确定抽油井井下液面深度的方法和装置与流程

本发明涉及地质勘探技术领域，特别涉及一种确定抽油井井下液面深度的方法和装置。

背景技术：

目前，在石油工业生产的过程中，大量使用抽油机，抽油井液面测量是了解抽油机供液能力，确定抽油井深井泵沉没深度与工作状况的重要依据，是抽油井的必测参数之一。根据井下液面深度确定的井内液柱高度，可以推算出油层压力的大小，以确定抽油井的生产能力，并选择抽油井最合理的生产方式。因此，井下液面深度的测量对掌握抽油井井下状况，加强对抽油井的科学管理，保障抽油井的长期、高效、满负荷生产，提高经济效益，都具有重要的意义。

井下音波的传播速度是计算油井动静液面深度的决定性因素，在实际应用的时候，一般是采用420m/s的经验值，但油套环形空间中温度压力的实时变化，使得实际井下音速也出现变化，此时，如果继续使用420m/s的经验固定值，那么就会使得井下液面深度的计算结果出现误差，影响对生产动态的判断。

针对如何准确确定抽油井套管内音波的传输速度，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种确定抽油井井下液面深度的方法和装置，以达到准确确定音波的传播速度，从而准确确定出抽油井井下液面深度的目的。

本发明实施例提供了一种确定抽油井井下液面深度的方法，该方法包括：

获取待测油井的井口温度、井口套压和井口油压；

根据所述井口温度、所述井口套压和所述井口油压，确定音波在所述待测油井中传播速度；

获取声脉冲在所述待测油井中的传输参数；

根据所述传播速度和所述传输参数，确定所述油井的井下液面深度。

在一个实施方式中，获取声脉冲在所述待测油井中的传输参数包括：

通过位于所述待测油井的井口处的声波发生器，向所述待测油井中发送声脉冲；

通过井口处的声波接收器接收所述声脉冲向下传播的过程中，遇到石油液面向上反射回来的回波；

将接收到所述回波的时间点与发送所述声脉冲之间的时间差，作为所述传输参数。

在一个实施方式中，根据所述井口温度、所述井口套压和所述井口油压，确定音波在所述待测油井中传播速度，包括：

将所述井口温度、所述井口套压和所述井口油压，代入预先拟合得到的拟合方程，得到音波在所述待测油井中的传播速度。

在一个实施方式中，按照以下方式拟合得到所述拟合方程：

获取多个样本油井的井口温度、井口套压和井口油压，以及所述多个样本油井不同时间段的音波传播速度；

对所述多个样本油井的井口温度、井口套压和井口油压，以及所述多个样本油井不同时间段的音波传播速度，进行拟合，得到所述拟合方程。

在一个实施方式中，所述拟合方程为：

V＝-17.6a-1.3b+97c+667

其中，a表示井口套压，b表示井口温度，c表示井口油压。

本发明实施例还提供了一种确定抽油井井下液面深度的装置，该装置包括：

第一获取模块，用于获取待测油井的井口温度、井口套压和井口油压；

第一确定模块，用于根据所述井口温度、所述井口套压和所述井口油压，确定音波在所述待测油井中传播速度；

第二获取模块，用于获取声脉冲在所述待测油井中的传输参数；

第二确定模块，用于根据所述传播速度和所述传输参数，确定所述油井的井下液面深度。

在一个实施方式中，所述第二获取模块包括：

发送单元，用于通过位于所述待测油井的井口处的声波发生器，向所述待测油井中发送声脉冲；

接收单元，用于通过井口处的声波接收器接收所述声脉冲向下传播的过程中，遇到石油液面向上反射回来的回波；

确定单元，用于将接收到所述回波的时间点与发送所述声脉冲之间的时间差，作为所述传输参数。

在一个实施方式中，所述第一确定模块具体用于将所述井口温度、所述井口套压和所述井口油压，代入预先拟合得到的拟合方程，得到音波在所述待测油井中的传播速度。

在一个实施方式中，还包括：拟合模块，用于拟合得到所述拟合方程：所述拟合模块包括：

获取单元，用于获取多个样本油井的井口温度、井口套压和井口油压，以及所述多个样本油井不同时间段的音波传播速度；

拟合单元，用于对所述多个样本油井的井口温度、井口套压和井口油压，以及所述多个样本油井不同时间段的音波传播速度，进行拟合，得到所述拟合方程。

在一个实施方式中，所述拟合方程为：

V＝-17.6a-1.3b+97c+667

其中，V表示音波在所述待测油井中传播速度，a表示井口套压，b表示井口温度，c表示井口油压。

在本发明实施例中，通过井口温度、井口套压和井口油压等井口动态参数，确定音波在油井中的传输速度，从而可以得到实时的传输速度，可以解决现有的采用固定的传播速度进行抽油井井下液面深度确定的过程中，所导致的结果不准确的技术问题，达到了提高音波的传播速度准确性的技术效果，从而提高抽油井井下液面深度的准确性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的确定抽油井井下液面深度的方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的模型流程示意图；

图3是根据本发明实施例的声速计算示意图；

图4是根据本发明实施例的模型预测验证结果示意图；

图5是根据本发明实施例的确定抽油井井下液面深度的装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

考虑到抽油井液面的测量不仅关系到单井生产情况的评估，更能关系到整个开发层系生产状况的宏观规划，因此，确定出准确的音波传输速度十分重要。为此，发明人考虑到，可以通过在单井上利用井口生产动态参数准确计算井下音波的传播速度，从而准确定位单井的动静液面。

如图1所示，在本例中，提供了一种确定抽油井井下液面深度的方法，可以包括如下步骤：

步骤101：获取待测油井的井口温度、井口套压和井口油压；

为了测量某个油井井下液面的深度，可以先确定该油井实时的音波传输速度，然后基于确定出的准确的音波传输速度，确定井下液面的深度。

考虑到音波的传播速度会收到油井一些动态参数的影响，因此，可以先确定出油井的一些动态参数，然后基于这些动态参数确定传播速度。具体的，在本例中，选取井口温度、井口套压和井口油压作为选取的动态参数。即，基于实时的井口温度、井口套压和井口油压，在这种情况下，确定音波的实时传播速度。

步骤102：根据所述井口温度、所述井口套压和所述井口油压，确定音波在所述待测油井中传播速度；

在计算传播速度的时候，可以是通过预先拟合得到的拟合方程计算得到的，即，将获取的实时动态参数代入该拟合方程中，直接计算得到音波在油井的传播速度。该拟合方程，可以是采用多元线性回归拟合方式拟合得到。具体地，在线性关系相关性条件下，两个或者两个以上自变量对一个因变量，为多元线性回归分析，表现这一数量关系的数学公式，称为多元线性回归模型。

在进行拟合操作之前，需要先得到一些样本数据，这样才能进行拟合。即，需要获取多个样本油井的井口温度、井口套压和井口油压，以及所述多个样本油井不同时间段的音波传播速度；然后，再对多个样本油井的井口温度、井口套压和井口油压，以及多个样本油井不同时间段的音波传播速度，进行拟合，得到拟合方程。

具体地，可以通过井下压力观测系统检测到已知深度点的压力，然后按照垂向流体压力计算公式计算得到该深度点之上液柱的高度。该深度点的深度是已知的，因此，就可以得到该油井页面的准确深度。通过井口液面测试仪器就可以计算得到音波在井下碰到液面时的传播时间。由计算得到的准确深度和传播时间，可以计算得到井下音波的准确传输速度。基于上述计算方式，可以得到多个样本油井在不同时间点的准确的传输速度。

在本例中，将音波的传播速度与井口动态参数进行相关性分析，选出油压、套压和井口温度三个相关系数最高的参数，进行多元线性回归拟合，得到了如下的拟合方程：

V＝-17.6a-1.3b+97c+667

其中，V表示音波在所述待测油井中传播速度，a表示井口套压，b表示井口温度，c表示井口油压。

步骤103：获取声脉冲在所述待测油井中的传输参数；

为了实现对井下液面深度的确定，除了得到上述的音波的传输速度之外，还需要得到声脉冲在该油井中的传输参数，具体的，可以通过位于所述待测油井的井口处的声波发生器，向所述待测油井中发送声脉冲；通过井口处的声波接收器接收所述声脉冲向下传播的过程中，遇到石油液面向上反射回来的回波；然后，将接收到所述回波的时间点与发送所述声脉冲之间的时间差，作为传输参数。

步骤104：根据所述传播速度和所述传输参数，确定所述油井的井下液面深度。

具体地，可以采用声波探测方式，由位于井口的声波发生器，通常为特制的炮枪所产生的声脉冲(爆炸声源)通过套管环隙内的气体向下传播，在向下传播的过程中，声脉冲会遇到石油液面向上反射，反射回来的回波由井口的声波接收器接收，然后送给滤波器、放大器和数据采集与处理系统进行处理。

下面结合一个具体实施例，对上述确定抽油井井下液面深度的方法进行说明，然而，值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本申请，并不构成对本申请的不当限定。

考虑到抽油井井下液面深度的测量不仅关系到单井的生产情况的评估，还关系到整个开发层系生产状况的宏观规划。在本例中，通过在单井上利用井口生产动态参数来准确计算井下音波的传播速度，以便准确定位单井动静液面。

如图2所示，先通过SAGD井井下压力观测系统监测已知深度点的压力，具体地，将传统的垂向流体压力计算公式1变换为公式2，如图3所示，求得该压力点之上液柱的高度h2，由已知压力监测点H，得到油井液面的准确深度h1＝H-h2。然后，通过井口液面测试仪器计算出音波在井下碰到液面时的传播时间t，由已知液面的深度h1和音波传播的时间t，带入下述公式3计算得到井下音波的准确传播速度v：

P＝ρgh (公式1)

h＝P/ρg (公式2)

v＝h/t (公式3)

将音波的传播速度与井口动态参数进行相关性分析，选取出油压、套压、井口温度三个相关系数最高的参数，进行多元线性回归拟合，拟合原理如下：

在线性关系相关性条件下，两个或者两个以上自变量对一个因变量，为多元线性回归分析，表现这一数量关系的数学公式，称为多元线性回归模型。多元线性回归模型是一元线性回归模型的扩展，其基本原理与一元线性回归模型类似，只是在计算上为复杂需借助计算机来完成。

计算公式如下：

设随机y与一般变量x₁,x₂,…x_k的线性回归模型为：

y＝β₀+β₁x₁+β₂x₂+β_kx_k+ε

其中，β₀,β₁,…β_k是k+1个未知参数，β₀称为回归常数，β₁,…β_k称为回归系数；y称为被解释变量；x₁,x₂,…x_k是k个可以精确可控制的一般变量，称为解释变量。

当p＝1时，上式即为一元线性回归模型，k≥2时，上式就叫做多元形多元回归模型。ε是随机误差，与一元线性回归一样，通常假设：

同样，多元线性总体回归方程为：

y＝β₀+β₁x₁+β₂x₂+…+β_kx_k

其中，系数β₁表示在其他自变量不变的情况下，自变量x₁变动到一个单位时引起的因变量y的平均单位。其他回归系数的含义相似，从集合意义上来说，多元回归是多维空间上的一个平面。

多元线性样本回归方程为：

多元线性回归方程中回归系数的估计同样可以采用最小二乘法。由残差平方和：

根据微积分中求极小值得原理，可知残差平方和SSE存在极小值。欲使SSE达到最小，SSE对β₀,β₁,…β_k的偏导数必须为零。

将SSE对β₀,β₁,…β_k求偏导数，并令其等于零，加以整理后可得到k+1个方程式：

通过求解这一方程组便可分别得到β₀,β₁,…β_k的估计值回归系数的估计值，当自变量个数较多时，计算量比较大，可以通过计算机完成。还可以利用SPSS，只要将数据输入，并指定因变量和相应的自变量，即可得到结果。

对多元线性回归，也需要测定方程的拟合程度、检验回归方程和回归系数的显著性。

测定多元线性回归的拟合度程度，与一元线性回归中的判定系数类似，可以使用多重判定系数，定义为：

其中，SSR为回归平方和，SSE为残差平方和，SST为总离差平方和。

同一元线性回归相类似，0≤R²≤1，R²越接近1，回归平面拟合程度越高，反之，R²越接近0，拟合程度越低。R²的平方根成为负相关系数(R)，也成为多重相关系数。它表示因变量y与所有自变量全体之间线性相关程度，实际反映的是样本数据与预测数据间的相关程度，判定系数R²的大小受自变量x的个数k的影响。

在实际回归分析中可以看到，随着自变量x个数的增加，回归平方和(SSR)增大，R²增大。由于增加自变量个数引起的R²增大与拟合好坏无关，因此在自变量个数k不同的回归方程之间比较拟合程度时，R²不是一个合适的指标，必须加以修正或调整。

调整方法可以是：将残差平方和与总离差平方和之比的分子分母分别除以各自的自由度，变成均方差之比，以剔除自变量个数对拟合优度的影响。

调整的R²可以表示为：

由上述公式可以看出，考虑的是平均的残差平方和，而不是残差平方和，因此，一般在线性回归分析中，越大越好。

从F统计量看也可以反映出回归方程的拟合程度。将F统计量的公式与R²的公式作一结合转换，可得：

可见，如果回归方程的拟合度高，F统计量就越显著；F统计量越显著，回归方程的拟合优度也越高。

多元线性回归之后，可以建立起如下的井下声速与油压、套压、井口温度的计算模型：

V＝-17.6a-1.3b+97c+667

其中，a表示井口套压，b表示井口温度，c表示井口油压。

将上述计算模型应用到同层位SAGD井，依托于该模型计算的井下声速，计算出相应点的井下压力，如图4所示，与实时SAGD压力检测系统测得压力进行对比验证，相关系数可以达到0.92。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种确定抽油井井下液面深度的装置，如下面的实施例所述。由于确定抽油井井下液面深度的装置解决问题的原理与确定抽油井井下液面深度的方法相似，因此确定抽油井井下液面深度的装置的实施可以参见确定抽油井井下液面深度的方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图5是本发明实施例的确定抽油井井下液面深度的装置的一种结构框图，如图5所示，可以包括：第一获取模块501、第一确定模块502、第二获取模块503和第二确定模块504，下面对该结构进行说明。

第一获取模块501，用于获取待测油井的井口温度、井口套压和井口油压；

第一确定模块502，用于根据所述井口温度、所述井口套压和所述井口油压，确定音波在所述待测油井中传播速度；

第二获取模块503，用于获取声脉冲在所述待测油井中的传输参数；

第二确定模块504，用于根据所述传播速度和所述传输参数，确定所述油井的井下液面深度。

在一个实施方式中，第二获取模块503可以包括：发送单元，用于通过位于所述待测油井的井口处的声波发生器，向所述待测油井中发送声脉冲；接收单元，用于通过井口处的声波接收器接收所述声脉冲向下传播的过程中，遇到石油液面向上反射回来的回波；确定单元，用于将接收到所述回波的时间点与发送所述声脉冲之间的时间差，作为所述传输参数。

在一个实施方式中，第一确定模块502具体可以用于将所述井口温度、所述井口套压和所述井口油压，代入预先拟合得到的拟合方程，得到音波在所述待测油井中的传播速度。

在一个实施方式中，上述确定抽油井井下液面深度的装置还可以包括：拟合模块，用于拟合得到所述拟合方程：所述拟合模块包括：获取单元，用于获取多个样本油井的井口温度、井口套压和井口油压，以及所述多个样本油井不同时间段的音波传播速度；拟合单元，用于对所述多个样本油井的井口温度、井口套压和井口油压，以及所述多个样本油井不同时间段的音波传播速度，进行拟合，得到所述拟合方程。

在一个实施方式中，所述拟合方程为：

V＝-17.6a-1.3b+97c+667

其中，V表示音波在所述待测油井中传播速度，a表示井口套压，b表示井口温度，c表示井口油压。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：通过井口温度、井口套压和井口油压等井口动态参数，确定音波在油井中的传输速度，从而可以得到实时的传输速度，可以解决现有的采用固定的传播速度进行抽油井井下液面深度确定的过程中，所导致的结果不准确的技术问题，达到了提高音波的传播速度准确性的技术效果，从而提高抽油井井下液面深度的准确性。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。