一種預(yù)測油井示功圖的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種預(yù)測油井示功圖的方法，屬于油氣生產(chǎn)領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)通過計算第一泵效，并對第一泵效進(jìn)行分解計算以獲取泵示功圖，而后以泵示功圖為邊界條件，應(yīng)用考慮了桿管偏磨和井斜的第一預(yù)設(shè)公式自井底泵端向上計算抽油桿上各點(diǎn)的位移與載荷，得到地面示功圖，并根據(jù)地面示功圖獲取第二泵效，根據(jù)第一泵效和第二泵效獲取泵效誤差，判斷泵效誤差是否小于預(yù)設(shè)數(shù)值，是則停止計算，否則以第二泵效代替第一泵效，重復(fù)獲取對第一泵效進(jìn)行分解計算之后的過程，直到泵效誤差小于預(yù)設(shè)數(shù)值，以泵效誤差小于預(yù)設(shè)數(shù)值時獲得的地面示功圖作為油井初始生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計的參考依據(jù)，設(shè)計出的生產(chǎn)參數(shù)的可靠性較高。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及油氣生產(chǎn)領(lǐng)域，特別涉及一種預(yù)測油井示功圖的方法。
技術(shù)介紹
油井示功圖是反應(yīng)一個抽汲周期內(nèi)抽油機(jī)的懸點(diǎn)載荷隨其位移變化的規(guī)律的圖，是判斷抽油系統(tǒng)井下的工作狀態(tài)的主要依據(jù)。目前獲取油井示功圖的方法為在油井生產(chǎn)過程中，通過示功儀自動采集抽油機(jī)載荷和沖程，從而繪制油井示功圖，油井示功圖作為油井生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的重要參考依據(jù)。但在油井投產(chǎn)之前，無法通過示功儀獲取油井示功圖，導(dǎo)致油井初始生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計的過程中無法以油井示功圖為參考依據(jù)，設(shè)計出的生產(chǎn)參數(shù)的可靠性往往較低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中在油井投產(chǎn)之前，無法通過示功儀獲取油井示功圖，導(dǎo)致油井初始生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計的過程中無法以油井示功圖為參考依據(jù)，設(shè)計出的生產(chǎn)參數(shù)的可靠性往往較低的問題，本專利技術(shù)實(shí)施例提供了一種預(yù)測油井示功圖的方法。所述技術(shù)方案如下：一種預(yù)測油井示功圖的方法，所述方法包括：步驟1：根據(jù)給定的泵徑、沖程、沖次、抽油桿每級桿柱的直徑及長度、油管直徑、油井內(nèi)產(chǎn)量與流壓的關(guān)系曲線、原油的密度、原油的粘度、天然氣的密度和天然氣的粘度，獲取第一泵效Epi；步驟2：對所述第一泵效Epi進(jìn)行分解計算，獲取泵示功圖；步驟3：以所述泵示功圖為邊界條件，應(yīng)用考慮了桿管偏磨和井斜的第一預(yù)設(shè)公式自井底泵端向上計算抽油桿上各點(diǎn)的位移與載荷，得到地面示功圖；步驟4：根據(jù)所述地面示功圖，獲取抽油桿上受到的最大載荷和最小載荷、柱塞的有效沖程和第二泵效Epp；步驟5：根據(jù)所述第一泵效Epi和所述第二泵效Epp，計算泵效誤差；步驟6：判斷所述泵效誤差是否小于預(yù)設(shè)數(shù)值，是則停止計算，否則以所述第二泵效Epp替代所述第一泵效Epi，并重復(fù)步驟2至步驟6。進(jìn)一步地，所述步驟2，對所述第一泵效進(jìn)行分解計算，獲取泵示功圖，包括：根據(jù)如下公式(1)計算抽油桿上受到的最大載荷Ppmax：Ppmax＝-Wb+ApLρlg(1)在公式(1)中，Wb為平衡重，Ap為柱塞的橫截面積，L為抽油桿的長度，ρl為液體的平均密度，g為重力加速度；根據(jù)如下公式(2)計算抽油桿上受到的最小載荷Ppmin：Ppmin＝-Wb(2)；根據(jù)如下公式(3)計算柱塞的理論沖程SP：SP＝S×η變(3)在公式(3)中，S為柱塞的設(shè)計沖程，η變?yōu)樾巫儽眯В桓鶕?jù)如下公式(4)計算柱塞的有效沖程SPE：在公式(4)中，Kq為體積系數(shù)；根據(jù)抽油桿上受到的最大載荷Ppmax、最小載荷Ppmin、柱塞的理論沖程SP和有效沖程SPE，獲取泵示功圖。進(jìn)一步地，所述步驟3，以所述泵示功圖為邊界條件，應(yīng)用考慮了桿管偏磨和井斜的第一預(yù)設(shè)公式自井底泵端向上計算抽油桿上各點(diǎn)的位移與載荷，得到地面示功圖，包括：根據(jù)井底泵端向上各點(diǎn)的井斜角θ，計算井底泵端向上各點(diǎn)因桿管偏磨產(chǎn)生的軸向力N；根據(jù)井底泵端向上各點(diǎn)的井斜角θ、井底泵端向上各點(diǎn)因桿管偏磨產(chǎn)生的軸向力N和如下公式(5)計算地面示功圖：在公式(5)中，u為桿柱上各點(diǎn)的載荷，t為時間，s為桿柱上各點(diǎn)的位移，δ為剛體摩擦力的正負(fù)號，上沖程時，δ＝+1，下沖程時，δ＝-1，a、c、h和g′為中間變量，通過如下公式(6)至公式(9)進(jìn)行計算：在公式(6)至公式(9)中，Er為抽油桿材料彈性模量，ρr為抽油桿材料密度，ρr＝7860kg/m3，υe為單位長度抽油桿柱的粘滯阻力系數(shù)，Ar為抽油桿橫截面積，f為抽油桿與油管之間的摩擦系數(shù)，f在0.05～0.1之間。進(jìn)一步地，所述根據(jù)井底泵端向上各點(diǎn)的井斜角θ，計算井底泵端向上各點(diǎn)因桿管偏磨產(chǎn)生的軸向力N，包括：當(dāng)θ≠0時，井底泵端向上各點(diǎn)因桿管偏磨產(chǎn)生的軸向力N通過如下公式(10)計算：在公式(10)中，qr′為桿柱在井液中的浮重，為井眼的方位角，P為中間變量，P通過如下公式(11)進(jìn)行計算：當(dāng)θ＝0時，判斷位于抽油桿上θ＝0的位置下部的桿柱是否發(fā)生失穩(wěn)偏磨，如果判斷所述抽油桿上θ＝0的位置下部的桿柱會發(fā)生失穩(wěn)偏磨，則重新為θ＝0的位置附一個井斜角，并代入公式(10)進(jìn)行計算相應(yīng)位置的軸向力N，如果判斷抽油桿上θ＝0的位置下部的桿柱不會發(fā)生失穩(wěn)偏磨，則取公式(10)中的N＝0。進(jìn)一步地，所述判斷所述抽油桿上θ＝0的位置下部的桿柱是否發(fā)生失穩(wěn)偏磨，包括：根據(jù)泵示功圖的最小載荷，通過如下公式(12)計算抽油桿在最小載荷Ppmin作用下的中性點(diǎn)到泵端的距離Lcr：在公式(12)中，I為抽油桿橫截面的慣性矩；根據(jù)如下公式(13)計算鋼制抽油桿發(fā)生失穩(wěn)的長度Lb：在公式(13)中，F(xiàn)b為抽油桿在泵端受到的軸向壓力，取Fb＝Ppmin，q為桿柱單位長度的重量；比較所述抽油桿柱泵端最小載荷作用下的中性點(diǎn)到泵端的距離Lcr與鋼制抽油桿發(fā)生失穩(wěn)的長度Lb，當(dāng)Lcr＞Lb時，判斷所述抽油桿上位于θ＝0的位置下部的桿柱會發(fā)生失穩(wěn)偏磨，否則判斷所述抽油桿上位于θ＝0的位置下部的桿柱不會發(fā)生失穩(wěn)偏磨。進(jìn)一步地，所述根據(jù)井底泵端向上各點(diǎn)的井斜角θ、井底泵端向上各點(diǎn)因桿管偏磨產(chǎn)生的軸向力N和如下公式(5)計算地面示功圖，包括：對公式(5)作變形處理，得到如下公式(14)所示的差分方程：在公式(14)中，當(dāng)所求點(diǎn)(i，j)不是兩級桿的節(jié)點(diǎn)時，ui,j通過如下公式(15)進(jìn)行計算：在公式(2)中，b、δi-1,j、hi-1和g'均為中間變量，其中：當(dāng)所求點(diǎn)(i，j)為兩級桿的節(jié)點(diǎn)時，ui,j通過如下公式(19)進(jìn)行計算：在公式(19)中，αs、βs、αk、βk、γk、vk均為中間變量，其中：αs＝α1+α2(22)βs＝β1+β2(23)在公式(14)到公式(25中)，k為桿柱級數(shù)，k＝1，2，為第k級桿柱的橫截面積，i為深度位置點(diǎn)，i＝2，3，4……，j為時間位置點(diǎn)，j＝1，2，3……，m為應(yīng)力波在抽油桿柱中的傳播速度，m＝4968m/s，e為阻尼系數(shù)，Δt為時間步長，Δs為深度步長；確定深度步長Δs和時間步長Δt，并將深度步長Δs和時間步長Δt代入公式(14)，自井底泵端向上計算所述抽油桿上各點(diǎn)的位移與載荷，得到地面示功圖。具體地，確定深度步長Δs和時間步長Δt時，深度步長Δs和時間步長Δt需滿足如下公式(26)所述的關(guān)系：具體地，所述預(yù)設(shè)數(shù)值為2％。本專利技術(shù)實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：本專利技術(shù)通過計算第一泵效Epi，并對第一泵效Epi進(jìn)行分解計算以獲取泵示功圖，而后以泵示功圖為邊界條件，應(yīng)用考慮了桿管偏磨和井斜的第一預(yù)設(shè)公式自井底泵端向上計算抽油桿上各點(diǎn)的位移與載荷，得到地面示功圖，并根據(jù)地面示功圖獲取第二泵效Epp，根據(jù)第一泵效Epi和第二泵效Epp獲取泵效誤差，判斷泵效誤差是否小于預(yù)設(shè)數(shù)值，是則停止計算，否則以第二泵效Epp代替第一泵效Epi，重復(fù)獲取對第一泵效Epi進(jìn)行分解計算之后的過程，直到泵效誤差小于預(yù)設(shè)數(shù)值，以泵效誤差小于預(yù)設(shè)數(shù)值時獲得的地面示功圖作為油井初始生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計的參考依據(jù)，設(shè)計出的生產(chǎn)參數(shù)的可靠性較高，且通過本專利技術(shù)獲得的油井示功圖充分考慮油井的各項(xiàng)影響因素，所得結(jié)果精確。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本專利技術(shù)一實(shí)施例提供的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種預(yù)測油井示功圖的方法，其特征在于，所述方法包括：步驟1：根據(jù)給定的泵徑、沖程、沖次、抽油桿每級桿柱的直徑及長度、油管直徑、油井內(nèi)產(chǎn)量與流壓的關(guān)系曲線、原油的密度、原油的粘度、天然氣的密度和天然氣的粘度，獲取第一泵效Epi；步驟2：對所述第一泵效Epi進(jìn)行分解計算，獲取泵示功圖；步驟3：以所述泵示功圖為邊界條件，應(yīng)用考慮了桿管偏磨和井斜的第一預(yù)設(shè)公式自井底泵端向上計算抽油桿上各點(diǎn)的位移與載荷，得到地面示功圖；步驟4：根據(jù)所述地面示功圖，獲取抽油桿上受到的最大載荷和最小載荷、柱塞的有效沖程和第二泵效Epp；步驟5：根據(jù)所述第一泵效Epi和所述第二泵效Epp，計算泵效誤差；步驟6：判斷所述泵效誤差是否小于預(yù)設(shè)數(shù)值，是則停止計算，否則以所述第二泵效Epp替代所述第一泵效Epi，并重復(fù)步驟2至步驟6。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種預(yù)測油井示功圖的方法，其特征在于，所述方法包括：步驟1：根據(jù)給定的泵徑、沖程、沖次、抽油桿每級桿柱的直徑及長度、油管直徑、油井內(nèi)產(chǎn)量與流壓的關(guān)系曲線、原油的密度、原油的粘度、天然氣的密度和天然氣的粘度，獲取第一泵效Epi；步驟2：對所述第一泵效Epi進(jìn)行分解計算，獲取泵示功圖；步驟3：以所述泵示功圖為邊界條件，應(yīng)用考慮了桿管偏磨和井斜的第一預(yù)設(shè)公式自井底泵端向上計算抽油桿上各點(diǎn)的位移與載荷，得到地面示功圖；步驟4：根據(jù)所述地面示功圖，獲取抽油桿上受到的最大載荷和最小載荷、柱塞的有效沖程和第二泵效Epp；步驟5：根據(jù)所述第一泵效Epi和所述第二泵效Epp，計算泵效誤差；步驟6：判斷所述泵效誤差是否小于預(yù)設(shè)數(shù)值，是則停止計算，否則以所述第二泵效Epp替代所述第一泵效Epi，并重復(fù)步驟2至步驟6。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2，對所述第一泵效進(jìn)行分解計算，獲取泵示功圖，包括：根據(jù)如下公式(1)計算抽油桿上受到的最大載荷Ppmax：Ppmax＝-Wb+ApLρlg(1)在公式(1)中，Wb為平衡重，Ap為柱塞的橫截面積，L為抽油桿的長度，ρl為液體的平均密度，g為重力加速度；根據(jù)如下公式(2)計算抽油桿上受到的最小載荷Ppmin：Ppmin＝-Wb(2)；根據(jù)如下公式(3)計算柱塞的理論沖程SP：SP＝S×η變(3)在公式(3)中，S為柱塞的設(shè)計沖程，η變?yōu)樾巫儽眯В桓鶕?jù)如下公式(4)計算柱塞的有效沖程SPE：在公式(4)中，Kq為體積系數(shù)；根據(jù)抽油桿上受到的最大載荷Ppmax、最小載荷Ppmin、柱塞的理論沖程SP和有效沖程SPE，獲取泵示功圖。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟3，以所述泵示功圖為邊界條件，應(yīng)用考慮了桿管偏磨和井斜的第一預(yù)設(shè)公式自井底泵端向上計算抽油桿上各點(diǎn)的位移與載荷，得到地面示功圖，包括：根據(jù)井底泵端向上各點(diǎn)的井斜角θ，計算井底泵端向上各點(diǎn)因桿管偏磨產(chǎn)生的軸向力N；根據(jù)井底泵端向上各點(diǎn)的井斜角θ、井底泵端向上各點(diǎn)因桿管偏磨產(chǎn)生的軸向力N和如下公式(5)計算地面示功圖：∂2u∂t2=a2∂2u∂s2-c∂u∂t-δhN+g′cosθ---(5)]]>在公式(5)中，u為桿柱上各點(diǎn)的載荷，t為時間，s為桿柱上各點(diǎn)的位移，δ為剛體摩擦力的正負(fù)號，上沖程時，δ＝+1，下沖程時，δ＝-1，a、c、h和g′為中間變量，通過如下公式(6)至公式(9)進(jìn)行計算：a=Erρr---(6)]]>c=veρrAr---(7)]]>h=fρrAr---(8)]]>g′=g(ρr-ρl)ρr---(9)]]>在公式(6)至公式(9)中，Er為抽油桿材料彈性模量，ρr為抽油桿材料密度，ρr＝7860kg/m3，υe為單位長度抽油桿柱的粘滯阻力系數(shù)，Ar為抽油桿橫截面積，f為抽油桿與油管之間的摩擦系數(shù)，f在0.05～0.1之間。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)井底泵端向上各點(diǎn)的井斜角θ，計算井底泵端向上各點(diǎn)因桿管偏磨產(chǎn)生的軸向力N，包括：當(dāng)θ≠0時，井底泵端向上各點(diǎn)因桿管偏磨產(chǎn)生的軸向力N通過如下公式(10)計算：在公式(10)中，qr′為桿柱在井液中的浮重，為井眼的方位角，P為中間變量，P通過如下公式(11)進(jìn)行計算：P=ErAr∂u∂s---(11);]]>當(dāng)θ＝0時，判斷位于抽油桿上θ＝0的位置下部的桿柱是否發(fā)生失穩(wěn)偏磨，如果判斷所述抽油桿上θ＝0的位置下部的桿柱會發(fā)生失穩(wěn)偏磨，則重新為θ＝0的位置附一個井斜角，并代入公式(10)進(jìn)行計算相應(yīng)位置的軸向力N，如果判斷抽油桿上θ＝0的位置下部的桿柱不會發(fā)生失穩(wěn)偏磨，則取公式(10)中的N＝0。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述判斷所述抽油桿...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：檀朝琴，閆學(xué)峰，李建華，李成方，嚴(yán)又生，馬濤，
申請(專利權(quán))人：中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司，北京中油瑞飛信息技術(shù)有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：河北;13