專利名稱：一種油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油井產(chǎn)液量的計(jì)量及工況分析優(yōu)化技術(shù)，特別涉及一種以采油工程技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的油井產(chǎn)液量的計(jì)量、工況分析優(yōu)化方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)各油田采用的油井產(chǎn)量計(jì)量方法主要有玻璃管量油孔板測氣、翻斗量油孔板測氣、兩相分離密度法和三相分離計(jì)量方法等。
1.原油的測量 采用玻璃管液面計(jì)量油 玻璃管量油是國內(nèi)各油田普遍采用的傳統(tǒng)方法，約占油井總數(shù)的90％以上。該方法的有益之處在于裝備簡單、投資少；但是，由于采用間歇量油的方式來折算產(chǎn)量，導(dǎo)致原油系統(tǒng)誤差較大，約為10％～20％。
采用電報量油 在玻璃管液面計(jì)量油的基礎(chǔ)上，在規(guī)定的量油高度H上、下各安裝一個電極，當(dāng)水上升到下電極時，計(jì)時電表接通開始計(jì)時；水上升到上電極時，電表切斷停止走動，記錄水上升H高的時間t，則可按照玻璃管液面計(jì)量油的方法計(jì)算出油井的產(chǎn)量。該方法的主要缺點(diǎn)是操作難度較大，不能連續(xù)量油，因?yàn)樾枰斯?dǎo)流程，仍然需要每次量完后用其它井的天然氣將計(jì)量罐中的液面壓下來才能進(jìn)行下一次計(jì)量。
采用翻斗量油 翻斗量油裝置主要由量油器、計(jì)數(shù)器等組成。一個斗裝滿時翻到排油，另一個斗裝油，這樣反復(fù)循環(huán)來累積油量。這種量油裝置結(jié)構(gòu)簡單，具有一定計(jì)量精度。該方法的主要缺點(diǎn)在于，設(shè)備投資較大，不能應(yīng)用普通的計(jì)量罐，而且經(jīng)常出現(xiàn)漏量或倒不干凈的情況，對于產(chǎn)量很低的稠油適應(yīng)性稍好些。
2.綜合測量的計(jì)量裝置 隨著技術(shù)的發(fā)展以及油田管理和降低工人勞動強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率的需要，相繼出現(xiàn)了許多可以對油井油、氣、水產(chǎn)量進(jìn)行綜合測量的計(jì)量裝置。
采用三相分離計(jì)量 三相分離計(jì)量是把油、氣、水分離后分別計(jì)量，分離后原油含水較低(一般在30％以下)，原油測量誤差降低，不受油井含水率的影響。但是，要想把特高含水原油分離成低含水原油并進(jìn)行計(jì)量，工藝技術(shù)十分復(fù)雜，而且數(shù)量很大的游離水經(jīng)常攜帶一部分原油，造成很大誤差，且所需的設(shè)備儀表多、投資大、管理操作難度大、維修費(fèi)用高。
采用兩相分離計(jì)量 兩相分離計(jì)量是將油井采出液分離成液體和氣體，然后分別對其進(jìn)行計(jì)量。兩相分離計(jì)量設(shè)備主要由兩相分離器、氣體流量計(jì)、液體流量計(jì)、含水分析儀等組成。其中，氣體流量計(jì)和液體流量計(jì)計(jì)量油井的產(chǎn)氣量和產(chǎn)液量，含水分析儀測量分離出液體的含水率，由此計(jì)算出油井的油、氣、水產(chǎn)量。
另一種形式的計(jì)量設(shè)備由兩相分離器、質(zhì)量流量計(jì)和氣體流量計(jì)組成。質(zhì)量流量計(jì)測量分離出的液量，并計(jì)算出其中的含水率，從而測量出油井的油、氣、水產(chǎn)量。這種計(jì)算裝置投資較少、操作簡便，在我國油田中獲得了較多的應(yīng)用。該方法的主要缺點(diǎn)是需要較復(fù)雜的地面管線和流程，地面管線和建站投資大。
采用不分離計(jì)量 不分離計(jì)量是不分離油井采出液，將文丘里管、密度計(jì)或不同的流量傳感器結(jié)合起來計(jì)量氣體和液體的流量，液體部分用雙γ射線密度計(jì)、電容、微波水含量監(jiān)控儀來確定油和水的含量，從而計(jì)算出油、氣、水各自的產(chǎn)量。
油氣水不分離計(jì)量技術(shù)在占地面積等方面有很大的優(yōu)越性。但是，油井采出液中的油、氣、水等組分一般不是均勻混合的，并以不同的速度流動，還可能相互作用形成蠟和氫氧化物，并且引起難以預(yù)料的復(fù)雜流態(tài)。因此，開發(fā)具有廣泛適用范圍的流量計(jì)具有很大的難度，并且成功投入使用的還很少。
并且，在上述方法中，均需設(shè)置油井計(jì)量站，并且通過人工定期操作錄取數(shù)據(jù)，這樣不可避免地存在非連續(xù)性和需建立相關(guān)的地面計(jì)量流程及裝置等問題，同時增加了成本。


發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化方法及其系統(tǒng)。通過本發(fā)明，可實(shí)現(xiàn)在油井無計(jì)量站的情況下，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程油井工況數(shù)據(jù)的自動錄取、在無人值守情況下及時掌握油井的動態(tài)變化。
本發(fā)明提供一種油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化方法，該方法包括步驟 獲取油井抽油機(jī)上的傳感器傳送的工況數(shù)據(jù)，并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將該工況數(shù)據(jù)傳送至工況采集及監(jiān)視單元； 工況采集及監(jiān)視單元接收所述工況數(shù)據(jù)，并將該工況數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后傳送至產(chǎn)液量計(jì)量單元，并監(jiān)視油井的運(yùn)行狀態(tài)； 產(chǎn)液量計(jì)量單元接收到所述工況數(shù)據(jù)后，根據(jù)該工況數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中存儲的油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算產(chǎn)液量。
根據(jù)該方法，還包括步驟 對工況數(shù)據(jù)和計(jì)算出的產(chǎn)液量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析； 根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行工況分析； 根據(jù)數(shù)據(jù)分析和工況分析結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
本發(fā)明還提供一種油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)至少包括數(shù)據(jù)采集控制器、工況采集及監(jiān)視單元、產(chǎn)液量計(jì)量單元和存儲單元；其中，數(shù)據(jù)采集控制器，安裝于油井中并與設(shè)置在油井抽油機(jī)上的傳感器相連接，用于采集所述傳感器的工況數(shù)據(jù)并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將該工況數(shù)據(jù)傳送至工況采集及監(jiān)視單元，并對油井進(jìn)行控制； 工況采集及監(jiān)視單元，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)采集控制器進(jìn)行信息交互，接收所述數(shù)據(jù)采集控制器發(fā)送的工況數(shù)據(jù)，并將手動或自動設(shè)置的指令發(fā)送至數(shù)據(jù)采集控制器，并監(jiān)視油井的運(yùn)行狀態(tài)； 產(chǎn)液量計(jì)量單元，與所述工況采集及監(jiān)視單元和存儲器連接，接收所述工況采集及監(jiān)視單元發(fā)送的工況數(shù)據(jù)，并根據(jù)該工況數(shù)據(jù)和儲存在存儲單元中的油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并且應(yīng)用產(chǎn)液量計(jì)算數(shù)學(xué)模型計(jì)算產(chǎn)液量；并將采集到的工況數(shù)據(jù)送入存儲器進(jìn)行存儲； 存儲單元，與所述產(chǎn)液量計(jì)量單元連接，用于儲存油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)供產(chǎn)液量計(jì)量單元使用；接收產(chǎn)液量計(jì)量單元傳送的產(chǎn)液量計(jì)量結(jié)果并儲存，并接收采集的工況數(shù)據(jù)并儲存。
還包括數(shù)據(jù)分析單元，與所述產(chǎn)液量計(jì)量單元和存儲單元連接，用于對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并將數(shù)據(jù)分析結(jié)果發(fā)送至存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)儲存；其中，所述相關(guān)數(shù)據(jù)至少包括產(chǎn)液量、壓力、載荷、泵效、系統(tǒng)效率、區(qū)塊中單井運(yùn)行合理性統(tǒng)計(jì)。
還包括工況分析單元，與所述數(shù)據(jù)分析單元連接，根據(jù)數(shù)據(jù)分析單元的分析結(jié)果對油井工況進(jìn)行分析。
還包括優(yōu)化設(shè)計(jì)單元，與所述數(shù)據(jù)分析單元和工況分析單元連接，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果和工況分析結(jié)果對油井進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的有益效果在于，可在油井無計(jì)量站情況下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程油井工況數(shù)據(jù)的自動錄取、在無人值守情況下能及時掌握油井的動態(tài)變化； 低成本投入、高可靠性和易維護(hù)、可拓展； 以油井單井產(chǎn)量計(jì)量為核心，并輔以對油井進(jìn)行工況監(jiān)控，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析診斷優(yōu)化，替代或簡化計(jì)量流程，以降低產(chǎn)能建設(shè)投入和運(yùn)行成本的同時，還實(shí)現(xiàn)提高油井系統(tǒng)效率的目的。



圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化系統(tǒng)構(gòu)成示意圖； 圖2為游梁式抽油機(jī)傳感器安裝及數(shù)據(jù)采集控制器安裝示意圖； 圖3為螺桿泵抽油機(jī)傳感器安裝及數(shù)據(jù)采集控制器安裝示意圖； 圖4為電泵抽油機(jī)傳感器安裝及數(shù)據(jù)采集控制器安裝示意圖； 圖5為游梁機(jī)有桿泵井產(chǎn)液量計(jì)算流程圖； 圖6為自噴井產(chǎn)液量計(jì)算流程圖； 圖7為螺桿泵井產(chǎn)液量計(jì)算流程圖； 圖8A和圖8B為梁的動力學(xué)方程理論示意圖； 圖9為電潛泵井產(chǎn)液量計(jì)算流程圖； 圖10為求粘度準(zhǔn)數(shù)系數(shù)CNt的相關(guān)關(guān)系圖； 圖11為滯留系數(shù)相關(guān)關(guān)系圖； 圖12為再次校正系數(shù)相關(guān)關(guān)系圖。

具體實(shí)施例方式 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例1 本發(fā)明提供一種油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化系統(tǒng)。如圖1所示，該系統(tǒng)至少包括數(shù)據(jù)采集控制器(RTU)101、工況采集及監(jiān)視單元102和產(chǎn)液量計(jì)量單元103；其中， 數(shù)據(jù)采集控制器RTU101，安裝于油井中并與設(shè)置在油井抽油機(jī)上的傳感器相連接，用于采集所述傳感器的工況數(shù)據(jù)并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將該工況數(shù)據(jù)傳送至工況采集及監(jiān)視單元102，并對油井進(jìn)行控制；其中，對油井進(jìn)行控制是指對油井進(jìn)行開井、停井、發(fā)出開停井聲音警報等智能控制； 工況采集及監(jiān)視單元102，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)采集控制器101進(jìn)行信息交互，接收所述數(shù)據(jù)采集控制器101發(fā)送的工況數(shù)據(jù)，并將手動或自動設(shè)置的指令發(fā)送至數(shù)據(jù)采集控制器，并監(jiān)視油井的運(yùn)行狀態(tài)；其中，工況采集及監(jiān)視單元102與數(shù)據(jù)采集控制器101的信息交互具體是指工況采集及監(jiān)視單元102不但接收數(shù)據(jù)，而且可以與數(shù)據(jù)采集控制器RTU101進(jìn)行信息交互，將中心控制室的人工輸入的或自動設(shè)置的開井、停井、開停井警報等指令傳遞給數(shù)據(jù)采集控制器RTU101，由數(shù)據(jù)采集控制器RTU101控制執(zhí)行開井、停井、開停井警報等工作； 產(chǎn)液量計(jì)量單元103，與所述工況采集及監(jiān)視單元102和存儲單元107連接，接收所述工況采集及監(jiān)視單元102發(fā)送的工況數(shù)據(jù)，并根據(jù)該工況數(shù)據(jù)和儲存在存儲單元107中的油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，應(yīng)用油井產(chǎn)液量計(jì)算數(shù)學(xué)模型計(jì)算產(chǎn)液量；并且將采集的工況數(shù)據(jù)存入存儲單元107中； 存儲單元107，與所述產(chǎn)液量計(jì)量單元103連接，用于儲存油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)供產(chǎn)液量計(jì)量單元103使用；接收產(chǎn)液量計(jì)量單元103傳送的產(chǎn)液量計(jì)量結(jié)果并存儲；并且接收數(shù)據(jù)分析單元104傳送的數(shù)據(jù)分析結(jié)果。
其中，無線通信方式可采用GSM、GPRS或CDMA通信方式。
本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集控制器101采用自主開發(fā)的YDSW遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制器RTU，其為高精度的數(shù)據(jù)采集器，可對油井進(jìn)行集中控制和自動管理，可無線監(jiān)測控制自噴井、游梁機(jī)有桿泵井、電潛泵井、螺桿泵井、注水井生產(chǎn)狀況。
如圖2所示，數(shù)據(jù)采集控制器101獲取游梁抽油機(jī)上的載荷(負(fù)荷)傳感器201、位移傳感器202、壓力(油壓)傳感器203、溫度傳感器204、曲柄脫扣傳感器205等傳送的數(shù)據(jù)；此外還包括通信單元206、監(jiān)控箱207、配電柜208(內(nèi)有高壓轉(zhuǎn)換單元、電壓/電流/CAN(控制器局域網(wǎng))單元)、井場照明燈209和紅外探測器210。
如圖3所示，數(shù)據(jù)采集控制器101獲取螺桿泵抽油機(jī)上的扭矩載荷一體化傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器301、溫度傳感器302、壓力(油壓)傳感器等傳送的數(shù)據(jù)。此外還包括電控箱304，箱內(nèi)有通信單元、電壓/電流/CAN單元、高壓轉(zhuǎn)換單元。
如圖4所示，數(shù)據(jù)采集控制器101獲取電潛泵抽油機(jī)上的油嘴前壓力傳感器401，油嘴后壓力傳感器402、和套壓變送器403(圖中未示出)傳送的數(shù)據(jù)；此外還包括電控箱404，箱內(nèi)有通信單元、電壓/電流/CAN單元、高壓轉(zhuǎn)換單元。
對于自噴井，數(shù)據(jù)采集控制器101可獲取安裝在自噴井上的油壓、回壓變送器和套壓變送器發(fā)送的數(shù)據(jù)。
所述工況采集及監(jiān)視單元102可為一臺或多臺計(jì)算機(jī)，采集所安裝傳感器的油井的各種工況數(shù)據(jù)，并監(jiān)視油井運(yùn)行狀態(tài)。該工況采集及監(jiān)視單元102通過無線通信方式接收所述數(shù)據(jù)采集控制器101傳送的數(shù)據(jù)；也將中心控制室的人工輸入的或自動設(shè)置的開井、停井、開停井警報等指令傳遞給數(shù)據(jù)采集控制器RTU101，由數(shù)據(jù)采集控制器RTU101控制執(zhí)行開井、停井、開停井警報等工作。
另外，該工況采集及監(jiān)視單元102還可通過一臺服務(wù)器與數(shù)據(jù)采集控制器RTU101交互信息，此服務(wù)器可為油田公司信息中心Internet主機(jī)。
本實(shí)施例中還包括數(shù)據(jù)分析單元104，與所述產(chǎn)液量計(jì)量單元103連接，用于對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。其中，相關(guān)數(shù)據(jù)是指油井的產(chǎn)液量、壓力、載荷、泵效、系統(tǒng)效率、區(qū)塊單井運(yùn)行合理性統(tǒng)計(jì)等指標(biāo)。
本實(shí)施例中，所述存儲單元107包括第一存儲單元，用于存儲油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；第二存儲單元，用于存儲油井生產(chǎn)報表，該生產(chǎn)報表中包括產(chǎn)液量、采集的壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、電參數(shù)等參數(shù)，還可包括應(yīng)用數(shù)據(jù)分析單元104計(jì)算的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，如泵效組成、系統(tǒng)效率、局部損耗、耗電量、耗電成本、油井診斷結(jié)果等技術(shù)指標(biāo)。該存儲單元107可采用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施例中可為油田公司信息中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
本實(shí)施例中，產(chǎn)液量計(jì)量單元103、數(shù)據(jù)分析單元104可在服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)液量計(jì)量單元103根據(jù)工況數(shù)據(jù)和儲存在存儲單元107中的油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，應(yīng)用自噴井、電潛泵井、螺桿泵井、游梁機(jī)有桿泵井產(chǎn)液量計(jì)算數(shù)學(xué)模型，計(jì)算各類油井的單井產(chǎn)液量，并在數(shù)據(jù)分析單元104中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，然后并將產(chǎn)液量、采集的工況數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析結(jié)果一同傳入存儲單元107中的生產(chǎn)報表，即存儲單元107中的第二存儲單元中進(jìn)行儲存。抽油機(jī)井、自噴井、電潛泵井、螺桿泵井產(chǎn)液量計(jì)算的流程圖如圖5、圖6、圖7、圖9所示。
還包括工況分析單元105，與所述數(shù)據(jù)分析單元104連接，根據(jù)數(shù)據(jù)分析單元104的分析結(jié)果對油井工況進(jìn)行分析。其中，對油井工況進(jìn)行分析是指對油井工況進(jìn)行診斷，可以自動診斷常見的19種故障連抽帶噴、固定凡爾卡死(不能打開)、泵嚴(yán)重磨損(不能關(guān)閉)、抽油桿斷脫、氣鎖、完全液擊、氣體影響、供液不足、柱塞脫出工作筒、固定凡爾漏失、游動凡爾漏失、液體或機(jī)械摩阻、泵筒彎曲、泵上碰、泵下碰、卡泵、泵工作基本正常等油井工作狀況診斷分析。
還包括優(yōu)化設(shè)計(jì)單元106，與所述工況分析單元105連接，根據(jù)工況分析結(jié)果對油井進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
本實(shí)施例中，還包括一個或多個用戶終端108，與所述產(chǎn)液量計(jì)量單元103連接并進(jìn)行信息交互，對油井產(chǎn)液量信息進(jìn)行維護(hù)、對產(chǎn)液量計(jì)量結(jié)果進(jìn)行查詢以及依據(jù)數(shù)據(jù)分析與工況分析結(jié)論進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
如圖1所示，該系統(tǒng)還包括遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控單元109，與所述工況采集及監(jiān)視單元102連接，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)對油井工況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。即在油井、接轉(zhuǎn)站或聯(lián)合站外安裝至少一個云臺和攝像機(jī)，可為全景低照度攝像機(jī)，對站內(nèi)全貌及油井進(jìn)行監(jiān)視。
該系統(tǒng)還包括網(wǎng)絡(luò)瀏覽單元110，與所述遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控單元109、工況采集及監(jiān)視單元102、產(chǎn)液量計(jì)量單元103、數(shù)據(jù)分析單元104、工況分析單元105、優(yōu)化設(shè)計(jì)單元106以及存儲單元107連接，用于生產(chǎn)狀況和相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時瀏覽、查詢。本實(shí)施例中可通過IE瀏覽器和裝有的視頻播放軟件，在油田信息網(wǎng)上可隨時瀏覽各油井的各個監(jiān)控畫面及實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，及產(chǎn)液量計(jì)算結(jié)果，查詢有關(guān)生產(chǎn)報表及分析結(jié)果。
上述系統(tǒng)中，油水井無線工況數(shù)據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集控制器RTU，即無線油水井工況智能遠(yuǎn)程監(jiān)控器是對油井進(jìn)行集中控制和自動管理的專用數(shù)據(jù)采集器，其數(shù)據(jù)傳輸方式為先進(jìn)可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸?？蔁o線監(jiān)測控制自噴井、游梁機(jī)井、螺桿泵井、電潛泵井、注水井生產(chǎn)工況。數(shù)據(jù)傳輸方式，可選用GSM/GPRS/CDMA通信方式。
液量計(jì)算及分析優(yōu)化油水井液量計(jì)算、油水井優(yōu)化設(shè)計(jì)、工況診斷、工況宏觀管理、系統(tǒng)效率分析與評價決策等于一體的綜合軟件，提供了一個優(yōu)秀的集成解決方案。
無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視引進(jìn)國際領(lǐng)先的、基于MPEG4硬件壓縮技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，可以在64K-2M的低帶寬占用情況下傳輸高清晰度的實(shí)時視頻圖像，通常情況下200K-300K即可實(shí)現(xiàn)30幀/秒的全實(shí)時監(jiān)視。產(chǎn)品采用TCP/IP協(xié)議，可以基于局域網(wǎng)/廣域網(wǎng)/Internet構(gòu)建大規(guī)模的集中圖像監(jiān)控系統(tǒng)。
網(wǎng)絡(luò)瀏覽系統(tǒng)為瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server)構(gòu)架。油田局域網(wǎng)內(nèi)的授權(quán)用戶可進(jìn)行實(shí)時瀏覽、查詢工況數(shù)據(jù)。
實(shí)施例2 本發(fā)明還提供一種油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化方法，該方法采用上述計(jì)量系統(tǒng)完成，該方法包括步驟 數(shù)據(jù)采集控制器101獲取設(shè)置在油井抽油機(jī)上的傳感器傳送的工況數(shù)據(jù)，并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將該工況數(shù)據(jù)傳送至工況采集及監(jiān)視單元102； 工況采集及監(jiān)視單元102接收所述工況數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理后，并將該工況數(shù)據(jù)傳送至產(chǎn)液量計(jì)量單元103，并監(jiān)視油井的運(yùn)行狀態(tài)；其中，對所述工況數(shù)據(jù)進(jìn)行處理是指將工況數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理并打包；油井的運(yùn)行狀態(tài)具體指是否開井、是否缺相、載荷位移是否采集得到等工作狀況；另外，還可包括通過數(shù)據(jù)采集控制器RTU101初算是否沒有電流、電流是否缺相等指標(biāo)； 產(chǎn)液量計(jì)量單元103接收到所述工況數(shù)據(jù)后，根據(jù)該工況數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中存儲的油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算產(chǎn)液量；其中，油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為油密度、油粘度、氣油比、含水、動液面、泵徑、泵深、桿柱組合等。
還包括步驟 對工況數(shù)據(jù)和計(jì)算出的產(chǎn)液量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，其中可包括產(chǎn)液量分析、壓力分析、載荷分析、泵效分析、區(qū)塊中單井運(yùn)行合理性統(tǒng)計(jì)分析等；根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行工況分析；根據(jù)工況分析結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
還包括步驟對采集的所述工況數(shù)據(jù)、計(jì)算出的產(chǎn)液量和數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行存儲。
其中，所述根據(jù)工況數(shù)據(jù)和油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算產(chǎn)液量，包括步驟 根據(jù)工況數(shù)據(jù)和油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，應(yīng)用產(chǎn)液量計(jì)算數(shù)學(xué)模型計(jì)算油井的單井產(chǎn)液量；通過流量標(biāo)定系數(shù)進(jìn)行修正； 將修改正后的計(jì)算產(chǎn)液量作為油井計(jì)量產(chǎn)液量。
在產(chǎn)液量的計(jì)算中，由于產(chǎn)液量計(jì)算數(shù)學(xué)模型較為復(fù)雜，一些地質(zhì)因素?zé)o法考慮進(jìn)去，有時不同的區(qū)塊會或多或少存在系統(tǒng)誤差，需要應(yīng)用罐車計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)液量標(biāo)定，得到流量標(biāo)定系數(shù)，通過流量標(biāo)定系數(shù)進(jìn)行修正，剔除系統(tǒng)誤差，將修改正后的計(jì)算產(chǎn)液量作為油井計(jì)量產(chǎn)液量。
本實(shí)施例中，具體的標(biāo)定系數(shù)計(jì)算可采用如下方法 對于每口油井 整個區(qū)塊 因此，通過上述標(biāo)定系數(shù)K對油井產(chǎn)液量qg進(jìn)行修正； 修正后的油井產(chǎn)液量 Q＝Kqg(F0-3) 式中Q油井產(chǎn)液量，K修正系數(shù)，qg功圖法計(jì)算的產(chǎn)液量，qy實(shí)際產(chǎn)量。
上述標(biāo)定系統(tǒng)解決辦法適用于任何類型的油井。
下面分別以游梁機(jī)有桿泵井(抽油機(jī)井)、自噴井、螺桿泵井、電潛泵井為例對本發(fā)明的產(chǎn)液量計(jì)量方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
1.游梁機(jī)有桿泵井 如圖5所示，為游梁機(jī)有桿泵井時計(jì)算產(chǎn)液量的流程圖。其中，采用有桿泵抽油時，根據(jù)地面示功圖求得井下各級桿柱功圖和泵功圖；應(yīng)用泵功圖識別技術(shù)計(jì)算產(chǎn)液量。
本模型中，所用到的工況數(shù)據(jù)為瞬時產(chǎn)液量、累積產(chǎn)液量，泵功率、光桿功率、泵效、漏失、氣體影響泵效、有效功率，系統(tǒng)損耗、系統(tǒng)效率、泵排出壓力，平衡狀況、平衡建議，電量、電費(fèi)等，還有豐富的宏觀控制圖、診斷結(jié)論等諸多指標(biāo)。
所用到的油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為示功圖、三相電流I1，I2，I3、電壓U、功率因素cosφ、油壓、套壓等動態(tài)參數(shù)，油密度、油粘度、氣油比、含水、動液面、泵徑、泵深、桿柱組合、生產(chǎn)氣液比Rs等靜態(tài)參數(shù)根據(jù)。
通過測試抽油機(jī)井所測的表示抽油桿柱最上端的載荷和位移之間關(guān)系的地面示功圖，應(yīng)用示功圖、油密度、油粘度、氣油比、含水、泵徑、泵深、桿柱組合、生產(chǎn)氣液比Rs等靜態(tài)參數(shù)根據(jù)，應(yīng)用桿柱、液柱和油管三維振動數(shù)學(xué)模型求解，即有桿泵抽油系統(tǒng)模型，得到井下各級桿柱功圖和泵功圖；應(yīng)用泵功圖識別技術(shù)計(jì)算油井產(chǎn)液量和各種工況指標(biāo)；其中，先計(jì)算井下泵的有效排量，然后再計(jì)算井口折算有效排量。
其理論模型示意函數(shù)如下式 Q有桿泵＝kf(s，n，Dp，LP，GT，μ，Rs) 其中Q有桿泵----有桿泵井的產(chǎn)液量，m3/d；s----沖程，m；n----沖次，r/min；DP----泵徑，mm；LP----桿柱組合，即多極桿柱的每段的鋼級、桿徑和桿長，m；GT----地面示功圖數(shù)據(jù)，包括位移、載荷、沖次等數(shù)據(jù)；μ----井液粘度，mpa.s；Rs----生產(chǎn)氣液比；k----流量標(biāo)定系數(shù)，小數(shù)。
本實(shí)施例中，有桿泵抽油系統(tǒng)包括桿柱、液柱和油管三維振動，主要考慮了在抽油過程中抽油桿、液柱和油管三個運(yùn)動系統(tǒng)之間的相互關(guān)系，如圖5所示。它們受到多種力的作用，其中包括垂力(桿柱重、液柱重、油管重)、慣性力、摩擦力(桿管之間摩擦力、桿液之間摩擦力、管液之間摩擦力、柱塞副之間摩擦力等)、振動、沉沒壓力等。根據(jù)力的合成，可以得到描述油管運(yùn)動、抽油桿運(yùn)動和液柱運(yùn)動的偏微分方程組。
本部分計(jì)算模型較復(fù)雜，主要應(yīng)用以下考慮了抽油桿、油管、液柱的三維振動方程，其偏微分方程組如下 桿柱的波動方程
Pf(0，t)＝P0 按照如上初始條件和邊界條件，利用數(shù)值方法求解這些偏微分方程組，從而求得任意深度、任意時間的功圖、壓力分布、載荷、位移、速度等參數(shù)。具體的偏微分方程組采用下述數(shù)值解法求解，但不限于下述解法。
本實(shí)施例中，可采用傅里葉級數(shù)解法，求得泵柱塞處的動載荷與柱塞位移之間關(guān)系，具體方法如下。
用以截尾傅里葉級數(shù)表示的懸點(diǎn)動載荷函數(shù)D(t)及光桿位移函數(shù)U(t)作為邊界條件 D(t)及U(t)的傅里葉系數(shù)σoσnτn及vovnδn可分別用下面的公式求得 式中ω-曲柄角速度；T-抽汲周期。
實(shí)際工作中D(t)及U(t)是以曲線(或數(shù)值)形成給出的，所以傅里葉系數(shù)可用近似的數(shù)值積分來確定。
以式(F1-1)和(F1-2)為邊界條件，用分離變量法解方程(F1-0)， 可得抽油桿柱任意深度x斷面的位移隨時間的變化關(guān)系 根據(jù)虎克定律 則抽油桿柱任意深度x斷面上的動載荷函數(shù)隨時間的變化為 在t時間，x斷面上的總載荷等于F(x，t)加x斷面以下的抽油桿柱的重量 On(x)＝(Knchβnx+δnshβnx)sinanx+(μnshβnx+vnchβnx)cosanx (F1-10) Pn(x)＝(Knshβnx+δnchβnx)cosanx-(μnchβnx+vnshβnx)sinanx(F1-11) 上述公式適用于單級抽油桿柱，對于多級抽油桿柱只需要做相應(yīng)的擴(kuò)充就可得到類似的計(jì)算式。
對于多級桿來講，根據(jù)兩級桿相接點(diǎn)處的位移連續(xù)和載荷連續(xù)性，可以得出付氏系數(shù)的遞推公式。設(shè)在第i級桿內(nèi)的位移和載荷為 則在第i級桿與第i+1級桿的交接點(diǎn)處x＝xi有 ui+1(xi，t)＝ui(xi，t) Fi+1(xi，t)＝Fi(xi，t) (EA)i+1ai+1，0＝ai0·(EA)i ai+1，0xi+bi+1，0＝ai0xi+bi0 (EA)i+1(Pi+1，n+qi+1，nj)ai+1，n＝(EA)i(Pin+qinj)ain (EA)i+1(Pi+1，n+qi+1，nj)bi+1，n＝(EA)i(Pin+qinj)bin(F1-17) 即 其中a1n、b2n根據(jù)地面位移和載荷邊界來確定，即 此外，還可采用桿柱波動方程的有限元差分解法。
根據(jù)出抽機(jī)井系統(tǒng)的工作過程所對應(yīng)的力學(xué)行為，建立了其有限元差分法模型，提出了有限差分的具體解法。數(shù)學(xué)模型波動方程中含有位移對時間t的二階偏導(dǎo)數(shù)和位移對位置x的二階偏導(dǎo)數(shù)，一般來說，解這個波動方程將需要兩個初始條件和兩個邊界條件，然而在該預(yù)測模型中，僅僅需要兩個邊界條件就夠了，因?yàn)槌橛蜅U的運(yùn)動是具有周期性，況且，在實(shí)際中只需要一個周期解，周期解與初始條件無關(guān)，無論把起始位置放到何處，其解均是相同的。因此，也就不需要具體的初始條件。這樣，實(shí)質(zhì)上所研究的問題就是一個包括偏微分方程和邊界條件的一個邊值問題。
偏微分方程難以求解析解，因此，對該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值求解。由于抽油桿在井底的位移是未知待求的，用常規(guī)方法求解較為困難，可采用有限元差分法，從井口開始，對每個單元輸入i節(jié)點(diǎn)的載荷和位移，用單元方程求出j節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力和位移，直至井底，求出泵處的內(nèi)力和位移，得出泵功圖。
差分法就是將微分算子(微分方程)轉(zhuǎn)化為在節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，這種方法稱為離散化，即要用差分方法求解某個問題，首先需要把自變量區(qū)域離散化。具體講，就是將位置空間(s)和時間空間(t)分割成若干個小區(qū)間，如果分割成許多個小矩形，稱此小矩形為網(wǎng)格。網(wǎng)格的頂點(diǎn)(xi，tj)稱為節(jié)點(diǎn)。為了將預(yù)測模型化為差分格式，將抽油桿柱離散成若干個單元，并以下標(biāo)i(i＝0，1，2，...，N)表示每個節(jié)點(diǎn)的位置，在時間方面取等步長Δt，以下標(biāo)j(j＝0，1，2，...M)表示，則ui，j表示抽油桿柱上第i個節(jié)點(diǎn)在時間tj時的位移。根據(jù)差商概念可得 對于第一級桿柱，除了兩級桿界面點(diǎn)i以外各點(diǎn)差分格式如下 將上述各式代入(F1-0)并略去余項(xiàng)得 式中 ui，j+1(1+crΔt)＝(2-2λr+crΔt)ui，j-ui，j-1+λr(ui+1，j+ui-1，j)+grΔt2 ui，j+1＝λr1ui，j-λr2ui，j-1+λr3(ui+1，j+ui-1，j)+λr4gr (F1-29) 式中 第一級桿柱上除了i外任一點(diǎn)載荷的差分格式如下 同理第二級常規(guī)桿(加重桿)的差分格式除了i點(diǎn)以外各點(diǎn)的差分格式如下 ui，j+1＝λj1ui，j-λj2ui，j-1+λj3(ui+1，j+ui-1，j)+λrjgj (F1-31) 式中 第二級桿柱上除了i點(diǎn)外各點(diǎn)載荷的差分格式如下 對于鋼絲繩和加重桿的連接部分，由于鋼絲繩和加重桿的連接長度很小，所以對整個桿體的動力學(xué)特性影響很小，這里采用等效值的方法處理 差分格式同(F1-34) 另外，根據(jù)地面示功圖計(jì)算井下示功圖時，必須首先確定阻尼系數(shù)。抽油桿柱系統(tǒng)的阻尼力包括粘阻尼力和非粘滯阻尼力。粘滯阻尼力有抽油桿、接篩與液體之間的粘滯摩擦力、泵閥和閥座內(nèi)孔的流體壓力損失等。
鋼絲繩桿既沒有接箍，在繩體的表面還有防腐涂層。因此，在相同條件下，鋼絲繩桿在流體中的阻尼遠(yuǎn)比常規(guī)鋼桿的小。計(jì)算時，可用由抽油桿柱在一個循環(huán)中由粘滯阻尼引起的摩擦功來確定的阻尼系數(shù) 其中 考慮到鋼絲繩的表面結(jié)構(gòu)特性，取無量綱修正系數(shù)ψ 則 式中 dr-抽油桿直徑；dt-油管內(nèi)徑；η-液體粘度，Pa·s；ρr-抽油桿的密度，Kg/m3；Ar-抽油桿的截面積，m2； 最終以井下泵功圖和油井的氣油比、含水、油粘度等物理參數(shù)的變化為依據(jù)，對井下泵工作狀況進(jìn)行診斷和各項(xiàng)指標(biāo)的量化，計(jì)算出泵的有效沖程、充滿系數(shù)、氣影響程度，計(jì)算泵的有效排量，進(jìn)而折算求出井口有效排量。
實(shí)際應(yīng)用中，通過對計(jì)算產(chǎn)液量值的標(biāo)定，可以獲得較高的計(jì)量準(zhǔn)確度。抽油機(jī)井泵功圖識別得到的是泵工作壓力下的地下液體體積流量，折算求出井口有效排量主要是根據(jù)質(zhì)量連續(xù)原理，應(yīng)用原油壓縮系數(shù)的，一個油田原油的壓縮系數(shù)是比較固定的，一般都約等于1，不會偏離1很大的距離，所以一般地面體積和地下體積相差不多，在沒有原油壓縮系數(shù)的情況下可以將這個系數(shù)涵蓋于地面流量標(biāo)定系數(shù)中。
2.自噴井 如圖6所示，為自噴井時計(jì)算產(chǎn)液量的流程圖。其中，應(yīng)用節(jié)流壓降計(jì)算模型應(yīng)用節(jié)流壓差計(jì)算液體的流過量。該數(shù)學(xué)模型中考慮了氣體在不同狀況下所占體積。本模型中，根據(jù)的工況數(shù)據(jù)指瞬時產(chǎn)液量、累積產(chǎn)液量等；根據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)指嘴前嘴后壓力P1，P2等動態(tài)參數(shù)，油嘴直徑d、生產(chǎn)氣液比Rs等靜態(tài)參數(shù)。
其中，自噴井產(chǎn)液量計(jì)算主要根據(jù)動態(tài)參數(shù)嘴前壓力P1(油壓)、嘴后壓力P2(回壓)；靜態(tài)參數(shù)油嘴直徑d、生產(chǎn)氣液比Rs，結(jié)合多相流油嘴節(jié)流模型計(jì)算出自噴井體積流量，然后用流量標(biāo)定系數(shù)進(jìn)行修正，得到自噴井井口標(biāo)準(zhǔn)流量，并計(jì)算出油井的流壓與產(chǎn)能。
其理論模型示意函數(shù)如下 Q自噴＝kf(d，P1，P2，Rs) (F2-0-1) Q自噴----自噴井的產(chǎn)液量，m3；d----油嘴直徑，mm；P1----嘴前壓力(油壓)，MPa；P2----嘴后壓力(回壓)，MPa；Rs----生產(chǎn)氣液比；k----流量標(biāo)定系數(shù)。
應(yīng)用貝努利方程和流動連續(xù)性原理，可推導(dǎo)出以下的理論流量公式，推導(dǎo)過程從略 上式適用于不含氣體的純液體計(jì)算，如果油井含有天然氣，需要進(jìn)行天然氣校正，又由于校正系數(shù)c的定義是c＝實(shí)際流量/理論流量，就是前面的流量標(biāo)定系數(shù)，最后可得出油嘴節(jié)流適用的流量公式 ε的計(jì)算公式如下 質(zhì)量流量qm＝qv·ρ1 以上各式中 ε——被測介質(zhì)的可膨脹性系數(shù)，對于液體ε＝1；對氣體、蒸氣等可壓縮流體ε＜1；qv——流體的體積流量，[m3/s]；(工況下總流體的體積流量)；qm——總流體的質(zhì)量流量，[kg/S]；d——工作狀況下節(jié)流件的等效開孔直徑，[m](對于孔板是孔徑，對于文丘得管是喉徑)；ΔP-節(jié)流差壓，即油壓-回壓，ΔP＝P1-P2；[Pa]；ρ1——工作狀況下，節(jié)流前上游處流體的密度，[kg/m3]； 根據(jù)氣油比等參數(shù)計(jì)算出，這里從略；C——流出系數(shù)，無量綱；β——直徑比，無量綱，與節(jié)流嘴的形狀有關(guān)，對于錐形的節(jié)流嘴，β＝d/D，即小直徑/大直徑，對于一般通用的油嘴為等直徑的孔板，β＝1；k-天然氣的等熵指數(shù)，通常取1.229；P1-工況下節(jié)流件(內(nèi)錐)上游取壓孔處可壓縮流體的絕對靜壓，既油井的油壓Pa。
另外，自噴井部分的多相流計(jì)算部分如下所述 其中，F(xiàn)2.1多相流計(jì)算的基本參數(shù)如下 (1)多相流壓力梯度方程 多相管流的壓力梯度包括因舉高液體而克服重力所需的壓力勢能、流體因加速而增加的動能和流體沿管路的摩阻損失，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下 式中ρm為多相混合物的密度；vm為多相混合物的流速；fm為多相混合物流動時的摩擦阻力系數(shù)；d為管徑；p為壓力；h為深度；g為重力加速度；θ為井斜角的余角。
(2)摩阻計(jì)算 此問題是已知管道內(nèi)的流量Q、管道內(nèi)徑d、管道長度L、水的密度ρ、水的動力粘度μ、管道內(nèi)壁的絕對粗糙度Δ，求此段管道中的壓力損耗。此問題可按下面步驟計(jì)算。
根據(jù)管道內(nèi)徑由下式計(jì)算管道的內(nèi)截面積A 根據(jù)管道內(nèi)的流量和管道的內(nèi)截面積計(jì)算管道內(nèi)水流的平均流速v v＝Q/A (F2-3) 根據(jù)管道內(nèi)水流的平均流速、水的密度、水的粘度和管道內(nèi)徑計(jì)算管道內(nèi)水流的雷諾數(shù)Re 根據(jù)管道的絕對粗糙度和管道內(nèi)徑計(jì)算管道內(nèi)壁的相對粗糙度ε 根據(jù)管道內(nèi)壁的相對粗糙度和雷諾數(shù)從表F2-2所列公式中選取一個合適用公式計(jì)算摩阻系數(shù)λ。
根據(jù)摩阻系數(shù)、管道長度、管道內(nèi)徑、管道內(nèi)水流速度和水的密度由下式計(jì)算壓力損耗ΔP。
當(dāng)途中有分流時，沿程流量改變，應(yīng)分段進(jìn)行計(jì)算。
摩阻系數(shù)計(jì)算公式見表1。
表1 (3)按深度增量迭代的步驟 根據(jù)多相垂直管流的壓力梯度就可計(jì)算出沿程壓力分布。由于多相垂直管流中每相流體的物理參數(shù)及混合物密度和流速都隨壓力和溫度而變，沿程壓力梯度并不是常數(shù)。因此，多相管流需要分段計(jì)算，并要預(yù)先求得相應(yīng)段的流體性質(zhì)參數(shù)。然而，這些參數(shù)又是壓力和溫度的函數(shù)，壓力卻又是計(jì)算中需要求的未知數(shù)。所以多相管流需要采用迭代法進(jìn)行計(jì)算。下面是通用的計(jì)算步驟 a.已知任一點(diǎn)的壓力P0作為起點(diǎn)，任選一個合適的深度間隔Δh。
b.估計(jì)一個對應(yīng)于計(jì)算間隔的壓力增量ΔP。
c.計(jì)算本段的平均溫度

和平均壓力

，并確定該

知

下的全部流體性質(zhì)參數(shù)溶解油氣比Rs、原油體積系數(shù)B0和粘度μ0、氣體密度ρg和粘度μg、混合物粘度μm、液體的表面張力σ。
d.先計(jì)算該段的壓力梯度

，然后計(jì)算對應(yīng)于Δh的壓力增量 e.比較估計(jì)和計(jì)算的壓力增量，若二者之差不在允許范圍之內(nèi)，則以計(jì)算值作為新的估計(jì)值，重復(fù)第(2)至(5)步，直到兩者之差在允許范圍之內(nèi)為止。
f.計(jì)算該段下端對應(yīng)的深度Li和壓力piLi＝iΔh；f=1，2，…，n。
g.以Li處的壓力pi為起點(diǎn)壓力重復(fù)第(2)至(7)步，計(jì)算下一段的深度Li+1和壓力Pi+1，直到各段累加深度等于或大于管長L(Ln≥L)時為止。
(4)環(huán)形流道的當(dāng)量直徑 流體在環(huán)形流道中的摩阻可近似地用圓管的公式。此時，按照圓管與環(huán)形流道的水力斗徑相等，把環(huán)形流道化為摩阻相當(dāng)?shù)膱A管井行計(jì)算。即 式中R為水力半徑；de為當(dāng)量直徑。
環(huán)形流道的面積為 式中dc為套管的內(nèi)徑；dt為套管的外徑。
環(huán)形流道的濕周為 x＝π(dc+dt) (F2-9) 因此，根據(jù)水力半徑的定義，可求得環(huán)形流道的水力半徑 環(huán)形流道的當(dāng)量直徑為 de＝4R＝dc-dt(F2-11) F2.2 Hagedorn-Brown模型 Hagedorn-Brown(1965)基于所假設(shè)的壓力梯度模型，根據(jù)大量的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反算持液率，提出了應(yīng)用于各種流型下的兩相垂直上升管流壓降關(guān)系式，此壓降關(guān)系式不需要判別流型適用于產(chǎn)水氣井的流動條件，Hagedorn-Brown法適用于低氣液比的高產(chǎn)排液井。
(1)壓力梯度方程式 (2)計(jì)算方法 ①判斷流型 Hagedorn-Brown模型不需判別流型，只是當(dāng)Nvg＜L1時使用Griffith相關(guān)式計(jì)算混合物密度ρm和fm，具體細(xì)節(jié)見Orkiszewski方法。其中 ②計(jì)算混合物的平均密度 a.由圖10確定無因次液相粘度準(zhǔn)數(shù)Nl； b.計(jì)算滯留量的相關(guān)函數(shù)U 由圖11求出φ/ψ； c.由圖12求出ψ； d.計(jì)算持液率 φ′＝φ′l/ψ)ψ (F2-14) e.計(jì)算混合物的平均密度ρm (a)由φ′計(jì)算ρm(φ) ρm(φ′)＝ρlφ′+ρg(1-φ′) (F2-15) (b)比較ρm(φ′)和ρm，采用其中較大的值。
③確定摩阻系數(shù)fm a.計(jì)算兩相雷諾數(shù)NREm b.根據(jù)ε/d和NREm，由公式確定摩阻系數(shù)fm。
④計(jì)算Δ(Vm2) F2.3Orkiszewski方法 Orkiszewski法適用于高氣油比的中低產(chǎn)井。
(1)壓力梯度方程式 (2)計(jì)算方法 ①判斷流型 式中 L2＝50+36Nvgqsl/qsg L3＝75+84(Nvgqsl/qsg)0.75 ②根據(jù)流動方式，確定具體的平均密度ρm和摩阻損耗梯度τf。
a.氣泡流 (a)氣體所占的空間分?jǐn)?shù)Hg 式中vs取0.244m/s是一個較好的近似值。
(b)流體平均密度ρm ρm＝(1-Hg)ρl+Hgρg(F2-19) (c)摩阻梯度τf 式中f根據(jù)ε/d和NRE由公式計(jì)算，NRE＝1000ρlvsld/[μl(1-Hg)]。
b.段塞流 (a)流體平均密度ρm ρm＝(wm+ρlvsA)/(qm+vsA)+δρl (F2-21) 式中滑脫速度vs是氣泡流雷諾數(shù)NREb和雷諾數(shù)NRE的函數(shù) NREb＝1000ρlvsd/μl NRE＝1000ρlvmd/μl 當(dāng)NREb≤3000時 vs＝(0.546+8.74×10-6NRE)(gd)0.5(F2-22) 當(dāng)NREb≥8000時 vs＝(0.35+8.74×10-6NRE)(gd)0.5 (F2-23) 當(dāng)8000＞NREb3000時 vs0＝(0.251+8.74×10-6NRE)(gd)0.5 (F2-24) 液相分布系數(shù)δ與及連續(xù)液相有關(guān) a)油為連續(xù)相，并且vm＞3.048m/s時， δ＝0.00537lg(μ1+1)/d1.371+0.569lg(d)+0.455-lg(vm/0.3048)
(F2-26) b)水為連續(xù)相，并且vm＞3.048m/s時， δ＝0.01741g(μ1)/d0.799-0.888lg(d)-0.162lg(vm)-1.2508 (F2-27) c)油為連續(xù)相，并且vm＜3.048m/s時， δ＝0.024lg(μ1+1)/d1.415+0.1131g(d)+0.1671g(vm)-1.1395 (F2-28) d)水為連續(xù)相，并且vm＜3.048m/s時， δ＝0.00252lg(μ1)/d1.35-0.428lg(d)+0.2321g(vm)-0.782 (F2-29) δ還要受以下條件的限制 當(dāng)vm＜3.048m/s時，δ≥-0.2133vm； 當(dāng)vm＞3.048m/s時，δ≥-vsAp(1-ρm/ρl)/(qm+vsA)。
(b)摩阻梯度τf 式中f根據(jù)ε/d和NRE由公式計(jì)算，NRE＝1000ρlvmd/μl。
c.過渡流 過渡流流型的平均密度ρm和摩阻損耗梯度τf，均按Nvg進(jìn)行段塞流和環(huán)霧流的線性加權(quán)平均 ρm＝[(Lm-Nvg)ρm段+(Nvg-Ls)ρm霧]/(Lm-Ls) (F2-31) τf＝[(Lm-Nvg)τf段+(Nvg-Ls)τf霧]/(Lm-Ls) (F2-32) 為了更準(zhǔn)確地預(yù)測摩阻損耗梯度，環(huán)霧流中的qsg按下式計(jì)算 d.環(huán)霧流 (a)氣體所占的空間分?jǐn)?shù)Hg Hg＝qsg/qm (F2-34) (b)流體的平均密度ρm ρm＝(1-Hg)ρl+Hgρg(F2-35) (c)摩阻梯度τf 式中f根據(jù)ε/d和NRE由公式計(jì)算，NRE＝1000ρgvsgd/μg。
由于環(huán)霧流中有液膜形成，相對粗糙度需重新計(jì)算，但它受條件0.001＜ε/d＜0.5的限制。ε/d的計(jì)算方法為 Nw＜0.005時 Nw≥0.005時 式中Nw的定義為 Nw＝4.865×10-6(vsgμl/σl)2(ρg/ρl) (F2-39) F2.4 Beggs-Brill方法 Beggs-Brill方法適用于各種角度的管線，井中油管和環(huán)空管，斜井時建議使用。
(1)壓力梯度方程式 (2)計(jì)算方法 ①判段流型 式中 L1＝316λ0.302；L2＝0.0009252λ-2.4684；L3＝0.1λ-1.4516；L4＝0.5λ-6.738 ②計(jì)算持液率Hl及兩相密度ρM a.計(jì)算水平持液率Hl(0) 式中回歸系數(shù)C1，C2和C3的取值見表2。
表2水平持液率公式回歸系數(shù) b.計(jì)算斜度校正系數(shù) 式中回歸系數(shù)C4，C5，C6和C7的取值見表3。
表3斜度校正系數(shù)公式回歸系數(shù) c.計(jì)算持液率校正系數(shù)ψ ψ＝1+C[sin(1.8θ)-0.333sin3(1.8θ)](F2-43) 對于垂向井ψ＝1+0.3C d.計(jì)算持液率Hl(θ)及兩相密度ρm Hl(θ)＝Hl(0)ψ ρm＝ρlHl+ρg(1-Hl)(F2-44) ③計(jì)算兩相摩阻系數(shù)fm a.計(jì)算摩阻系數(shù)比(fm/fn) (fm/fn)＝es (F2-45) 式中 S＝ln(y)/{-0.0523+3.182ln(y)-0.8725[ln(y)]2+0.01853[ln(y)]4} y＝λ/[Hl(θ)]2 當(dāng)1＜y＜1.2時s＝ln(2.2y-1.2) b.計(jì)算無滑脫的摩阻系數(shù)fn fn＝{21g[NREn/(4.5223lgNREn-3.8215)]}-2 (F2-46) 或 c.計(jì)算兩相摩阻系數(shù)fm F2.5 Hasan-Kabir(哈森)方法 哈森方法將流動分為四種流型泡流、段塞流、渦流和環(huán)流。對于不同的流型，采用不同的方法計(jì)算流體參數(shù)和由于摩阻產(chǎn)生的壓力梯度。
氣泡在垂直系統(tǒng)中最終上升速度的表達(dá)式可由氣泡在液體中運(yùn)動時的浮力和阻力的平衡導(dǎo)出。
式中v∞為氣泡的最終上升速度；g為重力加速度；σ為液體的表面張力；ρL為液體的密度；ρg為氣體的密度。
Taylor泡的上升速度為 式中v∞T為氣泡上升的Taylor速度；d為流道的直徑。
(1)泡流 當(dāng)流動的流體滿足式(F2-50)或(F2-51)時，則流體流動的流型為泡流。
此時，摩阻產(chǎn)生的壓力梯度由式(F2-54)計(jì)算。
vgs＜0.429vLs+0.357v∞ (F2-50)式中vgs為氣體的表觀速度，即氣體流量除以整個流道的截面積；vLs為液體的表觀流速。
fg＜0.52且 式中fg為空隙因數(shù)；vm為氣液混合物的流速；μL為液體的粘度。而空隙因數(shù)由下列式子計(jì)算 式中C0為無量綱參數(shù)；dt為油管的外徑；dc為套管的內(nèi)徑。
氣液混合物的密度由下式計(jì)算 ρm＝(1-fg)ρL+fgρg(F2-53) 式中ρm為氣液混合物的密度。
如流體的流型為泡流，則由摩阻產(chǎn)生的壓力梯度由下式計(jì)算 式中的摩阻系數(shù)fm是雷諾數(shù)的函數(shù) (2)段塞流 當(dāng)流道中的氣液兩相流動滿足下列條件時，則流動的流型為段塞流。
vgs＞0.429vLs+0.357v∞ (F2-56) 且當(dāng)時， 當(dāng)時， 當(dāng)流體的流型為段塞流時，其空隙因數(shù)由下式計(jì)算 當(dāng)流體的流型為段塞流時，其密度由下式計(jì)算 ρm＝(1-fg)ρL+fgρg(F2-60) 當(dāng)流體的流型為段塞流時，其中由于摩阻產(chǎn)生的壓力梯度由下式計(jì)算 式中的摩阻系數(shù)是雷諾數(shù)的函數(shù) (3)渦流 當(dāng)流道中的氣液兩相流動滿足下列條件時，則流動的流型為渦流。
且當(dāng)時， 當(dāng)時， 當(dāng)流動的流型為渦流時，其空隙因數(shù)由下式計(jì)算 式中C1為無因次量。
當(dāng)流動的流型為渦流時，其密度由下式計(jì)算 ρm＝(1-fg)ρL+fgρg(F2-67) 當(dāng)流動的流型為渦流時，其中由摩阻產(chǎn)生的壓力梯度由下式計(jì)算 式中的摩阻系數(shù)是雷諾數(shù)的函數(shù) (4)環(huán)流 當(dāng)流道中的氣液兩相流滿足下式時，則其流型為環(huán)流。
當(dāng)流動的流型為環(huán)流時，其空隙因數(shù)由下式計(jì)算 fg＝(1+X0.8)-0.378 (F2-71) 式中X為無因次量，它由下式計(jì)算 式中x為氣體的質(zhì)量比例。
當(dāng)流動的流型為環(huán)流時，其密度由下式計(jì)算 式中E為核心氣體所攜帶的液體的比例。
當(dāng)流動的流型為環(huán)流時，其中由于摩阻產(chǎn)生的壓力梯度由下式計(jì)算
式中NReg為雷諾數(shù)。
本油嘴節(jié)流計(jì)算模型同時還適用于使用地面油嘴的抽油機(jī)井、電潛泵井、螺桿泵井的只知道地面節(jié)流前后壓力的產(chǎn)液量計(jì)算，可以作為獨(dú)立的方法應(yīng)用，也可以作為輔助的方法與主體的方法進(jìn)行對比，考慮到模型的先進(jìn)性，本發(fā)明中抽油機(jī)井、電潛泵井、螺桿泵井的主要計(jì)算方法為本實(shí)施例的算法。
3.螺桿泵井 如圖7所示，為螺桿泵井產(chǎn)液量計(jì)算流程圖。根據(jù)關(guān)系式來計(jì)算出質(zhì)量流量。該關(guān)系式為有功功率＝質(zhì)量流量×排出壓力。
所述工況數(shù)據(jù)為瞬時產(chǎn)液量、累積產(chǎn)液量，井口部分的扭矩、轉(zhuǎn)速、功率，泵端的扭矩、轉(zhuǎn)速、功率，有效功率，系統(tǒng)損耗、系統(tǒng)效率、泵排出壓力，電量、電費(fèi)等，還有豐富的宏觀控制圖、診斷結(jié)論等諸多指標(biāo)。所述油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為轉(zhuǎn)速S、三相電流I1，I2，I3電壓U、功率因素cosφ、扭矩M、載荷P等動態(tài)參數(shù)；生產(chǎn)氣液比Rs等靜態(tài)參數(shù)根據(jù)。
如圖7所示，主要根據(jù)動態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)速s、三相電流I1，I2，I3、電壓U、功率因素cosφ、扭矩、載荷P；靜態(tài)參數(shù)生產(chǎn)氣液比Rs；利用力學(xué)計(jì)算數(shù)學(xué)模型和功耗計(jì)算數(shù)學(xué)模型擬合，計(jì)算出經(jīng)過流量標(biāo)定系數(shù)k修正，計(jì)算出螺桿泵井的地面標(biāo)準(zhǔn)狀況下的產(chǎn)液量。其理論模型示意函數(shù)如下 Q螺桿泵＝kf(S，I1，I2，I3，U，cosφ，M，P，Rs) (F3-0-1) Q螺桿泵----螺桿泵的產(chǎn)液量，m3；s----轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分；----扭矩，N·m； ----載荷，kN；Rs----生產(chǎn)氣液比；I1，I2，I3----三相電流，A；U----電壓，V；cosφ----功率因數(shù)；k----流量標(biāo)定系數(shù)，小數(shù)。
如圖8A和圖8B所示，梁的動力學(xué)方程理論示意圖。其中，螺桿泵井根據(jù)梁的動力學(xué)方程理論如下 假設(shè)梁不受外力作用，則梁的勢能泛函為 動能泛函為 其中ρ為梁的密度，Iζ為繞ζ軸的轉(zhuǎn)動慣量。
根據(jù)Hamilton變分原理 可得梁的運(yùn)動微分方程如下 本發(fā)明中螺桿泵的適時參數(shù)主要計(jì)算就是通過求解以上方程組得到的，以上波動方程的細(xì)節(jié)如下述的螺桿泵井桿柱動態(tài)模型 將螺桿泵井桿柱作為一個2節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)單元梁，引入位移的插值形式u＝Nae 其中ae為單元節(jié)點(diǎn)位移矢量，N為插值函數(shù)矩陣 ae＝(u1，v1，w1，θζ1，θξ1，θη1，u2，v2，w2，θζ2，θξ2，θη2)T(F3-1) 其中Ni為Lagrange插值函數(shù)，Hi(j)(i，j＝1，2)為Hermite插值函數(shù) (F3-2)式中對軸向位移u和扭角θζ用Lagrange插值函數(shù)，對撓度v，w采用Hermite插值函數(shù)，這樣得到的節(jié)點(diǎn)處轉(zhuǎn)角θη，θξ即分別為v，w的一階導(dǎo)數(shù)。將位移插值形式代入(F3-0-2)式的動能泛函與(F3-0-3)式的勢能泛函中，再由拉格朗日方程 可得梁單元的動力學(xué)有限元方程 Mee+Keae＝0 (F3-5) 式中Me為單元質(zhì)量矩陣，Ke為單元剛度矩陣，并與預(yù)軸力有關(guān)，PTe為單元等效溫度載荷矢量。并有 如果考慮阻尼和結(jié)點(diǎn)力，則上式改寫為 Mee+Ceae+Keae＝Pe (F3-9) 組集之后即可得到總體結(jié)構(gòu)的動力學(xué)有限元方程 M+Ca+Ka＝P(F3-10) 上式中 M為結(jié)構(gòu)質(zhì)量矩陣； K為結(jié)構(gòu)剛度矩陣； a為結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移矢量； C表示阻尼矩陣，通常我們采用比例阻尼(即Rayleigh阻尼)，即 C＝αM+βK (F3-11) 其中α、β是不依賴于頻率的常數(shù)； P表示結(jié)點(diǎn)力列項(xiàng)，對于靜坐標(biāo)系統(tǒng)，它表示外部結(jié)點(diǎn)力作用(包括等效結(jié)點(diǎn)力例如重力)，對于動坐標(biāo)系，它還必須包括由于牽連加速度和柯氏加速度所產(chǎn)生的牽連力和柯氏力。
下面采用Newmark方法對上述方城在在時間域上離散。Newmark方法實(shí)質(zhì)上是線性加速度法的一種推廣，它采用下列假設(shè) rt+Δt＝rt+((1-δ)rt+δrt+Δt) (F3-12) 其中α和δ是按積分精度和穩(wěn)定性要求而決定的參數(shù)。當(dāng)α＝1/2且δ＝1/6時，上面兩式相當(dāng)于線性加速度法，因?yàn)檫@時它們可以從下面時間間隔為Δt內(nèi)線性假設(shè)的加速度表達(dá)式的積分得到 rt+τ＝rt+(rt+Δt-rt)τ/Δt (F3-14) 式中0≤τ≤Δt，Newmark方法原來是從常平均加速度法這樣一種無條件穩(wěn)定積分方案提出的，那時δ＝1/2且α＝1/4，Δt內(nèi)的加速度為 rt+τ＝(rt+rt+Δt)/2 (F3-15)Newmark方法中時間t+Δt的位移解答drt+Δt是通過滿足t+Δt的運(yùn)動方程 Mrt+Δt+Cmrt+Δt+Kmdrt+Δt＝Qmt+Δt (F3-16) 而得到的。為此，首先從假設(shè)中解得 將上式帶入運(yùn)動方程則可得到從drt，rt，rt計(jì)算drt+Δt的公式 需要說明的是，Newmark方法實(shí)際上是一種隱式算法，從數(shù)學(xué)上可以嚴(yán)格的證明當(dāng)δ≥0.5，α≥0.25(0.5+δ)2時，Newmark方法是無條件穩(wěn)定的，即時間步長Δt的大小可不影響解的穩(wěn)定性，但它顯然會影響解的精度。
為了方便描述，將上述方程改寫成標(biāo)準(zhǔn)有限元形式如下 其中Me、Ce、Ke分別表示單元質(zhì)量矩陣、單元阻尼矩陣、單元剛度矩陣，Qe表示單元載荷列陣，ae表示單元結(jié)點(diǎn)位移列陣。
注意觀察上面的方程，可以仿照靜力學(xué)方程的形式作進(jìn)一步改寫 其中 很顯然，在按Newmark方法在時間域上離散之后，動力學(xué)方程的求解完全類似于靜力學(xué)方程。
Newmark方法求解方程(F3-0-5)的方法屬于數(shù)值計(jì)算內(nèi)容，請使用相關(guān)數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行求解，這里不再贅述。
通過求解以上波動方程可以獲得各個生產(chǎn)時刻桿柱不同深度處的螺桿泵工作系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)圈數(shù)、速度、扭矩、角度等動態(tài)的變化參數(shù)，同時桿柱不同深度處的這些動態(tài)參數(shù)也對應(yīng)著摩擦損耗變化，不同深度部分的功率等參數(shù)。也就是說，通過方程求解可以得到如下的扭矩構(gòu)成和受力構(gòu)成的各個分量 M＝M0+M1+M2+M3 (F3-24) M-光桿扭矩，N.m；M0-螺桿泵初始扭矩，N.m；M1-螺桿泵的工作扭矩，N.m；M2-抽油桿和井液的摩擦扭矩，N.m；M3-抽油桿的慣性扭矩以及扶正器的摩擦扭矩，N.m。
F＝F1+F2+F3+F4+F5 (F3-25) F1-抽油桿自重，N；F2-抽油桿所受的浮力，N；F3-液體壓差作用在轉(zhuǎn)子上的軸向力，N；F4-液體對抽油桿向上的摩擦力，N；F5-由于過盈引起的定子對抽油桿的半干摩擦力，N。
需要注意的是，扶正器的摩擦扭矩要依據(jù)斜井的井眼軌跡相關(guān)計(jì)算模型得到，多相流的計(jì)算中也有用到井斜角角度的數(shù)據(jù)，這些與斜井有關(guān)的側(cè)向摩擦計(jì)算與壓力梯度計(jì)算均用到斜井計(jì)算模型其它井類型的斜井部分也全部用到了該斜井計(jì)算模型。斜井計(jì)算模型見相關(guān)的斜井井眼軌跡計(jì)算與側(cè)向力計(jì)算模型，而且石油工程領(lǐng)域這方面的計(jì)算模型較多，涉及到斜井的相關(guān)計(jì)算，可以任選一計(jì)算方法即可，此處不再贅述。
波動方程的求解過程也就是迭代的過程，通過以上敘述可以獲得桿柱最下端的有功功率和排出壓力，根據(jù)有功功率＝質(zhì)量流量×排出壓力這一基本的關(guān)系式計(jì)算出質(zhì)量流量，這一點(diǎn)和電潛泵井的思想是相同的，所不同的是電潛泵井油管中只有流體沒有桿柱，其泵排出壓力使用多相流算出，而螺桿泵井是在更加復(fù)雜的方程求解中逐級求得桿柱受力和多相流壓力分布得到有效功率和排出壓力的，也就是說，螺桿泵的有效功率和排出壓力是一個統(tǒng)一的復(fù)雜的耦合模型，當(dāng)然這種耦合是計(jì)算機(jī)算法上的耦合，其物理計(jì)算依據(jù)是相同的。
螺桿泵井得到的是泵工作壓力下的地下液體質(zhì)量流量，折算求出井口有效排量主要是根據(jù)質(zhì)量連續(xù)原理，除以地面條件下的原油密度，就得到地面體積流量，同時減去氣體所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)，一般情況下氣體所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)是非常小的，可以忽略不計(jì)。
4.電潛泵井 如圖9所示，為電潛泵井產(chǎn)液量計(jì)算流程圖。根據(jù)有功功率＝質(zhì)量流量×排出壓力這一基本的關(guān)系式計(jì)算出質(zhì)量流量。所述工況數(shù)據(jù)為瞬時產(chǎn)液量、累積產(chǎn)液量，輸入功率，泵功率、泵效率、有效功率，系統(tǒng)損耗、系統(tǒng)效率、泵排出壓力，電量、電費(fèi)等，還有豐富的宏觀控制圖、診斷結(jié)論等諸多指標(biāo)。所述油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為嘴前嘴后壓力P1，P2、三相電流I1，I2，I3、電壓U、功率因素cosφ等動態(tài)參數(shù)；油嘴直徑d、生產(chǎn)氣液比Rs等靜態(tài)參數(shù)根據(jù)。
主要根據(jù)動態(tài)參數(shù)嘴前壓力P1(油壓)、嘴后壓力P2(回壓)、三相電流I1，I2，I3、電壓U、功率因數(shù)cosφ，靜態(tài)參數(shù)油嘴直徑d、生產(chǎn)氣液比Rs；利用多相流油嘴節(jié)流模型，電潛泵、電纜能耗模型，配合舉升數(shù)學(xué)模型加以修正和擬合，計(jì)算出電潛泵井的混合流體流量，再用流量標(biāo)定系數(shù)k計(jì)算得到電潛泵井井口折算體積流量。其理論模型示意函數(shù)如下 Q電潛泵＝kf(d，P1，P2，Rs，I1，I2，I3，U，cosφ)(F4-0) Q電潛泵----電潛泵井的產(chǎn)液量，m3；d----油嘴直徑，mm；P1----嘴前壓力(油壓)，MPa；P2----嘴后壓力(回壓)，MPa；Ps----生產(chǎn)氣液比；I1，I2，I3----三相電流，A；U----電壓，V；cosφ----功率因數(shù)；k----流量標(biāo)定系數(shù)，小數(shù)。
電潛泵井的流量計(jì)量基本思想是應(yīng)用能耗模型獲得有功功率，應(yīng)用多相流計(jì)算出泵的排出壓力，應(yīng)用有功功率＝質(zhì)量流量×排出壓力這一基本的關(guān)系式計(jì)算出質(zhì)量流量，然后根據(jù)氣油比等參數(shù)算出氣體所占質(zhì)量，這個氣體質(zhì)量比重是非常小的，從而獲得液體的質(zhì)量流量，再根據(jù)區(qū)塊原油的密度可以獲得該質(zhì)量流量原油對應(yīng)的地面液體體積流量，也就是產(chǎn)液量。電潛泵井得到的是泵工作壓力下的地下液體質(zhì)量流量，這一點(diǎn)和螺桿泵相同。
電潛泵井的流量計(jì)量獲得有功功率的能耗模型如以下模型所示，獲得泵的排出壓力的多相流計(jì)算模型與自噴井中的模型一致，此處不再贅述。
有效舉升高度(m)H有效＝H中+(P油-P流)×102 (F4-1) 有效功率(kw)P有效＝Q×H有效×γ混×100/8812800(F4-2) 有效揚(yáng)程(m)H有效揚(yáng)程＝H有效+HL(F4-3) 油管壓頭損失(MPa)HL＝0.111×10-10×λ×H泵深×q2/d5， (F4-4) 其中，q為平均流體體積流量，q＝Q/γ混，注意應(yīng)該γ混＝0.5---1之間，λ可以取常數(shù)0.06； 油管摩阻損失功率(kw)P油管＝P有效×HL/H有效(F4-5) 泵吸入口壓力(MPa)P泵入口＝P流-γ混(H中-H泵)×0.00981 (F4-6) 電纜壓降(V)
電機(jī)輸入電壓(V)U電機(jī)入＝U-ΔU電纜 (F4-8) 電機(jī)輸入功率(kw)電機(jī)輸入功率＝電纜輸入功率-電纜消耗功率 電纜輸入功率(kw)P輸入＝1.732×U×(I1+I2+I3)cosφ/3(F4-9) 電纜消耗功率(kw)
L為電纜長度(m)， 其中，R電纜＝ρ/S (F4-11) r＝k*p/s (溫度＝(t口+t底)/2下的k值) 其中，ρ為銅導(dǎo)線電阻率(0.30295)，S為導(dǎo)體截面積， 地面設(shè)備損失功率(kw)P地面＝P輸入×0.025 (F4-12) 日耗電量(度)W日耗＝P輸入×1.025×24 (F4-13) 方液日耗電量(度)W方液日耗＝Ｗ日耗/Q (F4-14) 系統(tǒng)效率(％)η＝P有效×100％/P輸入(F4-15)混合液密度由下式求得
其中，

fw為含水，fw＝φ/100。
通過本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，可完成的功能為 1.油井工況檢測功能 采集自噴井、抽油機(jī)井、電潛泵井、螺桿泵井電壓、電流、功率、載荷、沖次、沖程、井口壓力、油溫、生產(chǎn)時率、曲柄銷子、轉(zhuǎn)速、扭矩及巡井時間等生產(chǎn)參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)人工/自動遠(yuǎn)程控制。
2.注水井工況檢測功能 對注水井采集井口壓力、溫度、注水量、巡井時間等生產(chǎn)參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)人工/自動遠(yuǎn)程控制。
3.故障報警功能 停電、停機(jī)、回壓異常、缺相及電流異常、抽油機(jī)抽空、防盜紅外監(jiān)控，曲柄銷松動脫落。
4.控制保護(hù)功能 對油井間抽控制；缺相、三相電流不平衡、曲柄銷脫落自動停機(jī)；遠(yuǎn)程啟?？刂坪烷_關(guān)井場照明燈；實(shí)現(xiàn)對油水井產(chǎn)/注液量的自動計(jì)量控制。
5.數(shù)據(jù)通信功能 單井采用自主開發(fā)的YDSW遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制器(RTU)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；中控室采用無線寬帶/光纜網(wǎng)絡(luò)通訊方式實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。
6.數(shù)據(jù)管理功能 圖形方式實(shí)時顯示壓力、溫度、載荷、扭矩、電流、電壓、功率等各種生產(chǎn)參數(shù)及泵、機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)超限報警及設(shè)備故障報警，預(yù)測故障位置和故障原因并進(jìn)行相應(yīng)提示。
7.攝像監(jiān)視功能 在油水井、接轉(zhuǎn)站或聯(lián)合站外安裝若干云臺和全景低照度攝像機(jī)，對站內(nèi)全貌及油水井進(jìn)行監(jiān)視。
8.生產(chǎn)管理及遙控指揮 自動記錄巡井時間；與油田局域網(wǎng)數(shù)據(jù)共享；可以通過現(xiàn)有局域網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)上遠(yuǎn)端監(jiān)控油水井生產(chǎn)現(xiàn)場并進(jìn)行指揮。
9.油井產(chǎn)量計(jì)量功能 在油井正常運(yùn)行期間，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程測試數(shù)據(jù)的自動錄取，根據(jù)采集的壓力、轉(zhuǎn)速、地面示功圖等數(shù)據(jù)，應(yīng)用油井量油技術(shù)，計(jì)算油井產(chǎn)液量，實(shí)現(xiàn)在無人值守情況下能及時掌握油井的動態(tài)變化。
10.油井生產(chǎn)系統(tǒng)分析與優(yōu)化決策功能 根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，進(jìn)行生產(chǎn)井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)、在線診斷、抽油井系統(tǒng)效率分析等。
11.網(wǎng)絡(luò)查詢功能 通過IE瀏覽器和專用的視頻播放軟件，在油田信息網(wǎng)上可隨時瀏覽各油水井的各個監(jiān)控畫面及實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，及液量計(jì)算結(jié)果，查詢有關(guān)生產(chǎn)報表及分析結(jié)果。
通過本發(fā)明，可在油田信息網(wǎng)上全面了解工區(qū)的生產(chǎn)狀況，實(shí)現(xiàn)油水井的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控、聯(lián)合站生產(chǎn)參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的自動檢測與重要生產(chǎn)崗位的閉環(huán)控制和圖像監(jiān)視，提高油田生產(chǎn)時率，簡化地面流程、節(jié)能降耗，保證油田安全生產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)、社會效益。
上述實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而非用于限定本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化方法，其特征在于，包括步驟
獲取油井抽油機(jī)上的傳感器傳送的工況數(shù)據(jù)，并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將該工況數(shù)據(jù)傳送至工況采集及監(jiān)視單元；
工況采集及監(jiān)視單元接收所述工況數(shù)據(jù)，并將該工況數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后傳送至產(chǎn)液量計(jì)量單元，并監(jiān)視油井的運(yùn)行狀態(tài)；
產(chǎn)液量計(jì)量單元接收到所述工況數(shù)據(jù)后，根據(jù)該工況數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中存儲的油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算產(chǎn)液量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化方法，其特征在于，還包括步驟
對工況數(shù)據(jù)和計(jì)算出的產(chǎn)液量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；
根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行工況分析；
根據(jù)數(shù)據(jù)分析和工況分析結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化方法，其特征在于，還包括步驟對采集的所述工況數(shù)據(jù)、計(jì)算出的產(chǎn)液量和數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行存儲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化方法，其特征在于，所述產(chǎn)液量計(jì)量單元根據(jù)工況數(shù)據(jù)和油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算產(chǎn)液量，包括步驟
根據(jù)工況數(shù)據(jù)和油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，應(yīng)用產(chǎn)液量計(jì)算數(shù)學(xué)模型計(jì)算油井的單井產(chǎn)液量；
通過流量標(biāo)定系數(shù)進(jìn)行修正；
將修改后的計(jì)算產(chǎn)液量作為油井計(jì)量產(chǎn)液量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化方法，其特征在于，所述油井為游梁機(jī)有桿泵抽油時，應(yīng)用有桿泵抽油模型計(jì)算油井的單井產(chǎn)液量，包括步驟
通過地面示功圖求得井下各級桿柱功圖和泵功然后，應(yīng)用泵功圖識別技術(shù)計(jì)算產(chǎn)液量或工況指標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化方法，其特征在于，所述油井為自噴井時，應(yīng)用自噴井產(chǎn)液計(jì)算模型計(jì)算產(chǎn)液量，包括步驟應(yīng)用多相流油嘴節(jié)流模型計(jì)算產(chǎn)液量。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化方法，其特征在于，所述油井為螺桿泵抽油時，應(yīng)用螺桿泵抽油模型計(jì)算產(chǎn)液量，包括步驟
應(yīng)用力學(xué)計(jì)算數(shù)學(xué)模型和功耗計(jì)算數(shù)學(xué)模型擬合計(jì)算有效功率和排出壓力；
根據(jù)質(zhì)量流量與所述有功功率和排出壓力的關(guān)系計(jì)算產(chǎn)液量。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化方法，其特征在于，所述油井為電潛泵抽油時，應(yīng)用電潛泵產(chǎn)液計(jì)算模型計(jì)算產(chǎn)液量，包括步驟
應(yīng)用能耗模型獲得有功功率；
應(yīng)用多相流油嘴節(jié)流模型計(jì)算出泵的排出壓力；
根據(jù)質(zhì)量流量與所述有功功率和排出壓力的關(guān)系計(jì)算產(chǎn)液量。
9.一種油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，至少包括數(shù)據(jù)采集控制器、工況采集及監(jiān)視單元、產(chǎn)液量計(jì)量單元和存儲單元；其中，
數(shù)據(jù)采集控制器，安裝于油井中并與設(shè)置在油井抽油機(jī)上的傳感器相連接，用于采集所述傳感器的工況數(shù)據(jù)并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將該工況數(shù)據(jù)傳送至工況采集及監(jiān)視單元，并對油井進(jìn)行控制；
工況采集及監(jiān)視單元，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)采集控制器進(jìn)行信息交互，接收所述數(shù)據(jù)采集控制器發(fā)送的工況數(shù)據(jù)，并將手動或自動設(shè)置的指令發(fā)送至數(shù)據(jù)采集控制器，并監(jiān)視油井的運(yùn)行狀態(tài)；
產(chǎn)液量計(jì)量單元，與所述工況采集及監(jiān)視單元和存儲器連接，接收所述工況采集及監(jiān)視單元發(fā)送的工況數(shù)據(jù)，并根據(jù)該工況數(shù)據(jù)和儲存在存儲單元中的油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并且應(yīng)用產(chǎn)液量計(jì)算數(shù)學(xué)模型計(jì)算產(chǎn)液量；并將采集到的工況數(shù)據(jù)送入存儲器進(jìn)行存儲；
存儲單元，與所述產(chǎn)液量計(jì)量單元連接，用于儲存油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)供產(chǎn)液量計(jì)量單元使用；接收產(chǎn)液量計(jì)量單元傳送的產(chǎn)液量計(jì)量結(jié)果并儲存，并接收采集的工況數(shù)據(jù)并儲存。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，還包括數(shù)據(jù)分析單元，與所述產(chǎn)液量計(jì)量單元和存儲單元連接，用于對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并將數(shù)據(jù)分析結(jié)果發(fā)送至存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)儲存；其中，所述相關(guān)數(shù)據(jù)至少包括產(chǎn)液量、壓力、載荷、泵效、系統(tǒng)效率、區(qū)塊中單井運(yùn)行合理性統(tǒng)計(jì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的油井產(chǎn)液量計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲單元包括
第一存儲單元，用于存儲油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；
第二存儲單元，用于存儲油井生產(chǎn)報表，該生產(chǎn)報表中至少包括產(chǎn)液量采集到的工況數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析結(jié)果。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，還包括工況分析單元，與所述數(shù)據(jù)分析單元連接，根據(jù)數(shù)據(jù)分析單元的分析結(jié)果對油井工況進(jìn)行分析。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，還包括優(yōu)化設(shè)計(jì)單元，與所述數(shù)據(jù)分析單元和工況分析單元連接，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果和工況分析結(jié)果對油井進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，還包括用戶終端，與所述產(chǎn)液量計(jì)量單元連接并進(jìn)行信息交互，對油井產(chǎn)液量信息進(jìn)行維護(hù)、對產(chǎn)液量計(jì)量結(jié)果進(jìn)行查詢以及進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，還包括遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控單元，與所述工況采集及監(jiān)視單元連接，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)對油井工況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，還包括網(wǎng)絡(luò)瀏覽單元，與所述工況采集及監(jiān)視單元、產(chǎn)液量計(jì)量單元、數(shù)據(jù)分析單元、工況分析單元、優(yōu)化設(shè)計(jì)單元以及存儲單元連接，用于對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時瀏覽、查詢。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，還包括網(wǎng)絡(luò)瀏覽單元，與所述遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控單元連接，用于對油井進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視。
全文摘要
本發(fā)明提供一種油井產(chǎn)液量計(jì)量、工況分析優(yōu)化方法和系統(tǒng)。該方法包括步驟獲取設(shè)置在油井抽油機(jī)上的傳感器傳送的工況數(shù)據(jù)，并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將該工況數(shù)據(jù)傳送至工況采集及監(jiān)視單元；工況采集及監(jiān)視單元接收所述工況數(shù)據(jù)，并將該工況數(shù)據(jù)傳送至產(chǎn)液量計(jì)量單元，并監(jiān)視油井的運(yùn)行狀態(tài)；產(chǎn)液量計(jì)量單元接收到所述工況數(shù)據(jù)后，根據(jù)該工況數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中存儲的油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算產(chǎn)液量。通過本發(fā)明，可在油井無計(jì)量站情況下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程油井工況數(shù)據(jù)的自動錄取、在無人值守情況下能及時掌握油井的動態(tài)變化。
文檔編號E21B43/00GK1970991SQ20061016481
公開日2007年5月30日 申請日期2006年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月6日
發(fā)明者檀朝東 申請人:中國石油大學(xué)(北京)