一种基于地面示功图的抽油机井生产气油比计算方法

本发明属于石油开采，尤其涉及一种基于地面示功图的抽油机井生产气油比计算方法。

背景技术：

1、生产气油比是指油井日产气量与日产油量的比值，表示每采出一吨原油所伴随产出的气体量。原油从地层开采到地面的过程中，流体的压力不断降低，当压力低于原油的饱和压力时，原油中的轻质组分脱出形成气相，如果在地层中脱气，地下原油粘度就会增大，同时由于气相的存在，油相相对渗透率降低，流动阻力增加；如果在井筒中脱气，影响抽油泵泵效、油井产量以及生产系统效率等。因此，生产气油比是油气开发与开采工作优化调整不可或缺的重要参数。

2、油气田数字化、信息化建设之前，现场一般采用油气水三相分离器及气、液流量计进行产油量、产水量和产气量的测量，然后计算生产气油比或气液比，设备成本、维护费用较高，存在安全隐患等问题。目前，油气田数字化、信息化、智能化迅速发展，生产现场数字化覆盖率达90%以上，劳动组织方式和生产运行模式发生较大变革，基本取消了油井井口的计量装置，实现了产液量的测量，而生产气油比难以测量，造成这项重要参数的缺失。

3、因此，通过机理分析，建立一种基于地面示功图的抽油机井生产气油比计算方法，实现了抽油机井生产气油比的实时自动监测，解决该参数采集难度大、投入高的问题，也有利于提高油井的智能化、信息化管理水平，为油井生产的实时优化提供理论和技术支持。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种基于地面示功图的抽油机井生产气油比计算方法，以实现抽油机井生产气油比的实时自动监测。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于地面示功图的抽油机井生产气油比计算方法，包括如下步骤：

4、s1、以地面位移与载荷（地面示功图）为边界条件，采用有限差分解法求解一维带阻尼波动方程，获得井下泵功图。

5、应力波在抽油杆柱中的传播过程可用一维带阻尼的波动方程来描述：

6、；

7、式中，u( x,t)为抽油杆柱任意截面 x在 t时刻位移，以向下为正，m； c为应力波在抽油杆中的传播速度，m/s； v为阻尼系数，1/s;

8、对于单级抽油杆，模型的有限差分解为：

9、；

10、边界条件为：

11、；

12、式中， e r为抽油杆弹性模量，mpa； a r为抽油杆的横截面积，m2;

13、收敛条件：；

14、对于多级抽油杆，根据连续条件求解,其步骤如下：

15、；

16、s2、建立井下泵功图曲率求解模型，求解泵功图中曲率变化最大的点的位置，即为阀的开、闭点的位置。

17、泵功图各离散点的曲率k可利用离散点 x i (x i ,y i )及其前一离散点 x i-1 (x i-1 ,y i-1 )和后一离散点 x i+1 (x i+1 ,y i+1 )三点之间的几何关系计算得出，某一离散点曲率的数学模型为：

18、；

19、计算阀开闭点位置的具体步骤为：

20、①用五点平均法求每一点的坐标平均值；

21、②分别求出泵功图离散点横坐标的最大值 x max和最小值 x min，纵坐标的最大值 y max和最小值 y min；

22、③将离散点归一化，归一化公式如下：

23、；

24、④将归一化的泵功图沿柱塞冲程展开，泵功图由闭合曲线变为单值曲线；

25、⑤根据任一离散点的曲率计算模型，计算各离散点的曲率值 k i；

26、⑥根据，求任意离散点的曲率 k i与其后一离散点的曲率 k i+1的变化量 δ i；

27、⑦引入归一化载荷的平均载荷 dfa，假设 dfu= dfa+0.1， dfd= dfa-0.1，则上冲程过程中，在归一化载荷大于 dfu范围内根据曲率变化量最大的两个点确定固定阀开闭点；下冲程过程中，在归一化载荷小于 dfd范围内根据曲率变化量最大的两个点确定游动阀开闭点。

28、s3、计算冲程损失、泵漏失和液体体积变化引起的泵效损失；

29、在平面直角坐标系中绘制泵功图，将求解得到的阀的开、闭点位置在泵功图中标出， p so （x so ，y so ）为固定阀开启点； p sc （x sc ，y sc ）为固定阀关闭点； p to （x to ，y to ）为游动阀开启点； p tc （x tc ，y tc ）为游动阀关闭点，其中 x l、 x r分别为泵示功图左、右两端点的横坐标。

30、s31泵漏失引起的泵效损失

31、①游动阀漏失引起的泵效损失为:

32、；

33、②固定阀漏失引起的泵效损失为:

34、从图中可以得到， s to中包含泵气体及充不满影响、下行程时固定阀漏失造成的泵冲程损失，此时可以认为下冲程固定阀的漏失量造成的泵冲程损失 s tol 等于 s tc，可以得到：

35、；

36、s32冲程损失引起的泵效损失为:

37、；

38、式中， ηλ为考虑抽油杆柱和油管柱弹性伸缩后的柱塞冲程与光杆冲程之比；sp为考虑抽油杆柱和油管柱弹性伸缩后的柱塞冲程，m；s为光杆冲程，m；

39、s33液体体积变化引起的泵效损失为:

40、；

41、式中， n w为标准条件( p st， t st）下混合液的含水率，%； b o为地层条件下原油的体积系数，m3/ m3； b w为地层条件下水的体积系数，m3/ m3;

42、s4、根据实际产量和泵的理论排量，计算油井实际泵效；

43、；

44、式中， η为油井实际泵效； q 实际为油井实际产液量，m3/d； q 理论为油井理论排量，m3/d。

45、s5、计算泵充满系数，建立生产气油比的计算模型，求解生产气油比。

46、泵充满系数为：

47、；

48、式中，  β为泵的充满系数，小数;

49、根据  β和生产气油比的关系，得到生产气油比计算模型：

50、；

51、式中， r p为生产气油比，m3/ m3； r bs为泵内溶解气油比，m3/ m3； p i为沉没压力，mpa； f w为含水率，%。

52、从上面所述可以看出，本发明一种基于地面示功图的抽油机井生产气油比计算方法,只需根据地面实测示功图和生产数据，实现抽油机井生产气油比的实时自动监测，且具有较高的精度；能够提高油井实时数据采集和信息化、智能化管理水平；并且降低劳动强度，减少用工量、提升生产效率、节约生产成本。