一种确定抽油机井泵功图的方法及系统与流程

本申请涉及油田仪器仪表领域，特别涉及一种确定抽油机井泵功图的方法及系统。

背景技术：

在使用“功图量油”法进行抽油机井的单井软件计量中，需要通过泵功图来计算抽油泵柱塞有效冲程等参数，从而计算出油井的单井产量。

“功图量油”一直因为计量不够准确而受到诟病。其中最大的误差来源就是泵功图的确定。现有的功图量油技术中，泵功图并不能直接获得，而是通过测量抽油机悬点示功图、确定阻尼系数、多级杆柱连接处载荷与位移的过渡计算而得到的。尽管悬点示功图及多级杆柱载荷与位移的过渡的计算模型越来越精确，但是抽油机井系统波动方程中阻尼系数的确定一直是一个困扰研究人员的难题。

系统阻尼大小与井内液体温度、粘度、密度、抽油杆及流体的运动速度等多种因素有关。因此在实际应用过程中，通常以等效阻尼来代替实际阻尼，误差在所难免。

技术实现要素：

本申请实施方式的目的是提供一种确定抽油机井泵功图的方法及系统，能够提高泵功图的计算精度。

为实现上述目的，本申请实施方式提供一种确定抽油机井泵功图的方法，所述方法包括：

基于地面示功图确定抽油杆上任意位置处的理论泵功图，所述理论泵功图中包括理论位移和理论载荷；其中，所述理论位移和所述理论载荷中均包括未知的阻尼系数；

测试得到与所述理论泵功图处于同一时段的井下泵功图；其中，所述井下泵功图与所述理论泵功图中具备相同的测试点数；

基于所述理论泵功图和所述井下泵功图，确定所述测试点数个参考阻尼系数，并从所述测试点数个参考阻尼系数中确定实际阻尼系数；

将所述实际阻尼系数代入所述理论泵功图中，以得到所述抽油机井的泵功图。

进一步地，确定所述测试点数个参考阻尼系数包括：

将所述理论泵功图和所述井下泵功图中位于同一测试点处的数据对应求解，得到所述测试点数个参考阻尼系数。

进一步地，从所述测试点数个参考阻尼系数中确定实际阻尼系数包括：

将所述测试点数个参考阻尼系数分别代入所述理论泵功图中，得到所述测试点数个参考泵功图；其中，每个所述参考泵功图中包括所述测试点数个参考位移以及所述测试点数个参考载荷；

计算每个所述参考泵功图中各个参考载荷与所述井下泵功图中实际载荷之间的方差，并基于计算出的方差从所述参考阻尼系数中确定实际阻尼系数。

进一步地，按照下述公式计算每个所述参考泵功图中各个参考载荷与所述井下泵功图中实际载荷之间的方差：

其中，tn(x)表示第n个参考泵功图中各个参考载荷与所述井下泵功图中实际载荷之间的方差，fnm(x)表示第n个参考泵功图中的第m个参考载荷，fm(x)表示所述井下泵功图中的第m个实际载荷，m表示所述井下泵功图中实际载荷的总数量，x表示抽油杆上的位置。

进一步地，基于计算出的方差从所述参考阻尼系数中确定实际阻尼系数包括：

将方差最小时对应的参考阻尼系数确定为所述实际阻尼系数。

进一步地，按照下述公式确定抽油杆上任意位置处的理论泵功图：

其中，x表示抽油杆上的位置，t表示测试时间，s(x,t)表示所述理论位移，f(x,t)表示所述理论载荷，o0(x)、on(x)、p0(x)、pn(x)、o′0(x)、o′n(x)、p′0(x)、p′n(x)均为傅里叶系数，ω表示抽油机的抽汲频率，n为预设整数，er表示第r级抽油杆的弹性模量，ar表示第r级抽油杆的横截面积。

进一步地，on(x)、pn(x)、o′n(x)、p′n(x)分别按照下述公式确定：

on(x)＝cosβnx[γnchαnx+unshanx]+sinβnx[knchαnx+δnshanx]

pn(x)＝cosβnx[δnchanx+knshanx]-sinβnx[unchanx+γnshαnx]

其中，γn、δn、σn、τn均为傅里叶变换系数，e为当前级数抽油杆的弹性模量，a为当前级数抽油杆的横截面积；βn、an、kn、un分别按照下述公式确定：

其中，ar表示应力波在第r级抽油杆中的传播速度，c为所述未知的阻尼系数。

为实现上述目的，本申请还提供一种确定抽油机井泵功图的系统，所述系统包括：

理论泵功图确定单元，用于基于地面示功图确定抽油杆上任意位置处的理论泵功图，所述理论泵功图中包括理论位移和理论载荷；其中，所述理论位移和所述理论载荷中均包括未知的阻尼系数；

井下泵功图测试单元，用于测试得到与所述理论泵功图处于同一时段的井下泵功图；其中，所述井下泵功图与所述理论泵功图中具备相同的测试点数；

实际阻尼系数确定单元，用于基于所述理论泵功图和所述井下泵功图，确定所述测试点数个参考阻尼系数，并从所述测试点数个参考阻尼系数中确定实际阻尼系数；

泵功图确定单元，用于将所述实际阻尼系数代入所述理论泵功图中，以得到所述抽油机井的泵功图。

进一步地，所述实际阻尼系数确定单元包括：

参考阻尼系数确定模块，用于将所述理论泵功图和所述井下泵功图中位于同一测试点处的数据对应求解，得到所述测试点数个参考阻尼系数。

进一步地，所述实际阻尼系数确定单元包括：

参考泵功图确定模块，用于将所述测试点数个参考阻尼系数分别代入所述理论泵功图中，得到所述测试点数个参考泵功图；其中，每个所述参考泵功图中包括所述测试点数个参考位移以及所述测试点数个参考载荷；

方差计算模块，用于计算每个所述参考泵功图中各个参考载荷与所述井下泵功图中实际载荷之间的方差，并基于计算出的方差从所述参考阻尼系数中确定实际阻尼系数。

由上可见，本申请实施方式通过地面示功图可以确定理论泵功图，该理论泵功图中包含待确定的未知阻尼系数。然后可以测试得到井下泵功图，通过理论泵功图和井下泵功图进行对应求解，从而可以确定多个参考阻尼系数。从这多个参考阻尼系数中确定出实际阻尼系数后，便可以由实际阻尼系数得到所述抽油机井的泵功图。本申请实施方式并没有将等效阻尼系数作为真实的阻尼系数进行计算，从而能够提高泵功图的计算精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施方式提供的一种确定抽油机井泵功图的方法流程图；

图2为本申请实施方式中抽油机井的结构示意图；

图3为本申请实施方式提供的一种确定抽油机井泵功图的系统功能模块图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都应当属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请提供一种确定抽油机井泵功图的方法，所述方法包括：

s1：基于地面示功图确定抽油杆上任意位置处的理论泵功图，所述理论泵功图中包括理论位移和理论载荷；其中，所述理论位移和所述理论载荷中均包括未知的阻尼系数；

s2：测试得到与所述理论泵功图处于同一时段的井下泵功图；其中，所述井下泵功图与所述理论泵功图中具备相同的测试点数；

s3：基于所述理论泵功图和所述井下泵功图，确定所述测试点数个参考阻尼系数，并从所述测试点数个参考阻尼系数中确定实际阻尼系数；

s4：将所述实际阻尼系数代入所述理论泵功图中，以得到所述抽油机井的泵功图。

请参阅图2，在本实施方式中，游梁式抽油机1位于地面5上，在电机的带动下，驴头2带动抽油杆3上下运动将油泵出井筒。地面无线供图仪4置于悬点处。抽油杆底端的井下存储式功图仪6上端连接抽油杆底部，下端连接抽油泵7的柱塞，抽油泵7处于套管8之内。地面无线功图仪4与井下功图仪6同时工作，分别测试地面悬点示功图和井下泵功图的数据。

在本实施方式中，确定所述测试点数个参考阻尼系数包括：

将所述理论泵功图和所述井下泵功图中位于同一测试点处的数据对应求解，得到所述测试点数个参考阻尼系数。

在本实施方式中，从所述测试点数个参考阻尼系数中确定实际阻尼系数包括：

将所述测试点数个参考阻尼系数分别代入所述理论泵功图中，得到所述测试点数个参考泵功图；其中，每个所述参考泵功图中包括所述测试点数个参考位移以及所述测试点数个参考载荷；

计算每个所述参考泵功图中各个参考载荷与所述井下泵功图中实际载荷之间的方差，并基于计算出的方差从所述参考阻尼系数中确定实际阻尼系数。

在本实施方式中，按照下述公式计算每个所述参考泵功图中各个参考载荷与所述井下泵功图中实际载荷之间的方差：

其中，tn(x)表示第n个参考泵功图中各个参考载荷与所述井下泵功图中实际载荷之间的方差，fnm(x)表示第n个参考泵功图中的第m个参考载荷，fm(x)表示所述井下泵功图中的第m个实际载荷，m表示所述井下泵功图中实际载荷的总数量，x表示抽油杆上的位置。

在本实施方式中，基于计算出的方差从所述参考阻尼系数中确定实际阻尼系数包括：

将方差最小时对应的参考阻尼系数确定为所述实际阻尼系数。

在本实施方式中，按照下述公式确定抽油杆上任意位置处的理论泵功图：

其中，x表示抽油杆上的位置，t表示测试时间，s(x，t)表示所述理论位移，f(x，t)表示所述理论载荷，o0(x)、on(x)、p0(x)、pn(x)、o′0(x)、o′n(x)、p′0(x)、p′n(x)均为傅里叶系数，ω表示抽油机的抽汲频率，n为预设整数，er表示第r级抽油杆的弹性模量，ar表示第r级抽油杆的横截面积。

在本实施方式中，on(x)、pn(x)、o′n(x)、p′n(x)分别按照下述公式确定：

on(x)＝cosβnx[γnchαnx+unshanx]+sinβnx[knchαnx+δnshanx]

pn(x)＝cosβnx[δnchanx+knshanx]-sinβnx[unchanx+γnshαnx]

其中，γn、δn、σn、τn均为傅里叶变换系数，e为当前级数抽油杆的弹性模量，a为当前级数抽油杆的横截面积；βn、an、kn、un分别按照下述公式确定：

其中，ar表示应力波在第r级抽油杆中的传播速度，c为所述未知的阻尼系数。

请参阅图3，本申请还提供一种确定抽油机井泵功图的系统，所述系统包括：

理论泵功图确定单元100，用于基于地面示功图确定抽油杆上任意位置处的理论泵功图，所述理论泵功图中包括理论位移和理论载荷；其中，所述理论位移和所述理论载荷中均包括未知的阻尼系数；

井下泵功图测试单元200，用于测试得到与所述理论泵功图处于同一时段的井下泵功图；其中，所述井下泵功图与所述理论泵功图中具备相同的测试点数；

实际阻尼系数确定单元300，用于基于所述理论泵功图和所述井下泵功图，确定所述测试点数个参考阻尼系数，并从所述测试点数个参考阻尼系数中确定实际阻尼系数；

泵功图确定单元400，用于将所述实际阻尼系数代入所述理论泵功图中，以得到所述抽油机井的泵功图。

在本实施方式中，所述实际阻尼系数确定单元300包括：

参考阻尼系数确定模块，用于将所述理论泵功图和所述井下泵功图中位于同一测试点处的数据对应求解，得到所述测试点数个参考阻尼系数。

在本实施方式中，所述实际阻尼系数确定单元300包括：

参考泵功图确定模块，用于将所述测试点数个参考阻尼系数分别代入所述理论泵功图中，得到所述测试点数个参考泵功图；其中，每个所述参考泵功图中包括所述测试点数个参考位移以及所述测试点数个参考载荷；

方差计算模块，用于计算每个所述参考泵功图中各个参考载荷与所述井下泵功图中实际载荷之间的方差，并基于计算出的方差从所述参考阻尼系数中确定实际阻尼系数。

由上可见，本申请实施方式通过地面示功图可以确定理论泵功图，该理论泵功图中包含待确定的未知阻尼系数。然后可以测试得到井下泵功图，通过理论泵功图和井下泵功图进行对应求解，从而可以确定多个参考阻尼系数。从这多个参考阻尼系数中确定出实际阻尼系数后，便可以由实际阻尼系数得到所述抽油机井的泵功图。本申请实施方式并没有将等效阻尼系数作为真实的阻尼系数进行计算，从而能够提高泵功图的计算精度。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施方式或者实施方式的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。尤其，针对系统的实施方式来说，均可以参照前述方法的实施方式的介绍对照解释。

本申请可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络pc、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

虽然通过实施方式描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。