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12利用示功图计算油井产量的方法及应用利用示功图计算油井产量的方法及应用12阳雪飞张立会(1(青海油田公司采油三厂;2(青海油田公司钻采工艺研究院)摘要机械采油是国内外各油田的重要开采手段。
在我国的油田生产中，除少量的自喷井外，其余的采油井均采用机械采油的方法。
而在机械采油工艺上，绝大多数油井采用游梁式抽油机、抽油杆、抽油泵组成的有杆泵抽油系统。
示功图作为有杆泵采油技术的重要诊断手段，不仅技术成熟，而且应用广泛;除了常见的油井泵况诊断之外，示功图还有许多其它的用途，本文所揭示的就是示功图的另一方面应用:利用示功图计算油井产量。
示功图油井产量计算主题词1(利用示功图计算油井产量的理论基础对于有杆泵采油系统而言，抽油泵的理论排量主要由抽汲参数决定，即冲程、冲次和泵径，这三个参数的不同组合，抽油泵就能得到不同的理论排量，在油层供液能力相对充裕的情况下，油井就会得到不同的产量。
当油井出现地层供液不足、有气体影响等情况时，泵筒内必然不能完全充满，而是出现一段空隙的距离，此时必须根据泵的充满程度来计算抽油泵的实际排量和油井的实际产量。
图1是供液不足时采油井的典型功图。
图中各点距离的意义为:OD的距离表示抽油机的冲程，即在井口处光杆的行程;OB表示抽油杆的弹性伸缩距离，即冲程损失;BD表示抽油泵活塞在泵筒内的运行距离，即有效冲程;OC则表示在筒内，实际充满液体的长度，这里称之为充满行程。
图1 供液不足示功图参考抽油泵理论排量的计算公式，在供液不足、泵未充满的条件下，油井的实际产量取决于三个参数:充满行程、冲次、泵径，其计算公式应为: Q,K×OC×N式中:K--排量系数，与泵径有关，当泵径为38mm时，K,1.6330;当泵径为44mm 时，K,2.1888;当泵径为32mm时，K,1.1578。
OC--充满行程(由示功图直接读取，m。
3N--抽油机冲次，次/min。
Q--油井的日产液量，m/d。
示功图诊断技术在油田生产管理中的应用作者：张刚张玲黄晓鹏来源：《科技资讯》 2012年第34期张刚张玲黄晓鹏(吐哈油田三塘湖采油厂新疆哈密 839009)摘要:示功图的计算机诊断技术是六十年代采油工程上重大成果之一。
目前,这项技术在美国、加拿大、等国,已作为检测抽油系统工况不可缺少的手段之一,在油田生产管理中被广泛地应用着。
油井示功图它不仅能在不停产的情况下取得大量有用的数据,简化了井下直接测试工作,而且能随时监控油井动态,使之在最佳工作方式下生产,为最优化抽油技术和抽油井监测与控制管理阶段开辟了道路。
关键词:示功图诊断油田生产管理中图分类号:TE4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)12(a)-0150-01通过对示功图,特别是泵示功图的计算、分析,可以准确地获得抽油系统的井下设备、地面设备和油井本身的工作动态。
这是一种科学的定量分析方法,所得到的结果基本上是消除了人为因素影响的结果,它与分析人员的技巧和经验无关,也不再需要根据在光杆上得到的示功图,来猜测抽油系统的井下工作状况。
随着油田开发工作的进展,大部分油井停喷后必须采取机械采油的方式来生产。
当前,机械采油方式中,有杆泵抽油机井占全国油井总数的94%;即使下电潜泵生产井数较多的油田如中原油田,抽油机井也占总生产井树的80%以上。
低压、低渗透、低产量的油田全部采用有杆泵生产。
由于抽油机井生产状况复杂,深井泵下入油井深处(从全国统计数据来看,平均的泵挂深度1500 m之多,浅的油田600～800 m,而中原油田的抽油井较深,平均泵挂在1650 m。
目前国内泵挂最深的井已超过3000 m,对于下玻璃钢抽油杆生产的油井,泵挂深度很容易超过3000 m,油井还可增产)。
泵的工作状况是否正常,必须使用诊断仪器来测试,用动力仪或诊断仪来测井下功图判断泵况,用回声仪测井下液面判断深井泵是否沉没在液面以下工作,还可以测电机电流或采用井口憋压方法来判断生产状况。
油井产液量计量原理目前，我厂已经在40多口抽油井、自喷井以及注水井上推广应用了微功耗无线变送器油水井井口自动计量装置，应用范围涉及6个采油队。
这套系统最基本的求产原理、示功图以及泵功图的定性分析有必要向各采油队技术人员做如下介绍，希望能对各位分析油井的生产状况起到作用。
(一)游梁式抽油机井功图法求产原理抽油井示功图的纵坐标为光杆（露出地面，通过悬绳器与驴头连接的第一根光滑的抽油杆）在抽油过程中受力的载荷坐标，横坐标为抽油杆上、下行程时的位移坐标。
抽油机驴头所悬拄的悬绳器承受光杆和井下全部抽油杆柱，并带动最下部有杆泵的柱塞作上、下运动，即一个周期。
相应地可画出一个载荷与位移的函数关系曲线，即示功图。
抽油井生产情况千变万化，井下泵况相当复杂，只有通过自动量油技术或动力仪、诊断仪测得反映有杆泵工作状况的示功图，只有掌握了诊断技术，才能分析和管理好抽油井。
采油二厂管辖的油田抽油机井目前已经有30多口井采用了“功图法”自动计量，相比较采用分离器求产，由于受各种因素影响求产波动较大，而且求产时间较长，不利于快速、准确、及时掌握油井生产动态，直接关系到油田的稳产，流量计或分离器的检修，也大量增加油气操作成本；以往在油田产量紧张时，大多是技术人员通过繁重的油水井大调查工作来摸清所辖井的生产情况，费时费力，其中个别油井因工程技术人员水平差异而无法进行定论，不但增加了井下作业工作量，也存在一定程度的误诊，漏诊，给油田生产造成极大不便。
通过示功图求产可以解决常期困绕油田的各类机采井求产、诊断和综合评判中存在的问题，在一定程度上不仅解决油井的求产困难，而且减轻采油工作者劳动强度。
自动计量系统油井产量提供了一个快速、准确测算方法，使决策部门能够对我厂所辖油井实现宏观上的控制和决策。
1.理论示功图特征分析在实际的示功图分析工作中，为便于分析常常要拿理论示功图与实测示功图进行对比，从中分析该油井的工作状况。
下面就先来了解一下理论示功图的绘制和解释。
功图法计量技术及现场应用冯亚莉(大庆油田采油三厂) 摘要:功图量油作为一种计量技术,其原理可行,与计量间分离器量油相比,直接反映了油井泵的运行状况,人为影响因素少,具有重复性好、系统误差较小、精度较高的特点。
通过采用功图法计量技术,可提高油井的科学管理程度,降低油田建设投资,产生可观的社会效益和经济效益。
关键词:功图法;计量;应用1 功图法计量的关键技术在泵的有效冲程确定后,则泵功图油井产量可由下式计算q g=1440S e d2(n/B0)式中d为泵径(m);S e为有效冲程(m);n为冲次(次/min);B0为原油体积系数,无因次。
于是油井产量为Q=Kq g式中Q为油井产量(m3/d);K为修正系数,无因次;q g为泵功图产量(m3/d)。
从上式可以看出,当仪器测出泵功图产量后还必须乘以一个修正系数才能得出油井的实际产量,而这个修正系数则主要取决于示功图形状。
首先利用示功图的最大、最小载荷和最大位移(冲程)确定功图的水平外接矩形;然后找出与功图右下角部分相切且稳定的切线AB。
B点对应的冲程与总冲程之间的比值即为功图的基本相对有效冲程β值。
该方法具有传统方法不具备的普适性和稳定性。
其次考虑到饱满功图会比较接近总冲程,而实际产量却达不到这么高。
分析实际数据发现,饱满功图的实际β值,基本上保持在80%附近。
根据这一边界条件,采用了下述方法对相对有效冲程进行修正:在功图水平外接矩形右边上求得距离该矩形右下角点015倍β值的点C(以矩形下底边长度为单位长度1),连接该点与矩形左下角点O,过B 点做直线OC的垂线BD,垂足D到O点的距离与OC长度的比值即为修正后的相对有效冲程α,而修正系数K=α/018。
通过采集不同层系、不同功图、不同泵况的油井的大量现场数据,依据一定的理论基础,摸索出了不同泵况、不同功图条件下的修正系数经验值:①当功图分析正常时,采用修正系数110进行计产;②当功图反映出是气影响或供液不足时,采用修正系数017进行计产;③当功图反映出是微漏时,采用修正系数015～016进行计产;④当功图反映出是漏失时,采用修正系数012～014进行计产。
示功图量油技术在老河口油田的应用以柱塞抽油泵理论功图为基础，利用波动方程实现地面示功图向抽油泵井下示功图的转换，依据示功图特征对供液程度、漏失程度、气体影响等进行修正，计算有效冲程，最终实现单井产液量的计算。
实践表明，对于功图特征明显的井，本计算方法简便快捷可靠。
同时，可实时监控油井产液量，具有较强的实用性。
抽油泵示功图量油产液量1技术开发背景桩西采油厂目前有抽油机井610口左右，大部分井处于滩海地区，多年以来，油井产量计量方法主要采用人工玻璃管量油方法，该方法存在现场操作工人劳动强度大、计量非连续性等问题，特别是老河口油田，进海平台上油井量油，遇风暴潮时人员不能进入井台，遇风浪天气进海量油则存在安全隐患，难以适应安全管理及地面系统简化优化的需要。
随着技术的进步，越来越需要功能强、自动化程度高的油井计量技术。
因此，在广泛调研国内新型单井计量技术的基础上，开展抽油机井功图法量油技术的研究与试验，建立了油水井远程在线计量分析系统模型，对其进行优化试验后进入现场应用。
2示功图量油技术原理2.1示功图转换技术在利用波动方程转换的处理方式上，比较有限差分法和逐步积分法，筛选出多级杆波动方程基本形式：。
式中：e-弹性模量，kpa；a-抽油杆截面积，m2；u-抽油杆位移，m；x-沿抽油杆方向距离，m；ρ-抽油杆材料密度，kg/m3；gc-单位换算系数；t-时间，s；c-阻尼系数，s-1。
利用该基本公式可推导出抽油杆基本诊断模型。
2.2功图的数字化处理计算示功图周长，分成144份，特殊点加密，求取每个端点的坐标，共有144个点。
这样就把点数不一的示功图，变成都具有144个点的数据集。
x=（x-xmin）/（xmax-xmin），y=（y-ymin）/（ymax-ymin）。
式中，x和y分别是功图端点的横、纵坐标。
取预处理后的数据组成向量：{an}={x1，y1，x2，y2……x144，y144}。
构建标准样本，通过与标准功图向量对比，生成权重矩阵，经内部数据识别处理程序，完成功图识别与损失冲程计算。
功图法在油田开发中的应用
【摘要】通过对“功图法”计量监测系统原理、组成、功能的描述以及对其在白豹油田的应用评价，证明“功图法”计量监测系统测试的油井产液量值与实际单量值基本接近，比较能够反映油井的实际产液能力，满足油井计量的精度要求，为今后油田油井功图法计量系统的推广提供了保证。
【关键词】功图法；事故罐计量；计量监测系统
1.概述
随着计算机技术、电子测试技术的不断发展，自动测试技术已日趋完善。
油井“功图法”监测系统有三个等级的方案可供选择，分别是便携式抽油井单井测试计量系统、移动存储式油井自动监测计量系统和无线传输式油井自动监测计量系统。
针对长庆油田的特点，使用低成本投入、高可靠性和易维护、可拓展的抽油机“功图法”单井计量自动监测系统，替代并简化了计量流程，降低了产建投入和运行成本。
功图法计量系统是用于全天候实时测试抽油机示功图参数的无人值守自动监测系统。
由一个数据处理点（中央处理单元）和多个数据采集点（井口监测单元）组成，数据处理点与数据采集点间的数据通讯根据白豹油田的地形地貌特征选用移动存储方式来实现。
2.系统原理
2.1 固定式载荷传感器技术原理
为了便于安装，载荷传感器设计为开口形式，如图1所示。
在两个对称的不锈钢弹性元件表面分别贴了两个应变计，如图2。
其中R1和R3这两个应变计的敏感栅方向与载荷方向平行，R2和R4与载荷方向垂直。
其中R2和R4这两个应变计用于消除横向效应，并用于温度补偿。
把这四个应变计接成如图3的惠斯顿电桥，则经放大后的载荷信号正比于载荷大小，也就是说测到该信号的电压值就得到载荷值。
2.2 加速度计式位移传感器技术原理
本系统方案应用加速度传感器实现游梁角度测量，进而换算为光杆位移，如图4。
在图4中，L为前臂长度，R为驴头弧面半径。
驴头弧面的圆弧运动变为悬点的直线运动。
设直线运动的位移用y（t）表示，y0为初始位移，α0为驴头弧面半径初始角度（此时游梁为水平位置，即游梁倾角为0°，若t时刻游梁倾角为α（t）单位为rad），则
y（t）=R（α（t）+α0）+y0
设到达下死点时游梁角度为α1，则下死点位移
y1=R（α1+α0）+y0
那么相对于下死点的相对位移为
y’（t）=y（t）—y1
=R[α（t）—α1]
设上死点游梁角度为α2，则冲程为
s=R（α2—α1）
所以
R=s/（α2—α1）
那么t时刻的相对位移为
y’（t）=s[α（t）—α1]/（α2—α1）
在一个冲次之内测到相对位移和载荷即得到光杆示功图。
设游梁角度为α（t），如图5。
设重力加速度为g（m/s2），当游梁处于水平位置，则加速度计输出a1=0m/s2，当游梁垂直，则a2=1m/s2。
在t时刻有
a（t）=gsin（α（t））
则角度为
α（t）=arcsin（a（t）/g）
得到角度即可换算出光杆位移。
3.系统组成及功能
油井“功图法”计量系统主要由有杆泵抽油系统、功图法油井计量分析软件系统和测试系统三部分组成。
3.1 数据采集点
每个抽油机上安装的数据采集点由固定式载荷传感器、加速度计式位移传感器和数据监测单元（数据采集控制器）、数据传输天线等组成，通过数据监测单元（RTU模块）与数据处理点（中央处理单元）进行远程数据通讯传输。
3.2 数据监测单元
主要由工业级单片计算机（CPU）、12位A/D、8KB缓存、RS485通讯板及电源板组成。
安装在抽油机支架中段。
井场RTU接收到监测软件定时（10min 一次）发送的采集指令后，中心CPU通过A/D转换通道读取经过放大后的载荷、位移信号，并经数据处理后得到系统实时的载荷、位移、冲程、冲次等参数，存入缓冲内存；然后再通过RS485通讯板、数转电台向中心控制器发送参数数据。
3.3 数据处理点（中央处理单元）
数据处理点由数据采集服务器、监测平台（监测软件、油井计量软件等）、微机及室外设备（中心天馈线）等组成，通过数据采集服务器接收数据采集点采集的示功图测试参数。
监测软件按规定格式提供有效数据给油井液量分析功能模块（油井计量软件），进而实现抽油机井单井计量分析、工况诊断等功能，数据处理点的功能包括测试数据（示功图）的收集、处理和分析。
3.4 数据采集服务器
数据采集服务器内置工业级单片计算机（CPU）、8KB缓存、RS232通讯口、交流/直流稳压电源、存储读写模块，主要功能是设置存储盘的工作指令，读取存储盘传输的示功图采集数据，并通过串行接口与微机串行接口交换数据。
3.5 监测平台
监测平台运行在P4微机上，由监测软件、单井计量分析软件等模块组成。
监测软件由以下几个部分构成：井号维护，数据维护，采集数据，功图显示，液量计算等。
本系统按每10min测试一次的频率设置油井示功图参数的采集方案，每天每口井可采集144组数据，模块按井号和日期进行检索，可储存、累计、显示当前和历史数据。
3.6 系统技术性能指标
（1）固定式载荷传感器：量程0—150KN，精度0.5%，采用开口三柱式设计方案；
（2）位移模块：角度量程0—150°，精度0.5%，应用加速度传感原理实现（集成板）；
（3）光杆冲程：量程0—10m，精度0.5%；
（4）移动存储盘：容量2×64M，双盘设计，满足储存2880组示功图数据要求。
3.7 监测软件及油井计量软件运行操作
在windows2000平台下运行监测软件，首次使用或油井调参、作业后应先进行系统特定参数设置或修改，然后启动采集数据模块。
进入主界面后，先进行井号维护功能。
点击井号维护进入该功能，井号维护是由系统管理员来进行的工作，其他人无权进行。
当此工作完成后，点击保存来保存数据。
