一種有桿抽油系統(tǒng)效率實時監(jiān)測方法
【專利摘要】一種有桿抽油系統(tǒng)效率實時監(jiān)測方法，屬于計算機油田數(shù)字化建設(shè)【技術(shù)領(lǐng)域】。含有數(shù)據(jù)采集步驟和數(shù)據(jù)分析步驟；數(shù)據(jù)采集步驟含有以下步驟；建立抽油機功圖法油井自動計量與監(jiān)測系統(tǒng)，全天候不間斷地對所轄區(qū)塊內(nèi)油井的運行狀況進行實時監(jiān)測步驟，每十分鐘實時采集功圖數(shù)據(jù)，并進行產(chǎn)液量計算；建立電參數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實時采集三相電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因素等參數(shù)，將實時采集的大量數(shù)據(jù)存儲在專用的數(shù)據(jù)庫中；數(shù)據(jù)分析步驟含有以下步驟；開發(fā)系統(tǒng)實時效率監(jiān)測軟件，通過對專用數(shù)據(jù)庫中的實時采集數(shù)據(jù)進行計算分析，得到反映系統(tǒng)運行狀況的動態(tài)參數(shù)，對比階段狀態(tài)運行變化趨勢，繪制出各技術(shù)指標(biāo)隨時間變化的趨勢圖，用于指導(dǎo)生產(chǎn)。
【專利說明】一種有桿抽油系統(tǒng)效率實時監(jiān)測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有桿抽油系統(tǒng)效率實時監(jiān)測方法，屬于計算機油田數(shù)字化建設(shè)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]各油田都采用便攜測試儀對抽油系統(tǒng)功圖和輸入電參數(shù)進行定期或不定期測試，然后利用抽油系統(tǒng)效率計算、仿真和優(yōu)化設(shè)計軟件對測試數(shù)據(jù)進行分析計算。隨著油田數(shù)字化建設(shè)的開展，西部某油田建立了功圖法油井計量裝置和實時電參數(shù)采集裝置，可以全天候?qū)崪y功圖數(shù)據(jù)和電參數(shù)，目前還沒有一個方法利用已測量實時數(shù)據(jù)對抽油系統(tǒng)效率計算，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)效率的實時監(jiān)測、趨勢分析和油井的精細(xì)化管理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種有桿抽油系統(tǒng)效率實時監(jiān)測方法。
[0004]一種有桿抽油系統(tǒng)效率實時監(jiān)測方法，解決抽油系統(tǒng)效率實時監(jiān)測、分析問題。通過實時計算油井的平衡度、地面效率、井下效率和系統(tǒng)效率，為抽油系統(tǒng)的優(yōu)化改進、油田的生產(chǎn)管理提供依據(jù)，達到提高抽油機井系統(tǒng)效率，降低抽油機能耗，降低生產(chǎn)成本的目的，實現(xiàn)油田的低碳開發(fā)。
[0005]一種有桿抽油系統(tǒng)效率實時監(jiān)測方法，含有數(shù)據(jù)采集步驟和數(shù)據(jù)分析步驟；
[0006]數(shù)據(jù)采集步驟含有以下步驟；
[0007]建立抽油機功圖法油井自動計量與監(jiān)測系統(tǒng)，全天候不間斷地對所轄區(qū)塊內(nèi)油井的運行狀況進行實時監(jiān)測步驟，每十分鐘實時采集功圖數(shù)據(jù)，并進行產(chǎn)液量計算；建立電參數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實時采集三相電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因素等參數(shù)，將實時采集的大量數(shù)據(jù)存儲在專用的數(shù)據(jù)庫中；
[0008]數(shù)據(jù)分析步驟含有以下步驟；
[0009]開發(fā)系統(tǒng)實時效率監(jiān)測軟件，通過對專用數(shù)據(jù)庫中的實時采集數(shù)據(jù)進行計算分析，得到反映系統(tǒng)運行狀況的動態(tài)參數(shù)(系統(tǒng)效率、地面效率、井下效率、平衡度)，對比階段狀態(tài)運行變化趨勢，繪制出了各技術(shù)指標(biāo)隨時間變化的趨勢圖，用于指導(dǎo)生產(chǎn)。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點是提高抽油機井系統(tǒng)效率，降低抽油機能耗，降低生產(chǎn)成本，為油田的生產(chǎn)管理提供一個可靠的依據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，如圖其中:
[0012]圖1為本發(fā)明的一種有桿抽油系統(tǒng)效率實時監(jiān)測方法流程圖。
[0013]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

【具體實施方式】
[0014]顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本發(fā)明的宗旨所做的許多修改和變化屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0015]實施例1:如圖1所示，一種有桿抽油系統(tǒng)效率實時監(jiān)測方法，含有數(shù)據(jù)采集步驟和數(shù)據(jù)分析步驟；
[0016]數(shù)據(jù)采集步驟含有以下步驟；
[0017]建立抽油機功圖法油井自動計量與監(jiān)測系統(tǒng)，全天候不間斷地對所轄區(qū)塊內(nèi)油井的運行狀況進行實時監(jiān)測步驟，每十分鐘實時采集功圖數(shù)據(jù)，并進行產(chǎn)液量計算；建立電參數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實時采集三相電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因素等參數(shù)，將實時采集的大量數(shù)據(jù)存儲在專用的數(shù)據(jù)庫中；
[0018]數(shù)據(jù)分析步驟含有以下步驟；
[0019]開發(fā)系統(tǒng)實時效率監(jiān)測軟件，通過對專用數(shù)據(jù)庫中的實時采集數(shù)據(jù)進行計算分析，得到反映系統(tǒng)運行狀況的動態(tài)參數(shù)(系統(tǒng)效率、地面效率、井下效率、平衡度)，對比階段狀態(tài)運行變化趨勢，繪制出了各技術(shù)指標(biāo)隨時間變化的趨勢圖，用于指導(dǎo)生產(chǎn)。
[0020]⑴實時監(jiān)測步驟；
[0021]根據(jù)抽油機懸點位移變化曲線，可以通過下式計算出所測周期中抽油機懸點的實際沖程Dsus ;
[0022]Dsus = max ⑶—min (S)
[0023]將Dsus代入下式可計算出當(dāng)前抽油機井的泵效α ；
α=_Q_
[0024]—,.π.丨 f、
60.U.,U ,);


4
[0025]通過下式可計算出液柱的重量W。(kN)；
[0026]Wo = pon -9.8- Hir, ■ π ■,尸—；

4
[0027](其中，Drmd為最末一級桿柱的直徑)
[0028]由下式可計算得到桿柱總長度的變化量Dl (m)；
七 4 ■人；
[0029]Δ/ = 2^7-ΤΓ;
ItE1-K-Di
[0030](其中，Li表示第i級桿的長度，Ei表示第i級桿的彈性模量，Di表示第i級桿的直徑，η為桿柱的級數(shù))；
[0031]通過下式可進一步計算得到泵利用率η ρ ；

α.Α,.、
[0032]^7；
[0033]根據(jù)實測的沖刺，可以利用下式得到一個沖程周期的時間T(S)；
「Π 7.60
[0034]I =—;
N
[0035]由抽油機懸點位移及對應(yīng)的載荷曲線，可以得到抽油機所在測試的沖程周期中的懸點示功圖；通過對功圖的面積運用數(shù)值積分算法可得到在一個沖程周期中抽油機對懸點載荷所作的功(光桿功)Wr (kj)；
[0036]根據(jù)下式可得到懸點在一個沖程周期中的平均功率(平均光桿功率)Pr (kff)；
- \\
[0037]Pr=~^\
[0038]根據(jù)油井的含水率、原油密度，利用下式可以計算得到油水混合液的密度Pl(t/%)；
[0039]Pi= (1- nwater).P oil+ nwater ；
[0040]根據(jù)油井動液面深度以及油壓與套壓的取值，可以通過下式得到液體的有效舉升高度H(m)；
rr 廠(P-F)-1QOO
[0041]H = H +--；

P1 -9.8
[0042]將計算得到的一個沖程周期中的平均水功率與平均光桿功率代入下式，即可計算出有桿抽油系統(tǒng)的平均井下效率％;
r ? —Jl
[0043]Tjd ==;
[0044]根據(jù)電動機輸入功率變化曲線，可利用積分的方法得到電動機平均輸入功率T^(/dF)，再由下式可計算出有桿抽油系統(tǒng)的平均地面效率
—Tr
[0045]% = =r-;

P mi
[0046]根據(jù)下式，可得到整個有桿抽油系統(tǒng)的平均系統(tǒng)效率f ；
[0047]Usys =?-? ；
[0048]由電動機的特性參數(shù)以及電動機的輸入功率，可得到電動機在一個沖程周期中的負(fù)載率λ的變化曲線。根據(jù)下式，可以求出電動機的輸出功率Pnw (kw)的變化曲線:Pnw(t)=P0X λ (t);
[0049](其中，P。表示電動機的額定功率，kff)；
[0050]考慮由傳動皮帶與減速箱構(gòu)成的減速裝置傳動效率影響，可由下式得到減速箱的輸出功率Pm隨時間變化的曲線。
[0051]Pro(t) = nrxpmo(t)；
[0052](其中，L表示減速裝置的平均傳動效率)
[0053]將Pra與I代入下式，即可求出在一個沖程周期中的抽油機四連桿機構(gòu)平均傳動

Γ7
效率；
[0054]由懸點的位移曲線及抽油機四連桿機構(gòu)的傳動關(guān)系，可以得到曲柄的角位移曲線，對角位移曲線進行數(shù)值微分并濾波，即可得到曲柄轉(zhuǎn)速ω隨時間變化的曲線，因為曲柄軸即為減速箱的輸出軸，所以可以通過下式計算得到曲柄軸上的凈扭矩隨時間變化的曲線.P ?/)
[0055]Tn(I) = -^- ■,

(Od)
[0056]根據(jù)曲柄凈扭矩變化曲線，通過下式即可計算出抽油機的平衡度Epst ；
? , max(/；,.,)
[0057]^pst =-

max( Il!!:)
[0058](其中，max(Tnu)表示上沖程曲柄凈扭矩的峰值，max(Tnd)表示下沖程曲柄凈扭矩的峰值);
[0059]由抽油機的懸點載荷及傳動特性，可以得到曲柄上所承受的負(fù)載扭矩T1，根據(jù)下式可以計算得到曲柄平衡扭矩Tb ；
[0060]Tb = T1-Tn ；
[0061]⑵數(shù)據(jù)分析步驟:
[0062]①通過安裝在井口懸繩器上的載荷傳感器和游梁下方的位移傳感器，對抽油機井抽油桿載荷和位移進行測量；
[0063]②載荷和位移電信號通過電纜線傳至井組控制箱內(nèi)控制終端(RTU)，再通過井組天線，將采集數(shù)據(jù)以波的形式傳至主站中心接收天線進行數(shù)據(jù)接收；
[0064]③通過數(shù)據(jù)處理點(控制中心)無線服務(wù)器將接收到的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳至站內(nèi)計算機；
[0065]④利用計算機上的油井監(jiān)測、計量軟件對油井工況進行24小時連續(xù)監(jiān)測并進行故障診斷分析和產(chǎn)液量計算。
[0066]電參數(shù)實時采集裝置:實時采集三相電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因素等參數(shù)。
[0067]如上所述，對本發(fā)明的實施例進行了詳細(xì)地說明，但是只要實質(zhì)上沒有脫離本發(fā)明的發(fā)明點及效果可以有很多的變形，這對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種有桿抽油系統(tǒng)效率實時監(jiān)測方法，其特征在于含有數(shù)據(jù)采集步驟和數(shù)據(jù)分析步驟； 數(shù)據(jù)采集步驟含有以下步驟； 建立抽油機功圖法油井自動計量與監(jiān)測系統(tǒng)，全天候不間斷地對所轄區(qū)塊內(nèi)油井的運行狀況進行實時監(jiān)測步驟，每十分鐘實時采集功圖數(shù)據(jù)，并進行產(chǎn)液量計算；建立電參數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實時采集三相電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因素等參數(shù)，將實時采集的大量數(shù)據(jù)存儲在專用的數(shù)據(jù)庫中； 數(shù)據(jù)分析步驟含有以下步驟； 開發(fā)系統(tǒng)實時效率監(jiān)測軟件，通過對專用數(shù)據(jù)庫中的實時采集數(shù)據(jù)進行計算分析，得到反映系統(tǒng)運行狀況的動態(tài)參數(shù)(系統(tǒng)效率、地面效率、井下效率、平衡度)，對比階段狀態(tài)運行變化趨勢，繪制出了各技術(shù)指標(biāo)隨時間變化的趨勢圖，用于指導(dǎo)生產(chǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有桿抽油系統(tǒng)效率實時監(jiān)測方法，其特征在于: ⑴實時監(jiān)測步驟； 根據(jù)抽油機懸點位移變化曲線，通過下式計算出所測周期中抽油機懸點的實際沖程D.u SUS ?
Dsus = max (S) -min (S)； 將Dsus代入下式計算出當(dāng)前抽油機井的泵效α ；
O a =-—-— 通過下式計算出液柱的重量W。(kN)；
O1-Dr - K-Poil-9.8-Hm.π.' 4 ^ ; (其中，Drend為最末一級桿柱的直徑) 由下式計算得到桿柱總長度的變化量Dl (m)；
JL.Λ.? M = Y '；
^E1-K-Di (其中，Li表示第i級桿的長度，Ei表示第i級桿的彈性模量，Di表示第i級桿的直徑，η為桿柱的級數(shù))； 通過下式進一步計算得到泵利用率ΠΡ ； η - a'D^ - . 1 一
SllS 根據(jù)實測的沖刺，利用下式得到一個沖程周期的時間T(S)； τ 60
/ 一_.X —9
N 由抽油機懸點位移及對應(yīng)的載荷曲線，得到抽油機所在測試的沖程周期中的懸點示功圖；通過對功圖的面積運用數(shù)值積分算法得到在一個沖程周期中抽油機對懸點載荷所作的功(光桿功)WJkJ)； 根據(jù)下式得到懸點在一個沖程周期中的平均功率(平均光桿功率)pr(kff)； —W 'T 根據(jù)油井的含水率、原油密度，利用下式計算得到油水混合液的密度P1(Vms)；
Pl(I ^water) P oil+ water ; 根據(jù)油井動液面深度以及油壓與套壓的取值，通過下式得到液體的有效舉升高度H(m)； 丑式+ (^)_; m P,.9.8 將計算得到的一個沖程周期中的平均水功率與平均光桿功率代入下式，計算出有桿抽油系統(tǒng)的平均井下效率^ ; —/；.'7?.二=; 根據(jù)電動機輸入功率變化曲線，利用積分的方法得到電動機平均輸入功率再由下式計算出有桿抽油系統(tǒng)的平均地面效$ ~ —P,.1 mi 根據(jù)下式，得到整個有桿抽油系統(tǒng)的平均系統(tǒng)效率 iUUh ; 由電動機的特性參數(shù)以及電動機的輸入功率，得到電動機在一個沖程周期中的負(fù)載率λ的變化曲線；根據(jù)下式,求出電動機的輸出功率Pnw(kw)的變化曲線:PM(t)=P。.λ (t)； (其中，P。表示電動機的額定功率，kff)； 考慮由傳動皮帶與減速箱構(gòu)成的減速裝置傳動效率影響，由下式得到減速箱的輸出功率Pm隨時間變化的曲線；
Pro ⑴=nr.Pmo (t)； (其中，L表示減速裝置的平均傳動效率) 將Pm與I代入下式，即求出在一個沖程周期中的抽油機四連桿機構(gòu)平均傳動效率；；r ■hnk w? ro ’ 由懸點的位移曲線及抽油機四連桿機構(gòu)的傳動關(guān)系，得到曲柄的角位移曲線，對角位移曲線進行數(shù)值微分并濾波，即得到曲柄轉(zhuǎn)速ω隨時間變化的曲線，因為曲柄軸即為減速箱的輸出軸，所以通過下式計算得到曲柄軸上的凈扭矩隨時間變化的曲線；
P (/)
ω{?) 根據(jù)曲柄凈扭矩變化曲線，通過下式即計算出抽油機的平衡度Epst ；
max(7?J (其中，max(Tnu)表示上沖程曲柄凈扭矩的峰值，max(Tnd)表示下沖程曲柄凈扭矩的峰值); 由抽油機的懸點載荷及傳動特性，得到曲柄上所承受的負(fù)載扭矩T1，根據(jù)下式計算得到曲柄平衡扭矩Tb;
Tb = T1-Tn ； ⑵數(shù)據(jù)分析步驟: ①通過安裝在井口懸繩器上的載荷傳感器和游梁下方的位移傳感器，對抽油機井抽油桿載荷和位移進行測量； ②載荷和位移電信號通過電纜線傳至井組控制箱內(nèi)控制終端(RTU)，再通過井組天線，將采集數(shù)據(jù)以波的形式傳至主站中心接收天線進行數(shù)據(jù)接收； ③通過數(shù)據(jù)處理點(控制中心)無線服務(wù)器將接收到的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳至站內(nèi)計算機； ④利用計算機上的油井監(jiān)測、計量軟件對油井工況進行24小時連續(xù)監(jiān)測并進行故障診斷分析和產(chǎn)液量計算。
【文檔編號】E21B47/009GK104213904SQ201310219500
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月5日
【發(fā)明者】楊瑞, 辛宏, 慕立俊, 曾亞勤, 黃偉, 郭方元, 李明江, 呂億明, 韓二濤 申請人:中國石油天然氣股份有限公司