KN；u(t)-泵示功图中t时刻的位移，m；
(九)利用步骤(三)中建立的模型重新计算泵示功图；
(十)有效冲程S计算
准确计算泵有效冲程是功图计量技术的关键环节之一，泵有效冲程S应主要根据泵示功图中的阀开闭点的位置来确定。如图3所示，示功图与阀开闭点位置的关系曲线，图3中的3a为正常情况，3b为供液不足，3c为气体影响，3d为泵脱出工作筒，四种不同情况下的泵示功图与阀开闭点的关系。该图中，A是游动阀关闭点，B是固定阀开启点，C是固定阀关闭点，C是游动阀开启点。通常AD的水平距离即为泵有效冲程，然而在某些情况下，泵有效冲程S是通过固定阀的开闭点位置计算得到的。例如上图中d所示情况泵脱出工作筒的情况下，BC的水平距离即为泵的有效冲程。总之，泵有效冲程S为游动阀或固定阀开闭点对应的泵位置之差的绝对值中较小的一个。
通过分析抽油泵的工作原理、观察理论泵示功图的几何特征可知，泵示功图上阀开闭点处曲率变化较大，且固定阀开闭点在上冲程的高载荷段，而游动阀的开闭点在下冲程的低载荷段。根据这一思路，本发明将通过在泵示功图的高、低载荷段各求出2个点，此2点分别为阀的开点和闭点，进而计算泵有效冲程。
如图4所示，泵示功图上任意一点Pj的曲率Kj根据与其相邻的5个数据点：Pj-2(Sj-2，fj-2)、Pj-1(Sj-1，fj-1)、Pj(Sj，fj)、Pj+1(Sj+1，fj+1)、Pj+2(Sj+2，fj+2)之间的几何关系计算，点Pj的离散曲率计算模型为：
式中，Δθj是直线Pj-2Pj到直线PjPj+2的有向旋转角度；ΔLj是转向弧长；
公式(11)-(13)中，j＝1，…，N，N为一个周期的采样点数，实际计算时fj为泵各时间节点的载荷，按公式(6)计算得到；Sj为泵各时间节点的位移，按公式(5)计算得到；
由于泵示功图曲线是通过数值方法计算得到的，所以曲线中含有复杂的频率成分。在实际计算中，为了降低或消除其引起的曲率变化量的波动，一般采用相邻3点取平均值的方法计算中间点的曲率变化量δKi，以提高计算精度。即
由上公式，己经求出泵示功图上各点的曲率变化率，接下来就是在泵的上行程中找到2个点，确定出阀的开闭点；在下行程中找到一个点，另外一个点选取位移的最小点，进而计算泵有效冲程，在泵示功图的泵上行程中找到固定阀的开点和闭点两个位置点的方法步骤如下：
①在泵示功图上找出曲率最大的10个点以及这10个点的位置；
②确定曲率最大的第一个点为其中一个位置点；
③从曲率最大的第二个点开始计算，该点的位置与第一个点的位置差的绝对值＞N/5(N为泵示功图位移的取样个数)，则此点为第二个位置点，则其它点不再计算，目前很多现有方法直接取曲率最大的两个点为2个位置点，但对于一些示功图波动比较大的，一般曲率最大的点左右的几个点曲率也大，如果直接取前2个点，则其实找到的是一个位置点，采用本方法找点则能有效避免现有方法中的缺陷；
④如果不满足上述条件③，则取曲率最大的第二个点为所需要的第二个位置点
在泵示功图的泵下行程中找到游动阀开点和闭点两个位置点的方法为：在泵的下行程中找到一个曲率最大的点，另一点选取位移的最小点。
然后根据泵示功图，计算泵有效冲程S，具体实施步骤如下：
1)对泵示功图进行3次3点平滑滤波去噪，算法采用3点平均法，即
2)考虑到泵示功图的载荷值范围远远大于位移值范围，有必要将平滑滤波去噪后的泵示功图再进行归一化处理，其中位移的归一化公式为：载荷的归一化公式为：式中umin为泵位移的最小值；umax为泵位移的最大值；uj为泵位移；Fmin为平滑滤波去噪后载荷的最小值；Fmax为平滑滤波去噪后载荷的最大值；Fj为平滑滤波去噪后泵载荷；
3)将归一化后的泵示功图做等取点，消除数据点的细微波动及疏密程度对曲率计算精度的影响；
4)按照泵的上下行程，区分为泵的上行程位移、载荷曲线和下行程的位移、载荷曲线；
5)采用曲率计算公式计算泵示功图上各点的曲率变化量，并平滑处理；
6)在泵示功图的泵上行程中找到固定阀的开点和闭点两个位置Eu1(Su1，Fu1)、Eu2(Su2，Fu2)，得到上行程的归一化后的位移差为Suu＝abs(Su1-Su2)；
7)在泵示功图的泵下行程中找到游动阀的开点位置Ed1(Sd1，Fd1)、游动阀的关闭点位置为位移的最小点Ed2(Sd2，Fd2)，得到下行程的归一化后的位移差为Sdd＝abs(Sd1-Sd2)；
8)比较Suu和Sdd的大小，其中较小者为泵的归一化后的有效冲程，再由公式S＝min(Suu，Sdd)*(umax-umin)+umin转化为泵的实际有效冲程，其中min(Suu，Sdd)为取Suu和Sdd的较小者。
步骤(三)-(十)中的所有方程对于任意抽油杆材料都适合，以上方程适用于复合抽油杆柱、有加重杆的抽油杆柱、钢质和玻璃纤维抽油杆等。水力功率HH的计算需要知道液面深度，这个值可能己知也可能未知，还需要知道开采速度，它由有效泵冲程来决定。泵的有效冲程可以从泵示功图得到。但是，在泵示功图得到精确计算就必须知道阻尼系数，这种推算产生了准确计算阻尼系数的迭代程序：
(十一)计算相邻两次泵的有效冲程S的差值，若相邻两次泵的有效冲程S的差值＜0.01，则转入步骤(十二)，否则返回步骤(五)；
通常情况下，泵的有效冲程经过两次迭代就可以收敛到允许误差范围内，下一步的任务是一直迭代到阻尼系数收敛。
该迭代程序的基本原理是通过最新得到的有效冲程和泵示功图不断重新计算泵的日排量、液面深度、水力功率和阻尼系数，并进一步利用该阻尼系数再次更新泵示功图，如此反复知道有效冲程的差值收敛。
(十二)利用最后一次计算中己确定的泵的有效冲程和泵示功图再次计算并更新泵的日排量q、液面深度Lf、水力功率HH；
(十三)利用最后一次计算中己确定的泵的有效冲程和泵示功图再次计算并更新阻尼系数C；
(十四)通过步骤(十三)中更新的阻尼系数C再次计算并更新泵示功图和泵功率HPR；
(十五)计算更新后的步骤(十二)中的水力功率HH和步骤(十四)中的泵功率HPR的差值，若二者的差值＜0.01，则输出步骤(十四)中的泵示功图、步骤(十二)中泵的日排量q、液面深度Lf，并转入步骤(十六)；
否则返回步骤(十三)，并更新阻尼系数为C’，C’＝C*(HH÷HPR)；
(十六)根据泵的日排量计算油井井口的产液量具体步骤如下：
假设油井悬点示功图的采集周期为Tc，一个采集周期采1张示功图，即一个抽汲周期Tp的示功图。以此计算出这个抽汲周期Tp内油井的理论泵日排量为Qp，一般情况下，每隔1h(或2h)采集W张地面功图，最终1h(或2h)的该油井的泵的日产液量的计算我们采用统计平均法。
采用统计学方法，先去掉最大、最小值求出平均周期产量，然后计算出理论日产液量Qp，计算公式如下：
油井的实际产液量是指井口原油脱气后的地面实际产液量，记作Q，其计算公式为：
Q＝a*Qp (16)
其中，Qp-泵的理论排量，m3/d；a-排量系数；
排量系数，生产现场亦称之为泵效，其影响因素主要有4个方面：冲程损失、充满程度、漏失程度、混合物的体积变化，这些因素对排量系数的影响关系可表示为：
其中，-泵冲程系数，是泵理论冲程Sp与悬点冲程Sr之比，反映冲程的损失程度；
-泵筒充满系数，是泵有效冲程S与泵理论冲程Sp之比，反映泵筒内液体充满程度；
-泵的漏失系数，反映抽油泵的漏失程度，设一个抽汲周期内由S计算得到的井下排液体积为Vp，漏失体积为ΔVp，则漏失系数
-混合物的体积系数，反映混合物在抽油泵排出压力条件下体积与其对应的地面体积之间的关系，设一个抽汲周期内抽油泵除去漏失量后的井下排液体积为Vpe，其对应的地面体积为V，则体积系数
经过上述推到得到实际产液量计算公式如下：
其中，S-泵有效冲程，m；Ap-泵横截面积，m2；Ns-冲次，1/min-1；ΔQp-抽油泵一个冲次的漏失量，m3；-泵排出压力条件下油管内混合物的体积系数，m3/m3。
漏失量ΔQp主要分为三类：阀漏失；柱塞与泵筒的间隙漏失；油管漏失。其中阀漏失引起的体积减少在计算有效冲程时己经考虑过了，而油管漏失是一个很难计算的量，暂不予考虑，本发明只考柱塞与泵筒的间隙漏失。柱塞与泵筒的间隙漏失可根据以下公式计算：
其中，ΔQp-抽油泵在一个抽汲周期内的漏失量，m3；Dp-柱塞直径，m；l-柱塞长度，m；δ-柱塞与泵筒之间半径方向的平均间隙，m；e-柱塞与泵筒轴线之间的偏心距，m；μ-井内液体粘度，mPa·s；pd-抽油泵的排出压力，MPa；ps-抽油泵的吸入压力，MPa；-柱塞上冲程的平均速度，m/s；
混合物的体积系数是指地面液体体积与在(P，T)条件下油管内混合液体积的比值，与压力P、温度T、原油体积系数Bo、水的体积系数Bw、溶解汽油比ns、混合液的含水率nw等参数有关，其计算公式如下：
本实施例中，将地面功图转换为井下泵功图，泵的功图可为油井产液量计算和识别井下泵的工况提供依据；泵的工况识别以及油井产液量计算是以泵的功图为依据，地面示功图由于在采集信号时受到多种因素的影响，不能真实的反映井下泵功图的真实工况，同时也不能用来计算油井的产液量，而本实施例利用泵功图以及泵有效冲程计算油井产液量，该方法能实现油井产液量、油井动液面深度实时、连续和自动计量，可有效降低成本，且由此计算的产液量精确度更高。
下面结合实验数据进一步说明本发明。
我们选取国内某油田的五口井，应用本发明所提出的方法进行功图转换，有效冲程的计算，井口产液量的计算以及动液面的计算。
如图5所示，5a、5b、5c、5d和5e分别为五张地面示功图转为井下泵示功图的效果转换。
对应上述五口井，下表为该5口井的有效冲程、井口产液量、动液面以及误差分析表。
表1 5口井有效冲程、井口产液量、动液面参数计算及效果对比分析表
从上表可以看出，五口井的井口产液量误差最大为5.75％，五口井的平均误差为3.37％，液面深度误差最大为5.01％，液面深度的平均误差为2.95％，井口产液量和液面深度的平均误差均在5％以内，说明本发明的计算井口产液量与液面深度的方法是有效的。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于泵示功图的井口产液量采集方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)功图采集装置录取到地面示功图；
(2)地面示功图预处理，得到归整后的地面示功图曲线；
(3)建立泵示功图模型，该模型中泵位移uj和泵载荷Fj按以下公式计算：
uj＝upump，j＝[(1+CΔt)]um-1，j+1-CΔtum-1，j+um-1，j-1-um-2，j
其中，E-弹性模量，pound/in；A-抽油杆横截面积，m2；Δt为时间步长，s；Δx为距离步长，m；um-1，j+1、um-1，j、um-1，j-1、um-2，j分为抽油杆的m-1和m-2两个距离节点在不同时间节点的位移，m；
(4)给定初始的泵有效冲程S，将归整后的地面示功图曲线作为初始泵示功图；
(5)计算泵的日排量：q＝1440×s×Ap×Ns
其中，q-泵日排量，S-泵有效冲程，m；Ap-柱塞横截面积，m2；Ns-冲次，1/min；
(6)计算液面深度：
其中，Lf-液面深度，m；Fca-泵示功图中读取的上死点与下死点的载荷差，KN；ρl-井液密度，kg/m3；g-重力加速度常数；
(7)计算水力功率：HH＝7.36*10-6qrLf
其中，HH-水力功率，KW；r-转换系数，0-1之间的小数；
(8)计算阻尼系数C：
其中，gc-转换系数；HPR-泵功率，KW；T-周期；ρ-抽油杆密度，kg/m3；L-抽油杆长度，m；
其中，t0-功图开始时刻；Fu(t)-泵示功图中上行程t时刻的载荷，KN；Fd(t)-泵示功图中下行程t时刻的载荷，KN；u(t)-泵示功图中t时刻的位移，m；
(9)利用步骤(3)中建立的模型重新计算泵示功图；
(10)计算泵的有效冲程S；
(11)计算相邻两次泵的有效冲程S的差值，若相邻两次泵的有效冲程S的差值＜0.01，则转入步骤(12)，否则返回步骤(5)；
(12)再次计算并更新泵的日排量q、液面深度Lf、水力功率HH；
(13)再次计算并更新阻尼系数C；
(14)再次计算并更新泵示功图、泵功率HPR；
(15)计算更新后的水力功率HH和泵功率HPR的差值，若二者的差值＜0.01，则输出步骤(14)中的泵示功图、步骤(12)中泵的日排量q、液面深度Lf，并转入步骤(16)；
否则返回步骤(13)，并更新阻尼系数为C’，C’＝C*(HH÷HPR)；
(16)根据泵的日排量计算油井井口的产液量Q，
式中，ΔQp-抽油泵一个冲次的漏失量，m3；-泵排出压力条件下油管内混合物的体积系数，m3/m3；
其中，Dp-柱塞直径，m；l-柱塞长度，m；δ-柱塞与泵筒之间半径方向的平均间隙，m；e-柱塞与泵筒轴线之间的偏心距，m；μ-井内液体粘度，mPa·s；pd-抽油泵的排出压力，MPa；ps-抽油泵的吸入压力，MPa；-柱塞上冲程的平均速度，m/s；
其中，Bo-原油体积系数；Bw-水的体积系数；ns-溶解汽油比；nw-混合液的含水率。
2.根据权利要求1所述一种基于泵示功图的井口产液量采集方法，其特征在于步骤(2)所述的归整后的地面示功图曲线通过以下步骤得到：
①按照抽油机动力学公式得到标准的等时间间隔的位移数据Xi(kk)，kk＝1，2，...M；
②将步骤①中得到的标准的等时间间隔的位移数据按公式归整到和地面示功图(X(j)，j＝1，2，...N)同位移，其中k＝Xmax-Xmin，Xmin-地面实际位移的最小值，Xmax-地面实际位移的最大值，Ximin-标准位移的最小值，Ximax-标准位移的最大值；
③将地面示功图去除位移重复的点，此处只保留位移相同的第一个位移和载荷值；
④将归整后的Xi(kk)按照地面位移和载荷做插值，插值公式为：
if Xi(kk)＜Xmin，
else if Xi(kk)＞Xmax，
else if X(j)＜Xi(kk)＜X(j+1)，
其中：F(j)-地面载荷，j＝1，…，N；Fi(kk)-归整后的地面载荷，i＝1，2，…，M：
⑤由步骤②和④即得到归整后的等时间间隔的位移和载荷，即归整后的地面功图曲线。
3.根据权利要求1或2所述一种基于泵示功图的井口产液量采集方法，其特征在于步骤(10)中根据泵示功图计算泵的有效冲程S步骤如下：
1)对泵示功图进行3次3点平滑滤波去噪，算法采用3点平均法，即
2)将平滑滤波去噪后的泵示功图进行归一化处理，其中泵位移的归一化公式为：泵载荷的归一化公式为：式中umin为泵位移的最小值；umax为泵位移的最大值；uj为泵位移；Fmin为平滑滤波去噪后载荷的最小值；Fmax为平滑滤波去噪后载荷的最大值；Fj为平滑滤波去噪后泵载荷；
3)将归一化后的泵示功图做等取点，消除数据点的细微波动及疏密程度对曲率计算精度的影响；
4)按照泵的上下行程，区分为泵的上行程位移、载荷曲线和下行程的位移、载荷曲线；
5)采用曲率计算公式计算泵示功图上各点的曲率变化量，并平滑处理；
6)在泵示功图的泵上行程中找到固定阀的开点和闭点两个位置Eu1(Su1，Fu1)、Eu2(Su2，Fu2)，得到上行程的归一化后的位移差为Suu＝abs(Su1-Su2)；
7)在泵示功图的泵下行程中找到游动阀的开点位置Ed1(Sd1，Fd1)、游动阀的关闭点位置为位移的最小点Ed2(Sd2，Fd2)，得到下行程的归一化后的位移差为Sdd＝abs(Sd1-Sd2)；
8)有效冲程S＝min(Suu，Sdd)*(umax-umin)+umin，其中min(Suu，Sdd)为取Suu和Sdd的较小者。
4.根据权利要求3所述一种基于泵示功图的井口产液量采集方法，其特征在于步骤6)所述的在泵示功图的泵上行程中找到固定阀开点和闭点两个位置步骤如下：
①在泵示功图上找出曲率最大的10个点以及这10个点的位置；
②确定曲率最大的第一个点为其中一个位置点；
③从曲率最大的第二个点开始计算，该点的位置与第一个点的位置差的绝对值＞N/5，则此点为第二个位置点，其它点不再计算；
④如果不满足条件③，则取曲率最大的第二个点为所需要的第二个位置点。
5.根据权利要求3所述一种基于泵示功图的井口产液量采集方法，其特征在于步骤7)所示的在泵示功图的泵下行程中找到游动阀开点和闭点两个位置步骤为：在泵的下行程中找到一个曲率最大的点，另一点选取位移的最小点。
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