功图法油井计量技术

用示功图计算抽油机井井口产液量方法研究一、本文概述本文旨在探讨和研究利用示功图计算抽油机井井口产液量的方法。

随着石油工业的发展，抽油机井作为重要的石油开采设备，其运行状态的监测和产液量的准确计量对于油田的开发与管理具有至关重要的意义。

示功图作为一种反映抽油机工作状态的图形化工具，能够直观地展示抽油机的工作过程和性能参数，因此，研究如何利用示功图计算抽油机井井口产液量具有重要的实践价值和理论意义。

本文将首先介绍抽油机井的工作原理和示功图的基本原理，为后续的研究提供理论基础。

然后，详细阐述利用示功图计算抽油机井井口产液量的方法，包括相关的数学模型、计算步骤和注意事项。

在此基础上，通过案例分析，验证所提方法的可行性和有效性。

总结研究成果，指出存在的问题和未来的研究方向，为石油工业的可持续发展提供有益参考。

本文的研究方法结合了理论与实践，旨在提高抽油机井井口产液量的计算精度和效率，为油田的日常管理和决策提供有力支持。

本文的研究也有助于推动石油工业技术的进步，促进我国石油工业的健康发展。

二、示功图基本原理示功图是一种用于描述抽油机井工作状态的重要工具，它反映了抽油机在一个完整冲程中，驴头悬点载荷随位移变化的封闭曲线。

示功图的基本原理基于抽油机的工作过程，即抽油泵在上下冲程中的液体吸入、压缩和排出过程。

在抽油机工作过程中，驴头悬点的载荷会随着抽油泵的工作状态而变化。

在抽油泵吸入液体时，由于液柱的重力作用，悬点载荷会减小；而在压缩和排出液体时，由于液柱的压缩和排出阻力，悬点载荷会增大。

这种载荷的变化会被示功图记录下来，形成一条封闭的曲线。

示功图的形状和大小可以反映抽油机井的工作状态。

例如，示功图的面积可以表示抽油泵在一个冲程中所做的功，从而反映出泵的效率和能耗情况。

示功图还可以用于计算抽油机井的井口产液量。

在计算井口产液量时，我们需要根据示功图中的数据，结合抽油泵的几何尺寸和流体的物理性质，进行一系列的计算和推导。

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。

科技成果——油井工况诊断及功图计产技术
技术开发单位
中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司
适用范围
1、配套示功图采集设备的油井工况诊断、产液量计算及动液面计算的抽油机井。

2、配套电参采集设备的系统效率在线监测、平衡分析的抽油机井。

3、配套变频设备的抽汲参数智能调整的抽油机井。

成果简介
依据有杆泵工作状态与油井产液量变化关系，在一定的边界条件和初始条件下，通过采集地面示功图，利用有杆泵抽油系统的力学、数学模型求解出泵示功图，对泵示功图进行分析，判识油井工况，确定泵的有效冲程，计算出地面有效排量。

工艺技术及装备
1、基于泵示功图的油井工况诊断技术；
2、油井产液量计算技术；
3、抽汲参数调整技术；
4、低产低效油井间开技术；
5、利用泵示功图计算动液面技术；
6、油井系统效率及平衡度技术。

市场前景
该技术运行平稳，减少站控数据处理点，取得了显著的经济和社会效益，可移植性强，适用于国内油田采用抽油机生产的油井，对国内油田油井数字化管理将会起到示范和引领作用。

数字化油田功图计产实际应用中认识摘要：近年来随着油田数字化管理的全面应用，功图计产也得到了飞速发展。

但由于设备运转、设备故障、参数设置、气体影响等技术问题以及外部影响因素，导致计产结果与实际产液情况有一定的差距。

如何提高功图计产应用就主要靠其它计量手段进行辅助和人为判断来进行应用，以达到接近实际产量的效果。

关键词：数字化；功图计产；油井监控1基本原理功图法计量技术最早可以追溯到上世纪年代初，在随后的几十年里，功图法计量技术先后经历了“拉线法”——“面积法”——“液量迭代法”——“有效冲程法”的过程，理论技术也逐渐从定性发展到定量。

1.1 抽油机示功图分类及特点示功图作为功图法计量技术的重要基础数据来源，包含了有杆抽油系统运行情况的丰富信息，是工况诊断和相关计算的基础。

它是…条描述抽油机在一个汲取周期内，抽油杆某个截面处载荷与位移的大小、变化规律及其对应关系的闭合曲线在工况诊断与产量计量研究中应用最多的是实测悬点示功图和泵示功图。

1.2 功图法计量技术的工作原理将有杆抽油系统视为一个振动系统，由抽油井中的抽油管柱、油管、液体三个系统在三维空间内振动，位移、速度、应变、应力及负荷都与时间有关，并且3个系统的受力和位移是相互耦合的。

因此，从抽油机井系统受力入手，考虑抽油杆、油管、液柱3个子系统在三维空间的振动及杆、管、液三者之间的接触力和相应的摩擦力对系统轴向振动的影响，把在井口测取杆柱载荷和位移与时间的变化规律所生成的悬点示功图作为激励，而把反映深井粟入口处载荷和位移关系的泵示功图作为响应，通过建立和求解系统模型，得到已知悬点示功图激励下的泵示功图，进而确定阀开闭点的位置，经计算机识别柱塞的有效冲程并计算泵的井下排液量。

最后结合油层物性及生产参数得到井口液量，功图法油井计量系统原理如图1-1所示。

图1-1 功图法计量原理图2目前计产过程中存在问题2.1载荷变化导致的计产差距结蜡井由于载荷变化导致，功图面积和形状产生一定的偏移，从而导致功图计产的结果发生很大的变化，如图2-1所示该井的功图形状并无太大变化，但由于结蜡影响，该井的功图计产的结果出入最大的差距在4-5m3液量，但实际该井液量变化只在1m3以内。

一、油井采出液计量流程1.示功图计量。

示功图计量采用角位移传感器或死点磁开关与载荷传感器结合形成示功图。

载荷传感器采集抽油杆上下行程的光杆负荷，通过无线通讯发送数据给RTU，角位移传感器将光杆位移转换为数字信号发送给RTU，死点位置发送器在光杆经过下死点位置时接通，给载荷传感器一个开始信号，用来判断起始点的位置，并测量冲程的周期T。

远程测控单元（RTU）接收存储光杆载荷、位移数据，并通过有线或无线网络上传到生产指挥中心示功图服务器上。

示功图服务器集功图、关系功能于一体，主要部署油井示功图监控计量管理系统软件，从关系数据库中取出基础数据，经过处理计算，将算产结果写入关系数据库，并为网络中的其它服务器和工作站提供数据。

2.流量计计量。

流量计计量主要针对非抽油机等无法使用示功图计量的油井。

流量积算仪接收流量变送器输出的脉冲信号，将其换算成流量并积累存储，通过内置工业级zigbee模块，将采集到的数据无线传输到控制柜内的RTU，进一步上传至生产指挥中心服务器。

二、影响在线计量准确性的因素及对策抽油机井示功图能反映井下抽油泵的工作状况，要确保载荷仪、角位移的选择与安装符合标准。

载荷仪安装前，根据抽油井井深、泵径、泵挂深度、抽油杆组合情况、采出液密度粘度等参数计算抽油机最大载荷，根据所安装抽油机型号与实际使用的需要，选择载荷传感器的额定载荷测量范围（如0-100kN）。

如果所选择的载荷传感器测量范围小于抽油机最大载荷，则无法测出上限载荷，难以测量到真实的示功图；如果所选载荷传感器测量范围过大，实测功图绘制范围偏低，会产生较大的相对误差。

1.非油井自身原因。

在四化设备的安装、调试以及运行过程中会产生各种各样的非油井自身原因引起的异常功图。

（1）示功图上下冲程颠倒。

安装北京安控SZ907无线角位移传感器时，首选位置是：面对对支架，如果游梁机驴头在身体左侧，角位移感应点朝下安装；如果装到游梁机另一侧，角位移感应点朝上安装。