一种有杆抽油系统效率实时监测方法
【专利摘要】一种有杆抽油系统效率实时监测方法，属于计算机油田数字化建设【技术领域】。含有数据采集步骤和数据分析步骤；数据采集步骤含有以下步骤；建立抽油机功图法油井自动计量与监测系统，全天候不间断地对所辖区块内油井的运行状况进行实时监测步骤，每十分钟实时采集功图数据，并进行产液量计算；建立电参数数据采集系统，实时采集三相电流、电压、有功功率、无功功率、功率因素等参数，将实时采集的大量数据存储在专用的数据库中；数据分析步骤含有以下步骤；开发系统实时效率监测软件，通过对专用数据库中的实时采集数据进行计算分析，得到反映系统运行状况的动态参数，对比阶段状态运行变化趋势，绘制出各技术指标随时间变化的趋势图，用于指导生产。
【专利说明】一种有杆抽油系统效率实时监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种有杆抽油系统效率实时监测方法，属于计算机油田数字化建设【技术领域】。
【背景技术】
[0002]各油田都采用便携测试仪对抽油系统功图和输入电参数进行定期或不定期测试，然后利用抽油系统效率计算、仿真和优化设计软件对测试数据进行分析计算。随着油田数字化建设的开展，西部某油田建立了功图法油井计量装置和实时电参数采集装置，可以全天候实测功图数据和电参数，目前还没有一个方法利用已测量实时数据对抽油系统效率计算，从而实现对系统效率的实时监测、趋势分析和油井的精细化管理。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种有杆抽油系统效率实时监测方法。
[0004]一种有杆抽油系统效率实时监测方法，解决抽油系统效率实时监测、分析问题。通过实时计算油井的平衡度、地面效率、井下效率和系统效率，为抽油系统的优化改进、油田的生产管理提供依据，达到提高抽油机井系统效率，降低抽油机能耗，降低生产成本的目的，实现油田的低碳开发。
[0005]一种有杆抽油系统效率实时监测方法，含有数据采集步骤和数据分析步骤；
[0006]数据采集步骤含有以下步骤；
[0007]建立抽油机功图法油井自动计量与监测系统，全天候不间断地对所辖区块内油井的运行状况进行实时监测步骤，每十分钟实时采集功图数据，并进行产液量计算；建立电参数数据采集系统，实时采集三相电流、电压、有功功率、无功功率、功率因素等参数，将实时采集的大量数据存储在专用的数据库中；
[0008]数据分析步骤含有以下步骤；
[0009]开发系统实时效率监测软件，通过对专用数据库中的实时采集数据进行计算分析，得到反映系统运行状况的动态参数(系统效率、地面效率、井下效率、平衡度)，对比阶段状态运行变化趋势，绘制出了各技术指标随时间变化的趋势图，用于指导生产。
[0010]本发明的优点是提高抽油机井系统效率，降低抽油机能耗，降低生产成本，为油田的生产管理提供一个可靠的依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中:
[0012]图1为本发明的一种有杆抽油系统效率实时监测方法流程图。
[0013]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
【具体实施方式】
[0014]显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。
[0015]实施例1:如图1所示，一种有杆抽油系统效率实时监测方法，含有数据采集步骤和数据分析步骤；
[0016]数据采集步骤含有以下步骤；
[0017]建立抽油机功图法油井自动计量与监测系统，全天候不间断地对所辖区块内油井的运行状况进行实时监测步骤，每十分钟实时采集功图数据，并进行产液量计算；建立电参数数据采集系统，实时采集三相电流、电压、有功功率、无功功率、功率因素等参数，将实时采集的大量数据存储在专用的数据库中；
[0018]数据分析步骤含有以下步骤；
[0019]开发系统实时效率监测软件，通过对专用数据库中的实时采集数据进行计算分析，得到反映系统运行状况的动态参数(系统效率、地面效率、井下效率、平衡度)，对比阶段状态运行变化趋势，绘制出了各技术指标随时间变化的趋势图，用于指导生产。
[0020]⑴实时监测步骤；
[0021]根据抽油机悬点位移变化曲线，可以通过下式计算出所测周期中抽油机悬点的实际冲程Dsus ;
[0022]Dsus = max ⑶—min (S)
[0023]将Dsus代入下式可计算出当前抽油机井的泵效α ；
α=_Q_
[0024]—,.π.丨 f、
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[0025]通过下式可计算出液柱的重量W。(kN)；
[0026]Wo = pon -9.8- Hir, ■ π ■,尸—；
4
[0027](其中，Drmd为最末一级杆柱的直径)
[0028]由下式可计算得到杆柱总长度的变化量Dl (m)；
七 4 ■人；
[0029]Δ/ = 2^7-ΤΓ;
ItE1-K-Di
[0030](其中，Li表示第i级杆的长度，Ei表示第i级杆的弹性模量，Di表示第i级杆的直径，η为杆柱的级数)；
[0031]通过下式可进一步计算得到泵利用率η ρ ；
α.Α,.、
[0032]^7；
[0033]根据实测的冲刺，可以利用下式得到一个冲程周期的时间T(S)；
「Π 7.60
[0034]I =—;
N
[0035]由抽油机悬点位移及对应的载荷曲线，可以得到抽油机所在测试的冲程周期中的悬点示功图；通过对功图的面积运用数值积分算法可得到在一个冲程周期中抽油机对悬点载荷所作的功(光杆功)Wr (kj)；
[0036]根据下式可得到悬点在一个冲程周期中的平均功率(平均光杆功率)Pr (kff)；
- \\
[0037]Pr=~^\
[0038]根据油井的含水率、原油密度，利用下式可以计算得到油水混合液的密度Pl(t/%)；
[0039]Pi= (1- nwater).P oil+ nwater ；
[0040]根据油井动液面深度以及油压与套压的取值，可以通过下式得到液体的有效举升高度H(m)；
rr 厂(P-F)-1QOO
[0041]H = H +--；
P1 -9.8
[0042]将计算得到的一个冲程周期中的平均水功率与平均光杆功率代入下式，即可计算出有杆抽油系统的平均井下效率％;
r ? —Jl
[0043]Tjd ==;
[0044]根据电动机输入功率变化曲线，可利用积分的方法得到电动机平均输入功率T^(/dF)，再由下式可计算出有杆抽油系统的平均地面效率
—Tr
[0045]% = =r-;
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[0046]根据下式，可得到整个有杆抽油系统的平均系统效率f ；
[0047]Usys =?-? ；
[0048]由电动机的特性参数以及电动机的输入功率，可得到电动机在一个冲程周期中的负载率λ的变化曲线。根据下式，可以求出电动机的输出功率Pnw (kw)的变化曲线:Pnw(t)=P0X λ (t);
[0049](其中，P。表示电动机的额定功率，kff)；
[0050]考虑由传动皮带与减速箱构成的减速装置传动效率影响，可由下式得到减速箱的输出功率Pm随时间变化的曲线。
[0051]Pro(t) = nrxpmo(t)；
[0052](其中，L表示减速装置的平均传动效率)
[0053]将Pra与I代入下式，即可求出在一个冲程周期中的抽油机四连杆机构平均传动
Γ7
效率；
[0054]由悬点的位移曲线及抽油机四连杆机构的传动关系，可以得到曲柄的角位移曲线，对角位移曲线进行数值微分并滤波，即可得到曲柄转速ω随时间变化的曲线，因为曲柄轴即为减速箱的输出轴，所以可以通过下式计算得到曲柄轴上的净扭矩随时间变化的曲线.P ?/)
[0055]Tn(I) = -^- ■,
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[0056]根据曲柄净扭矩变化曲线，通过下式即可计算出抽油机的平衡度Epst ；
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[0057]^pst =-
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[0058](其中，max(Tnu)表示上冲程曲柄净扭矩的峰值，max(Tnd)表示下冲程曲柄净扭矩的峰值);
[0059]由抽油机的悬点载荷及传动特性，可以得到曲柄上所承受的负载扭矩T1，根据下式可以计算得到曲柄平衡扭矩Tb ；
[0060]Tb = T1-Tn ；
[0061]⑵数据分析步骤:
[0062]①通过安装在井口悬绳器上的载荷传感器和游梁下方的位移传感器，对抽油机井抽油杆载荷和位移进行测量；
[0063]②载荷和位移电信号通过电缆线传至井组控制箱内控制终端(RTU)，再通过井组天线，将采集数据以波的形式传至主站中心接收天线进行数据接收；
[0064]③通过数据处理点(控制中心)无线服务器将接收到的信号转换为数字信号传至站内计算机；
[0065]④利用计算机上的油井监测、计量软件对油井工况进行24小时连续监测并进行故障诊断分析和产液量计算。
[0066]电参数实时采集装置:实时采集三相电流、电压、有功功率、无功功率、功率因素等参数。
[0067]如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种有杆抽油系统效率实时监测方法，其特征在于含有数据采集步骤和数据分析步骤； 数据采集步骤含有以下步骤； 建立抽油机功图法油井自动计量与监测系统，全天候不间断地对所辖区块内油井的运行状况进行实时监测步骤，每十分钟实时采集功图数据，并进行产液量计算；建立电参数数据采集系统，实时采集三相电流、电压、有功功率、无功功率、功率因素等参数，将实时采集的大量数据存储在专用的数据库中； 数据分析步骤含有以下步骤； 开发系统实时效率监测软件，通过对专用数据库中的实时采集数据进行计算分析，得到反映系统运行状况的动态参数(系统效率、地面效率、井下效率、平衡度)，对比阶段状态运行变化趋势，绘制出了各技术指标随时间变化的趋势图，用于指导生产。
2.根据权利要求1所述的一种有杆抽油系统效率实时监测方法，其特征在于: ⑴实时监测步骤； 根据抽油机悬点位移变化曲线，通过下式计算出所测周期中抽油机悬点的实际冲程D.u SUS ?
Dsus = max (S) -min (S)； 将Dsus代入下式计算出当前抽油机井的泵效α ；
O a =-—-— 通过下式计算出液柱的重量W。(kN)；
O1-Dr - K-Poil-9.8-Hm.π.' 4 ^ ; (其中，Drend为最末一级杆柱的直径) 由下式计算得到杆柱总长度的变化量Dl (m)；
JL.Λ.? M = Y '；
^E1-K-Di (其中，Li表示第i级杆的长度，Ei表示第i级杆的弹性模量，Di表示第i级杆的直径，η为杆柱的级数)； 通过下式进一步计算得到泵利用率ΠΡ ； η - a'D^ - . 1 一
SllS 根据实测的冲刺，利用下式得到一个冲程周期的时间T(S)； τ 60
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N 由抽油机悬点位移及对应的载荷曲线，得到抽油机所在测试的冲程周期中的悬点示功图；通过对功图的面积运用数值积分算法得到在一个冲程周期中抽油机对悬点载荷所作的功(光杆功)WJkJ)； 根据下式得到悬点在一个冲程周期中的平均功率(平均光杆功率)pr(kff)； —W 'T 根据油井的含水率、原油密度，利用下式计算得到油水混合液的密度P1(Vms)；
Pl(I ^water) P oil+ water ; 根据油井动液面深度以及油压与套压的取值，通过下式得到液体的有效举升高度H(m)； 丑式+ (^)_; m P,.9.8 将计算得到的一个冲程周期中的平均水功率与平均光杆功率代入下式，计算出有杆抽油系统的平均井下效率^ ; —/；.'7?.二=; 根据电动机输入功率变化曲线，利用积分的方法得到电动机平均输入功率再由下式计算出有杆抽油系统的平均地面效$ ~ —P,.1 mi 根据下式，得到整个有杆抽油系统的平均系统效率 iUUh ; 由电动机的特性参数以及电动机的输入功率，得到电动机在一个冲程周期中的负载率λ的变化曲线；根据下式,求出电动机的输出功率Pnw(kw)的变化曲线:PM(t)=P。.λ (t)； (其中，P。表示电动机的额定功率，kff)； 考虑由传动皮带与减速箱构成的减速装置传动效率影响，由下式得到减速箱的输出功率Pm随时间变化的曲线；
Pro ⑴=nr.Pmo (t)； (其中，L表示减速装置的平均传动效率) 将Pm与I代入下式，即求出在一个冲程周期中的抽油机四连杆机构平均传动效率；；r ■hnk w? ro ’ 由悬点的位移曲线及抽油机四连杆机构的传动关系，得到曲柄的角位移曲线，对角位移曲线进行数值微分并滤波，即得到曲柄转速ω随时间变化的曲线，因为曲柄轴即为减速箱的输出轴，所以通过下式计算得到曲柄轴上的净扭矩随时间变化的曲线；
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ω{?) 根据曲柄净扭矩变化曲线，通过下式即计算出抽油机的平衡度Epst ；
max(7?J (其中，max(Tnu)表示上冲程曲柄净扭矩的峰值，max(Tnd)表示下冲程曲柄净扭矩的峰值); 由抽油机的悬点载荷及传动特性，得到曲柄上所承受的负载扭矩T1，根据下式计算得到曲柄平衡扭矩Tb;
Tb = T1-Tn ； ⑵数据分析步骤: ①通过安装在井口悬绳器上的载荷传感器和游梁下方的位移传感器，对抽油机井抽油杆载荷和位移进行测量； ②载荷和位移电信号通过电缆线传至井组控制箱内控制终端(RTU)，再通过井组天线，将采集数据以波的形式传至主站中心接收天线进行数据接收； ③通过数据处理点(控制中心)无线服务器将接收到的信号转换为数字信号传至站内计算机； ④利用计算机上的油井监测、计量软件对油井工况进行24小时连续监测并进行故障诊断分析和产液量计算。
【文档编号】E21B47/009GK104213904SQ201310219500
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年6月5日 优先权日:2013年6月5日
【发明者】杨瑞, 辛宏, 慕立俊, 曾亚勤, 黄伟, 郭方元, 李明江, 吕亿明, 韩二涛 申请人:中国石油天然气股份有限公司