CN117350001A - 基于示功图的抽油机井产气量确定方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于示功图的抽油机井产气量确定方法及装置，其中该方法包括：获取抽油机每一抽示功图对应的井口产液量；根据每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量；所述抽油机井示功图求产气量模型根据抽油机井示功图和气体状态方程预先建立；将每一抽示功图对应的井口产气量进行累计得到抽油机井口累计产气量。本发明可以基于示功图定量求取抽油机井产气量，降低了劳动强度，提高了生产效率。

Description

基于示功图的抽油机井产气量确定方法及装置
技术领域
本发明涉及油田机械采油数字计量技术领域，尤其涉及一种基于示功图的抽油机井产气量确定方法及装置。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
国内油井量大面广，油井分布区域广泛，且近年来资源品质劣质化程度加剧，工况日趋复杂，产量逐年下降，平台丛式井大幅增加，单平台井数一般4-8口井。油井计量以传统计量间占主导，目前国内有数以万计座计量间，每座占地100多平米，配套计量管线几百米到几公里，投资巨大；每个计量间需要配备日常操作及维护人员2至3名，计量周期长，滞后严重，难以及时跟踪油井生产动态，对于人工操作的计量间，平均每口井间隔10天才能计量一次，单次计量所需时间一般四个小时，劳动强度大。
抽油机举升是靠抽油机带动抽油杆，抽油杆带动柱塞泵，不断往复运动抽出来的，每一抽会产生一张示功图，示功图是由载荷、位移组成的封闭曲线，它蕴含着油井工况、产量、液面等信息，是油井生产中至关重要第一手资料。经过多年持续探索，抽油机井数字计量技术快速发展，但目前仅集中在功图量油或功图量液上，功图量油的方法有划线法、面积法和分解法。对于抽油机井示功图，通过工况诊断技术只能定性识别是否有气体影响，还没有功图量气的相关专利和文献，目前基于示功图定量求产气量还是一个技术空白。
发明内容
本发明实施例提供一种基于示功图的抽油机井产气量确定方法，用以基于示功图定量求取抽油机井产气量，该方法包括：
获取抽油机每一抽示功图对应的井口产液量；
根据每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量；所述抽油机井示功图求产气量模型根据抽油机井示功图和气体状态方程预先建立；
将每一抽示功图对应的井口产气量进行累计得到抽油机井口累计产气量。
在一个实施例中，上述基于示功图的抽油机井产气量确定方法还包括按照如下方法预先建立抽油机井示功图求产气量模型：
在泵下冲程时，对抽油泵进行受力分析，根据力平衡得到泵下冲程时的泵载荷模型；
根据泵下冲程时的泵载荷模型，得到泵下冲程时的泵内压力模型；
在泵下冲程载荷卸载完成后，根据泵下冲程时的泵载荷模型，得到游动阀打开时的泵载荷模型；
根据泵下冲程时的泵内压力模型及游动阀打开时的泵载荷模型，得到游动阀打开时的泵内压力模型；
根据气体状态方程得到泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力模型；
根据游动阀打开时的泵内压力模型，以及泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力模型，得到泵内气体的体积模型；
根据泵内气体的体积模型及气体状态方程式，得到气体在抽油机井口的体积模型：
根据气体在抽油机井口的体积模型，得到确定抽油机井产气量的所述抽油机井示功图求产气量模型。
在一个实施例中，所述泵下冲程时的泵内压力为忽略了泵的重力和柱塞与工作筒壁之间的摩擦力得到的抽油泵内压力。
在一个实施例中，所述游动阀打开时的泵载荷为忽略了泵自身重力和柱塞与工作筒之间的摩擦力得到的泵载荷。
在一个实施例中，所述游动阀打开时的泵内压力为忽略了流体过游动阀压降得到的泵内压力。
在一个实施例中，上述基于示功图的抽油机井产气量确定方法还包括根据如下因素的其中之一或任意组合，预先建立抽油机井示功图求产气量模型：油管内流体为轴向一维稳定流动；泵内流体为等温流动，且同一位置处气液相压力相等；油管锚定，且泵内存在气体；不考虑泵内自由气体由于压力变化溶解到液相中；不考虑泵的游动阀和固定阀流体漏失。
在一个实施例中，所述抽油机井示功图求产气量模型为：
其中，Qg为每一抽示功图对应的井口产气量；Ql为每一抽示功图对应的井口产液量；Rp为生产气液比；np为冲次；Zh为井口气体压缩因子；Th为井口温度；Zp为泵内气体压缩因子；Tp为泵内温度；sq为柱塞内气体的高度；Ap为柱塞的横截面积；ppd为泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力；ph为井口压力。
在一个实施例中，根据每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量，包括：
在示功图中的预设载荷卸载过程段任意选取两组数据点，得到每一数据点对应的载荷与位移；
根据抽油泵和光杆的横截面积，及预先建立的游动阀打开时的泵内压力与泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力之间的关系，构建非线性残差方程求解柱塞内气体的高度；
根据柱塞内气体的高度，每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量。
在一个实施例中，上述基于示功图的抽油机井产气量确定方法还包括：
根据抽油机每一抽示功图对应的井口产气量，得到抽油机井产气量的变化曲线；
根据抽油机井产气量的变化曲线，对抽油机井的生产动态进行分析。
本发明实施例还提供一种基于示功图的抽油机井产气量确定装置，用以基于示功图定量求取抽油机井产气量，该装置包括：
获取单元，用于获取抽油机每一抽示功图对应的井口产液量；
求取单元，根据每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量；所述抽油机井示功图求产气量模型根据抽油机井示功图和气体状态方程预先建立；
确定单元，用于将每一抽示功图对应的井口产气量进行累计得到抽油机井口累计产气量。
在一个实施例中，上述基于示功图的抽油机井产气量确定装置还包括建立单元，用于按照如下方法预先建立抽油机井示功图求产气量模型：
在泵下冲程时，对抽油泵进行受力分析，根据力平衡得到泵下冲程时的泵载荷模型；
根据泵下冲程时的泵载荷模型，得到泵下冲程时的泵内压力模型；
在泵下冲程载荷卸载完成后，根据泵下冲程时的泵载荷模型，得到游动阀打开时的泵载荷模型；
根据泵下冲程时的泵内压力模型及游动阀打开时的泵载荷模型，得到游动阀打开时的泵内压力模型；
根据气体状态方程得到泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力模型；
根据游动阀打开时的泵内压力模型，以及泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力模型，得到泵内气体的体积模型；
根据泵内气体的体积模型及气体状态方程式，得到气体在抽油机井口的体积模型：
根据气体在抽油机井口的体积模型，得到确定抽油机井产气量的所述抽油机井示功图求产气量模型。
在一个实施例中，所述求取单元具体用于：
在示功图中的预设载荷卸载过程段任意选取两组数据点，得到每一数据点对应的载荷与位移；
根据抽油泵和光杆的横截面积，及预先建立的游动阀打开时的泵内压力与泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力之间的关系，构建非线性残差方程求解柱塞内气体的高度；
根据柱塞内气体的高度，每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于示功图的抽油机井产气量确定方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读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上述基于示功图的抽油机井产气量确定方法。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于示功图的抽油机井产气量确定方法。
本发明实施例中，基于示功图的抽油机井产气量确定方案，通过：获取抽油机每一抽示功图对应的井口产液量；根据每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量；所述抽油机井示功图求产气量模型根据抽油机井示功图和气体状态方程预先建立；将每一抽示功图对应的井口产气量进行累计得到抽油机井口累计产气量，可以基于示功图定量求取抽油机井产气量，降低了劳动强度，提高了生产效率。
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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例中基于示功图的抽油机井产气量确定方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中井下泵示功图以及取点方法示意图；
图3为本发明实施例中示功图示意图；
图4为本发明实施例中基于图3的示功图计算的抽油机井口产气量曲线示意图；
图5为本发明实施例中基于示功图的抽油机井产气量确定装置的结构示意图；
图6为本发明实施例中计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本文中术语“和/或”，仅仅是描述一种关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。
在本说明书的描述中，所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本申请的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。
考虑到现有技术存在的问题，本发明实施例提出了一种基于示功图的抽油机井产气量确定方案，该方案为一种基于示功图形态特征和气体状态方程的抽油机井定量求产气量的方案，该方案将功图数字计量从功图量油或功图量液拓展到功图量气，实现数字量油测气，有利于取消计量间、减轻一线劳动，转变传统生产管理方式，使采油工真正由蓝领向白领转变。下面对该基于示功图的抽油机井产气量确定方案进行详细介绍。
图1为本发明实施例中基于示功图的抽油机井产气量确定方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤101：获取抽油机每一抽示功图对应的井口产液量；
步骤102：根据每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量；所述抽油机井示功图求产气量模型根据抽油机井示功图和气体状态方程预先建立；
步骤103：将每一抽示功图对应的井口产气量进行累计得到抽油机井口累计产气量，得到的抽油机井口累计产气量用于指导石油天然气开发生产。
本发明实施例提供的基于示功图的抽油机井产气量确定方法，工作时：获取抽油机每一抽示功图对应的井口产液量；根据每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量；所述抽油机井示功图求产气量模型根据抽油机井示功图和气体状态方程预先建立；将每一抽示功图对应的井口产气量进行累计得到抽油机井口累计产气量，可以基于示功图定量求取抽油机井产气量，该方法将功图数字计量从功图量油或功图量液拓展到功图量气，实现数字量油测气，有利于取消计量间，降低了劳动强度，提高了生产效率。下面对该基于示功图的抽油机井产气量确定方法进行详细介绍。
一、首先，介绍预先建立抽油机井示功图求产气量模型的步骤。
1)模型假设
(1)油管内流体为轴向一维稳定流动；
(2)泵内流体为等温流动，且同一位置处气液相压力相等；
(3)油管锚定，且泵内存在气体；
(4)不考虑泵内自由气体由于压力变化溶解到液相中；
(5)不考虑泵的游动阀和固定阀流体漏失。
通过上述可知，在一个实施例中，上述基于示功图的抽油机井产气量确定方法还可以包括根据如下因素的其中之一或任意组合，预先建立抽油机井示功图求产气量模型：油管内流体为轴向一维稳定流动；泵内流体为等温流动，且同一位置处气液相压力相等；油管锚定，且泵内存在气体；不考虑泵内自由气体由于压力变化溶解到液相中；不考虑泵的游动阀和固定阀流体漏失，可以进一步提高抽油机井示功图求产气量模型的精度，进一步提高定量求取抽油机井产气量的精度。
2)模型建立
从泵功图可以明显的看出，气体的影响主要体现在泵下冲程载荷卸载过程，以抽油泵为研究对象，对其进行受力分析，根据力平衡，可得泵的载荷为：
Fd＝p0(Ap-Ar)-ppdAp+Wp+f (1)
其中，Fd为下冲程时泵载荷，N；p0为泵排出口处压力，Pa；ppd为下冲时泵内压力，Pa；f为柱塞与工作筒壁之间的摩擦力，N；Wp为泵的重力，N；Ap为柱塞的横截面积，m2；Ar为与泵连接的光杆横截面积，m2。
对式(1)进行变形，可得泵内压力为：
由于在泵的重力和柱塞与工作筒壁之间的摩擦力远小于泵载荷和泵上覆液载，可忽略不计，此时式(2)可变为：
即在一个实施例中，所述泵下冲程时的泵内压力为忽略了泵的重力和柱塞与工作筒壁之间的摩擦力得到的抽油泵内压力，可以进一步提高抽油机井产气量确定的效率。
当下冲程卸载完成后，泵上部游动阀打开，此时，泵内压力等于泵排出口压力与流体过游动阀压降之间的和，同时忽略泵自身重力和柱塞与工作筒之间的摩擦力，那么式(1)变为：
Fdmin＝-p0Ar-Δp2Ap (4)
其中，Fdmin为游动阀打开时泵载荷，N；Δp2为流体过游动阀压降，Pa。
即在一个实施例中，所述游动阀打开时的泵载荷为忽略了泵自身重力和柱塞与工作筒之间的摩擦力得到的泵载荷，可以进一步提高抽油机井产气量确定的效率。
在卸载过程中，由于柱塞下行距离有限且井口压力变化不大，认为在该过程中泵排出口压力保持不变。则将式(4)带入到式(3)中，同时忽略流体过游动阀压降，可得泵内压力为：
即在一个实施例中，所述游动阀打开时的泵内压力为忽略了流体过游动阀压降得到的泵内压力，可以进一步提高抽油机井产气量确定的效率。
同时，在下冲程泵载荷卸载过程中，根据气体状态方程可得不同位置处泵内压力为：
其中，n为气体的摩尔数，mol；Z为压缩因子，可通过查表或者利用经验公式求得；R为气体常数，R＝8.3145Pa·m3/(mol·K)；T为泵内温度，K；uD为游动阀开启时柱塞的位移，m；u为卸载过程中任意一点的位移，m；sq为游动阀打开时泵内气柱高度，m。
特别地，当柱塞位于上死点时，u＝uC，其中uC为上死点柱塞位移，m；当游动阀打开时，u＝uD。
在卸载过程中，游动阀和固定阀均处于关闭状态，在柱塞下行过程中，气体持续被压缩，但气体的摩尔数始终保持不变，则
其中，ppdC为上死点C处泵内压力，Pa；ppdD为游动阀打开，例如开启点D打开时泵内压力，Pa；ppd1为从泵功图上死点C到游动阀开启点D内点1处的泵内压力，Pa；ppdm为从泵功图上死点C到游动阀开启点D内点m处泵内压力，Pa；ppdi为卸载过程中柱塞不同位移处的泵内压力，例如功图上死点C到游动阀开启点D内点i处的泵内压力，Pa；下标i为泵功图上从下死点C到游动阀开启点D内任意选点，为方便表示和计算，从C到D依次进行选点，i＝1,2,3,……,m，即i＝1靠近井口，依次向下，i＝m靠近井底；下标m为泵功图上从下死点C到游动阀开启点D内任意选点个数；ZC为上死点处泵内气体压缩因子；ZD为游动阀打开时泵内气体压缩因子；Zm为从泵功图上死点C到游动阀开启点D内点m处泵内气体压缩因子；Zi为卸载过程中柱塞不同位移处的泵内气体压缩因子，例如功图上死点C到游动阀开启点D内点i处的泵内气体压缩因子；u1为卸载过程中柱塞的不同位移，例如从泵功图上死点C到游动阀开启点D内点1处的不同位移，m；um为从泵功图上死点C到游动阀开启点D内点m处的位移，m；ui为从泵功图上死点C到游动阀开启点D内点i处的位移，m。
对式(7)进行变形可得：
特别地，如果选择不同的位移点，可得：
其中，i＝1,2,3,……,m和j＝1,2,3,……,l分别代表不同的两组位移选点，显然式(9)包含式(8)。
将式(5)带入到式(9)，可得：
由式(10)即可得到柱塞内气体的高度sq。由此得到泵内气体的体积为：
Vp＝sqAp (11)
利用气体状态方程式可得，该部分气体在井口的体积：
其中，Vh为井口气体体积，m3；Zh为井口气体压缩因子；Th为井口温度，K；Zp为泵内气体压缩因子；Tp为泵内温度，K。
那么，产气量为，即在一个实施例中，所述抽油机井示功图求产气量模型为：
其中，Qg为每一抽示功图对应的井口产气量，m3/d；Ql为每一抽示功图对应的井口产液量，m3/d；Rp为生产气液比，m3/m3；np为冲次，min-1；Zh为井口气体压缩因子；Th为井口温度；Zp为泵内气体压缩因子；Tp为泵内温度；sq为柱塞内气体的高度；Ap为柱塞的横截面积；ppd为泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力；ph为井口压力。
通过上述可知，在一个实施例中，上述基于示功图的抽油机井产气量确定方法还可以包括按照如下方法预先建立抽油机井示功图求产气量模型：
在泵下冲程时，对抽油泵进行受力分析，根据力平衡得到泵下冲程时的泵载荷模型(上述公式(1))；
根据泵下冲程时的泵载荷模型，得到泵下冲程时的泵内压力模型(上述公式(2)或公式(3)，优选公式(3))；
在泵下冲程载荷卸载完成后，根据泵下冲程时的泵载荷模型，得到游动阀打开时的泵载荷模型(上述公式(4))；
根据泵下冲程时的泵内压力模型及游动阀打开时的泵载荷模型，得到游动阀打开时的泵内压力模型(上述公式(5))；
根据气体状态方程得到泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力模型(上述公式(6))；
根据游动阀打开时的泵内压力模型，以及泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力模型，得到泵内气体的体积模型(上述公式(11))；
根据泵内气体的体积模型及气体状态方程式，得到气体在抽油机井口的体积模型(上述公式(12))：
根据气体在抽油机井口的体积模型，得到确定抽油机井产气量的所述抽油机井示功图求产气量模型(上述公式(13))。
二、其次，介绍利用上述建立好的抽油机井示功图求产气量模型进行实际预测的步骤。
在上述步骤101中，抽油机每一抽示功图对应的井口产液量可以是根据示功图计算出来的产液量或是测量得到的产液量。
下面介绍抽油机井示功图求产气量模型求解的过程，即由上面实施例得到的抽油机井示功图求产气量模型求解产气量，其具体的求解过程如下：
(1)已知井口产液量Ql、生产气液比Rp、井口压力ph、井口温度Th、冲次np、柱塞泵径Dp、抽油杆径Dr和井下气体影响的泵功图，如图2所示。
(2)在载荷卸载过程段(C→D)任意选取两组数据点，得到其对应的载荷与位移，为消除功图波动的影响，分别选择点组为游动阀打开时(D点)载荷的1.1、1.2、1.3、1.4倍和1.15、1.25、1.35、1.45对应的数据点，记为：
其中A，B均为二维矩阵，其第一行均为对应数据点处的载荷，第二行均为对应数据点处的位移。
值得注意地数据组选点也可按照其他方式选择，且选点个数任意，但需保证所选数据点均需位于C→D之间。
(3)计算抽油泵和光杆的横截面积，并利用式(10)构建非线性方程求解柱塞内气体的高度sq，即
其中RF为构造的非线性残差方程。
利用Newton-Raphson迭代方法求解该非线性方程，即：
其中，DRF为RF关于sq的导函数；(k)表示第k步迭代。
Newton-Raphson迭代方程收敛条件为：|Dsq (k)|≤e，这里无穷小量e取1e-10。
(4)利用式(13)得到最终的产气量Qg。
通过上述可知，在一个实施例中，根据每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量，可以包括：
在示功图中的预设载荷卸载过程段(C→D)任意选取两组数据点，得到每一数据点对应的载荷与位移；
根据抽油泵和光杆的横截面积，及预先建立的游动阀打开时的泵内压力与泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力之间的关系(该关系可以为上述公式(10))，构建非线性残差方程求解柱塞内气体的高度；
根据柱塞内气体的高度，每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量。
通过上述可知，在一个实施例中，选取的两组数据点可以是：分别选择点组为游动阀打开时(D点)载荷的1.1、1.2、1.3、1.4倍和1.15、1.25、1.35、1.45对应的数据点，该实施方式可以消除功图波动的影响。
通过上述可知，在一个实施例中，可以利用Newton-Raphson迭代方法求解上述非线性残差方程，提高求取柱塞内气体的高度的精度，进一步可以提高求取抽油机井产气量的精度。
下面介绍本发明实施例进一步优选的方案，在一个实施例中，上述基于示功图的抽油机井产气量确定方法还可以包括：
根据抽油机每一抽示功图对应的井口产气量，得到抽油机井产气量的变化曲线；
根据抽油机井产气量的变化曲线，对抽油机井的生产动态进行分析。
具体实施时，基于本发明实施例还可以动态分析油井产气量的变化规律，对油井的生产动态进行分析，以指导石油天然气开发生产。
本发明实施例以长庆油田某井为例，该井基本数据为：井口压力0.2Mpa、井口温度40℃、柱塞泵径32mm、冲程1.5m、抽油杆径19mm、泵深850m、井口产液量4t/d，泵处溶解气液比5m3/m3，同时需要实测的地面功图，将地面功图应用三维波动方程求解井下泵功图。
对于井下泵功图，在载荷卸载过程段(C→D)任意选取两组数据点，得到其对应的载荷与位移，为消除功图波动的影响，根据上述取C、D两点之间的功图数据点。利用式(10)构建非线性方程求解柱塞内气体的高度sq，再应用公式13计算最终的井口产气量。图3和图4给出了该井某一时间段内不同时间点的功图，以及由以上方法计算的井口产气量曲线。
另外，本发明实施例提出的基于示功图形态特征和气体状态方程的抽油机井定量求产气量的方法，适用于生产气液比大于溶解气液比的产气量较大的抽油机井，要求能够获得示功图，将示功图作为已知量，并且示功图要有一定的气体影响特征。
综上，本发明实施例提出了一种基于示功图的抽油机井产气量确定方法，该方法主要实现了：1)提出了一种基于示功图特征和气体状态方程的抽油机井产气量确定方法；2)给出了抽油机井示功图求产气量模型的建立方法；3)给出了抽油泵内自由气体摩尔量的计算过程；4)给出了抽油机井口产气量的计算过程；5)本发明实施例考虑了油管是否锚定、溶解气液比、压缩因子、余隙效应等因素的影响；6)形成了内嵌上述基于示功图的抽油机井产气量确定方法的边缘计算装置，可安装在油井现场，实时计算每一抽示功图对应的井口产气量，从而计算出抽油机井口累计产气量。
本发明实施例提出的基于示功图的抽油机井产气量确定方法的有益技术效果是：提出了一种基于示功图形态特征和气体状态方程的抽油机井定量求产气量的方法，将功图数字计量从功图量油(功图量液)拓展到功图量气，实现数字化量油测气，有利于取消计量间、减轻一线劳动，转变传统生产管理方式，使采油工真正由蓝领向白领转变。基于本发明实施例可以实现24小时实时测量抽油机井的产气量，不仅可以准确确定油井每天或指定时间段的累计产气量，还可以动态分析油井产气量的变化规律，对油井的生产动态进行分析。
本发明实施例中还提供了一种基于示功图的抽油机井产气量确定装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与基于示功图的抽油机井产气量确定方法相似，因此该装置的实施可以参见基于示功图的抽油机井产气量确定方法的实施，重复之处不再赘述。
图5为本发明实施例中基于示功图的抽油机井产气量确定装置的结构示意图，如图5所示，该装置包括：
获取单元01，用于获取抽油机每一抽示功图对应的井口产液量；
求取单元02，根据每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量；所述抽油机井示功图求产气量模型根据抽油机井示功图和气体状态方程预先建立；
确定单元03，用于将每一抽示功图对应的井口产气量进行累计得到抽油机井口累计产气量。
在一个实施例中，上述基于示功图的抽油机井产气量确定装置还可以包括建立单元，用于按照如下方法预先建立抽油机井示功图求产气量模型：
在泵下冲程时，对抽油泵进行受力分析，根据力平衡得到泵下冲程时的泵载荷模型；
根据泵下冲程时的泵载荷模型，得到泵下冲程时的泵内压力模型；
在泵下冲程载荷卸载完成后，根据泵下冲程时的泵载荷模型，得到游动阀打开时的泵载荷模型；
根据泵下冲程时的泵内压力模型及游动阀打开时的泵载荷模型，得到游动阀打开时的泵内压力模型；
根据气体状态方程得到泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力模型；
根据游动阀打开时的泵内压力模型，以及泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力模型，得到泵内气体的体积模型；
根据泵内气体的体积模型及气体状态方程式，得到气体在抽油机井口的体积模型：
根据气体在抽油机井口的体积模型，得到确定抽油机井产气量的所述抽油机井示功图求产气量模型。
在一个实施例中，所述求取单元具体可以用于：
在示功图中的预设载荷卸载过程段任意选取两组数据点，得到每一数据点对应的载荷与位移；
根据抽油泵和光杆的横截面积，及预先建立的游动阀打开时的泵内压力与泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力之间的关系，构建非线性残差方程求解柱塞内气体的高度；
根据柱塞内气体的高度，每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量。
在一个实施例中，所述泵下冲程时的泵内压力可以为忽略了泵的重力和柱塞与工作筒壁之间的摩擦力得到的抽油泵内压力。
在一个实施例中，所述游动阀打开时的泵载荷可以为忽略了泵自身重力和柱塞与工作筒之间的摩擦力得到的泵载荷。
在一个实施例中，所述下冲程泵载荷卸载过程中的泵内压力可以为忽略了流体过游动阀压降得到的泵内压力。
在一个实施例中，所述抽油机井示功图求产气量模型为考虑了如下因素的其中之一或任意组合的预先建立的模型：油管内流体为轴向一维稳定流动；泵内流体为等温流动，且同一位置处气液相压力相等；油管锚定，且泵内存在气体；不考虑泵内自由气体由于压力变化溶解到液相中；不考虑泵的游动阀和固定阀流体漏失。
在一个实施例中，所述抽油机井示功图求产气量模型可以为：
其中，Qg为每一抽示功图对应的井口产气量；Ql为每一抽示功图对应的井口产液量；Rp为生产气液比；np为冲次；Zh为井口气体压缩因子；Th为井口温度；Zp为泵内气体压缩因子；Tp为泵内温度；sq为柱塞内气体的高度；Ap为柱塞的横截面积；ppd为泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力；ph为井口压力。
在一个实施例中，上述基于示功图的抽油机井产气量确定装置还可以包括：
变化分析单元，用于根据抽油机每一抽示功图对应的井口产气量，得到抽油机井产气量的变化曲线；
生产分析单元，用于根据抽油机井产气量的变化曲线，对抽油机井的生产动态进行分析。
基于前述发明构思，如图6所示，本发明还提出了一种计算机设备500，包括存储器510、处理器520及存储在存储器510上并可在处理器520上运行的计算机程序530，所述处理器520执行所述计算机程序530时实现前述基于示功图的抽油机井产气量确定方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读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上述基于示功图的抽油机井产气量确定方法。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于示功图的抽油机井产气量确定方法。
本发明实施例中，基于示功图的抽油机井产气量确定方案，通过：获取抽油机每一抽示功图对应的井口产液量；根据每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量；所述抽油机井示功图求产气量模型根据抽油机井示功图和气体状态方程预先建立；将每一抽示功图对应的井口产气量进行累计得到抽油机井口累计产气量，可以基于示功图定量求取抽油机井产气量，降低了劳动强度，提高了生产效率。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种基于示功图的抽油机井产气量确定方法，其特征在于，包括：
获取抽油机每一抽示功图对应的井口产液量；
根据每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量；所述抽油机井示功图求产气量模型根据抽油机井示功图和气体状态方程预先建立；
将每一抽示功图对应的井口产气量进行累计得到抽油机井口累计产气量。
2.如权利要求1所述的基于示功图的抽油机井产气量确定方法，其特征在于，还包括按照如下方法预先建立抽油机井示功图求产气量模型：
在泵下冲程时，对抽油泵进行受力分析，根据力平衡得到泵下冲程时的泵载荷模型；
根据泵下冲程时的泵载荷模型，得到泵下冲程时的泵内压力模型；
在泵下冲程载荷卸载完成后，根据泵下冲程时的泵载荷模型，得到游动阀打开时的泵载荷模型；
根据泵下冲程时的泵内压力模型及游动阀打开时的泵载荷模型，得到游动阀打开时的泵内压力模型；
根据气体状态方程得到泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力模型；
根据游动阀打开时的泵内压力模型，以及泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力模型，得到泵内气体的体积模型；
根据泵内气体的体积模型及气体状态方程式，得到气体在抽油机井口的体积模型：
根据气体在抽油机井口的体积模型，得到确定抽油机井产气量的所述抽油机井示功图求产气量模型。
3.如权利要求2所述的基于示功图的抽油机井产气量确定方法，其特征在于，所述泵下冲程时的泵内压力为忽略了泵的重力和柱塞与工作筒壁之间的摩擦力得到的抽油泵内压力。
4.如权利要求2所述的基于示功图的抽油机井产气量确定方法，其特征在于，所述游动阀打开时的泵载荷为忽略了泵自身重力和柱塞与工作筒之间的摩擦力得到的泵载荷。
5.如权利要求2所述的基于示功图的抽油机井产气量确定方法，其特征在于，所述游动阀打开时的泵内压力为忽略了流体过游动阀压降得到的泵内压力。
6.如权利要求1所述的基于示功图的抽油机井产气量确定方法，其特征在于，还包括根据如下因素的其中之一或任意组合，预先建立抽油机井示功图求产气量模型：油管内流体为轴向一维稳定流动；泵内流体为等温流动，且同一位置处气液相压力相等；油管锚定，且泵内存在气体；不考虑泵内自由气体由于压力变化溶解到液相中；不考虑泵的游动阀和固定阀流体漏失。
7.如权利要求1所述的基于示功图的抽油机井产气量确定方法，其特征在于，所述抽油机井示功图求产气量模型为：
其中，Qg为每一抽示功图对应的井口产气量；Ql为每一抽示功图对应的井口产液量；Rp为生产气液比；np为冲次；Zh为井口气体压缩因子；Th为井口温度；Zp为泵内气体压缩因子；Tp为泵内温度；sq为柱塞内气体的高度；Ap为柱塞的横截面积；ppd为泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力；ph为井口压力。
8.如权利要求1所述的基于示功图的抽油机井产气量确定方法，其特征在于，根据每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量，包括：
在示功图中的预设载荷卸载过程段任意选取两组数据点，得到每一数据点对应的载荷与位移；
根据抽油泵和光杆的横截面积，及预先建立的游动阀打开时的泵内压力与泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力之间的关系，构建非线性残差方程求解柱塞内气体的高度；
根据柱塞内气体的高度，每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量。
9.如权利要求1所述的基于示功图的抽油机井产气量确定方法，其特征在于，还包括：
根据抽油机每一抽示功图对应的井口产气量，得到抽油机井产气量的变化曲线；
根据抽油机井产气量的变化曲线，对抽油机井的生产动态进行分析。
10.一种基于示功图的抽油机井产气量确定装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取抽油机每一抽示功图对应的井口产液量；
求取单元，根据每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量；所述抽油机井示功图求产气量模型根据抽油机井示功图和气体状态方程预先建立；
确定单元，用于将每一抽示功图对应的井口产气量进行累计得到抽油机井口累计产气量。
11.如权利要求10所述的基于示功图的抽油机井产气量确定装置，其特征在于，还包括建立单元，用于按照如下方法预先建立抽油机井示功图求产气量模型：
在泵下冲程时，对抽油泵进行受力分析，根据力平衡得到泵下冲程时的泵载荷模型；
根据泵下冲程时的泵载荷模型，得到泵下冲程时的泵内压力模型；
在泵下冲程载荷卸载完成后，根据泵下冲程时的泵载荷模型，得到游动阀打开时的泵载荷模型；
根据泵下冲程时的泵内压力模型及游动阀打开时的泵载荷模型，得到游动阀打开时的泵内压力模型；
根据气体状态方程得到泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力模型；
根据游动阀打开时的泵内压力模型，以及泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力模型，得到泵内气体的体积模型；
根据泵内气体的体积模型及气体状态方程式，得到气体在抽油机井口的体积模型：
根据气体在抽油机井口的体积模型，得到确定抽油机井产气量的所述抽油机井示功图求产气量模型。
12.如权利要求10所述的基于示功图的抽油机井产气量确定装置，其特征在于，所述求取单元具体用于：
在示功图中的预设载荷卸载过程段任意选取两组数据点，得到每一数据点对应的载荷与位移；
根据抽油泵和光杆的横截面积，及预先建立的游动阀打开时的泵内压力与泵下冲程载荷卸载过程中柱塞不同位移处泵内压力之间的关系，构建非线性残差方程求解柱塞内气体的高度；
根据柱塞内气体的高度，每一抽示功图对应的井口产液量，以及预先建立的抽油机井示功图求产气量模型，得到抽油机井每一抽示功图对应的井口产气量。
13.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至9任一所述方法。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读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权利要求1至9任一所述方法。
15.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至9任一所述方法。
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