一种利用抽油机泵功图在线计算油井动液面方法技术

本发明专利技术公开了一种利用抽油机泵功图在线计算油井动液面方法，其特征在于：所述利用抽油机泵功图在线计算油井动液面方法包括：获取地面示功图，用计算机进行数学处理，消除抽油杆柱的变形、杆柱的粘滞阻力、振动和惯性等的影响，得到形状简单而又能真实反映泵工作状况的井下泵示功图，建立井下泵示功图模型，进行井下泵示功图的付氏级数解、粘滞阻尼系数v的计算，然后根据上述得到的井下泵示功图与阀开闭点的关系以及粘滞阻尼系数v建立曲率模型，确定阀开闭点位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油田测量
，具体涉及利用抽油机泵功图在线计算油井动液面方法。
技术介绍
在油田开采中，油井动液面是反映地质储量、优化生产规划、保证采油设备安全运行的重要参数。油井的动液面参数直接反映了地层的供液情况及井下供排关系，是进行采油工艺适应性评价和优化的关键数据之一。在传统管理模式下，动液面的测量主要是利用声波法，需由工人定期到井口进行测量，除了劳动强度大，测量误差也相对较大，同时不能实现实时监测。这在一定程度上降低了油田管理的管理水平，随着数字油田和智能油田建设进程的推进，对于实现油井动液面的实时监测需求日益旺盛。
技术实现思路
为解决上述现有技术缺陷，本专利技术的目的在于提供利用抽油机泵功图在线计算油井动液面方法，其特征在于：所述利用抽油机泵功图在线计算油井动液面方法包括：获取地面示功图，用计算机进行数学处理，消除抽油杆柱的变形、杆柱的粘滞阻力、振动和惯性等的影响，得到形状简单而又能真实反映泵工作状况的井下泵示功图，建立井下泵示功图模型，进行井下泵示功图的付氏级数解、粘滞阻尼系数v的计算，然后根据上述得到的井下泵示功图与阀开闭点的关系以及粘滞阻尼系数v建立曲率模型，确定阀开闭点位置。优选的，所述井下泵示功图模型为：式中，Fpu为上冲程固定阀打开后到关闭前泵载；Fpd为下冲程游动阀打开后至关闭前泵载；ρo为原油密度；fp为柱塞截面积；Pc为井口套压；Pn为井口回压；△p为过阀压降；Pl为液体密度；L为抽油杆总长；f为柱塞与泵筒间的摩擦阻力。优选的，所述粘滞阻尼系数v的计算采用A.M.皮尔维尔江阻尼力公式，根据做功相等原理推导出的阻尼系数计算公式：v(I)＝vr(I)+vc(I)式中，v(I)—第I级抽油杆柱的粘滞阻尼系数；vr(I)—第I级抽油杆按杆体计算的粘滞阻尼系数；vc(I)—第I级抽油杆柱考虑接箍阻力后，附加的粘滞阻尼系数；Lc—当量长度；m(I)—抽油杆与油管的半径比；u(I)—第I级抽油杆对应井下流体的平均粘度；ρr—抽油杆密度；B1(I)，B2(I)—与m(I)有关的常数；Li—第I级抽油杆深度；xa—频率比；ya，yb，yc，yd—可由ω及各级杆柱的长度计算的三角函数；ye，yf—可用m(I)，ya，yb，yc，yd计算得到的常数。所述曲率模型建立步骤为：1)根据井下泵示功图与阀开闭点的关系，建立井下泵示功图与阀开闭点的关系图形，2)取连续曲线上任意一点，将其曲率K定义为夹角α对弧度S的变化率，并等于曲率半径R的倒数，计算方程如下：所述阀开闭点位置确定方法为：假设A点为游动阀关闭点，B点为固定阀开启点，C点为固定阀关闭点，D点为游动阀开启点，ABC为上冲程，CDA为下冲程。根据泵的工作过程和泵柱塞上载荷的大小及阀开闭点的位置，可以将泵示功图分为四个阶段，AB柱塞加载段，从游动阀关闭到固定阀开启，柱塞上行，柱塞载荷在短时间内迅速增大，但相对于泵筒的位移变化量较小；BC高载荷段又称为泵的吸入过程，从固定阀开启到固定阀关闭，柱塞上行，柱塞载荷维持在一个较高的水平，同时相对于泵筒的位移变化量较大；CD柱塞卸载段，从固定阀关闭到游动阀开启，柱塞下行，柱塞载荷在短时间内迅速减小，但相对于泵筒的位移变化量较小；DA低载荷段又称为泵排出过程，从游动阀开启到游动阀关闭，柱塞下行，柱塞载荷维持在一个较低的水平，同时相对于泵筒的位移变化量较大；通过分析可知，泵示功图曲线曲率变化最大点即为阀开闭点；固定阀的开闭点位于泵示功图上冲程的高载荷段，游动阀的开闭点位于泵示功图下冲程的低载荷段；柱塞有效冲程为固定阀开、闭点位移差与游动阀阀开、闭点位移差的绝对值中较小的一个。附图说明图1为本专利技术的泵示功图与阀开闭点的关系图；图2是本专利技术实施例离散点曲率求解模型图；图3是本专利技术实施例阀开闭点位置判断图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做详细说明。实施例1先把地面示功图用计算机进行数学处理，消除抽油杆柱的变形、杆柱的粘滞阻力、振动和惯性等的影响，得到形状简单而又能真实反映泵工作状况的井下泵示功图。井下泵相对于悬点受力简单、动载荷的影响小。再确定阀开、闭点的位置得到Fpu、Fpd，根据井下泵的压力构成分析，忽略摩擦和加速度引起的压降，及其它影响很小的因素，如气柱段压差等，得到油井动液面计算的简化公式为式中，式中，Fpu为上冲程固定阀打开后到关闭前泵载，Fpd为下冲程游动阀打开后至关闭前泵载，ρo为原油密度，kg/m3；fp为柱塞截面积，Pc为井口套压，Pn为井口回压，△p为过阀压降，Pl为液体密度，L为抽油杆总长，f为柱塞与泵筒间的摩擦阻力。1、功图计算泵功图计算是用带粘滞阻尼的波动方程作为描述抽油杆柱动态的基本微分方程：式中，u—抽油杆柱x断面不同时刻的位移；x—抽油杆柱断面深度；t—时间；c—应力波在杆中的传播速度；v—井液对抽油杆柱粘滞阻尼系数。模型的边界条件由地面示功图给出，并以光杆载荷与时间和位移关系曲线形式表示出来，数学模型如下：u(x，t)|x＝0＝u(ωt)F(x，t)|x＝0＝D(ωt)＝L(ωt)-Wr式中，L(ωt)—抽油机悬点载荷；Wr—抽油杆柱重量。(1)模型的付氏级数解在上述边界条件下，求解基本微分方程(2-1)时，采用截断的付立叶级数表示D(ωt)和u(ωt)：式中，ω—角速度；D(ωt)—光杆动载荷函数；L(ωt)—光杆总载荷函数；Wr—抽油杆柱在液体中重力；U(ωt)—光杆位移函数。式中的傅叶系数σ、τ、ν、δ由下式给出其中为截断的傅立叶级数的项数。由于D(ωt)与U(ωt)没有显式的方程式，我们将曲线离散化进行数值计算。令θ＝ωt，对σn来说，得到：设θ为离散变量动截荷用下面符号表示：对(a)式用梯形法则进行数值积分合并同类项，并考虑到对周期函数D0＝Dk，因而用分离变量法基本微分方程，其边界条件为(2-2)及(2-3)。令Z(x,t)为(2-1)的复数形式解，其实部为u(x,t)，这样(2-1)为：应用分离变量法，解的乘积形式为：Z(x，t)＝X(x)T(t)(b)Z(x)和T(t)分别仅为x和t的函数，将其微分，并代入(a)中，得出：上式等式的每一侧仅含有一个独立变量，因而它等于一个常数，令其为(c)式成为：这就将偏微分方程(a)分离为两个常微分方程：首先寻找方程(e)的周期解：T(t)：einωt将其微分，并代入方程(e)得出因为einωt≠0，于是令λn＝-αn+iβn(I)代入(h)式，并注意取αn与βn为实数，解得我们称λn为方程(d)的本征值。当n＝0时，λ0＝0，方程(e)、(f)成为...

【技术保护点】
一种利用抽油机泵功图在线计算油井动液面方法，其特征在于：一种利用抽油机泵功图在线计算油井动液面方法包括：获取地面示功图，用计算机进行数学处理，消除抽油杆柱的变形、杆柱的粘滞阻力、振动和惯性等的影响，得到形状简单而又能真实反映泵工作状况的井下泵示功图，建立井下泵示功图模型，进行井下泵示功图的付氏级数解、粘滞阻尼系数v的计算，然后根据上述得到的井下泵示功图与阀开闭点的关系以及粘滞阻尼系数v建立曲率模型，确定阀开闭点位置。

【技术特征摘要】
1.一种利用抽油机泵功图在线计算油井动液面方法，其特征在于：一种利
用抽油机泵功图在线计算油井动液面方法包括：获取地面示功图，用计算机进
行数学处理，消除抽油杆柱的变形、杆柱的粘滞阻力、振动和惯性等的影响，
得到形状简单而又能真实反映泵工作状况的井下泵示功图，建立井下泵示功图
模型，进行井下泵示功图的付氏级数解、粘滞阻尼系数v的计算，然后根据上
述得到的井下泵示功图与阀开闭点的关系以及粘滞阻尼系数v建立曲率模型，
确定阀开闭点位置。
2.根据权利要求1所述的利用抽油机泵功图在线计算油井动液面方法，其
特征在于：所述井下泵示功图模型为：
Lf=Fpu-Fpdρogfp+pc-pn-2Δpρog+(1-ρlρo)]]>式中，Fpu为上冲程固定阀打开后到关闭前泵载；Fpd为下冲程游动阀打
开后至关闭前泵载；ρo为原油密度；fp为柱塞截面积；Pc为井口套压；Pn
为井口回压；△p为过阀压降；Pl为液体密度；L为抽油杆总长；f为柱塞与泵
筒间的摩擦阻力。
3.根据权利要求1所述的利用抽油机泵功图在线计算油井动液面方法，其
特征在于：所述粘滞阻尼系数v的计算采用A.M.皮尔维尔江阻尼力公式，根据
做功相等原理推导出的阻尼系数计算公式：
v(I)＝vr(I)+vc(I)
vr(I)=2πu(I)ρrAr[1lnm(I)+4B2(I)(B1(I)+1(B1(I)+Ir)]]]>Ir=2(ya+yb)ωaLi-Li-1cos(xa)+(yc+yd)sin(xa)]]>vc=2πu(I)ρrAraLcω(Li-Li-1)yfye(ya+yb)]]>式中，v(I)—第I级抽油杆柱的粘滞阻尼系数；vr(I)—第I级抽油杆按杆体
计算的粘滞阻尼系数；vc(I)—第I级抽油杆柱考虑接箍阻力后，附加的粘滞阻尼
系数；Lc—当量长度；m(I)—抽油杆与油管的半径比；u(I)—第I级抽油杆对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿延久，薛胜东，鲁玉庆，杨湖川，胡勇军，崔宁，常波，高华，迟洪利，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司，
类型：发明
国别省市：山东;37