电功图计算油井产液量方法与流程

本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种电功图计算油井产液量方法。

背景技术：

随着油田开发的深入，越来越需要自动化程度高、实时性强的油井产量计量技术。原有的油井产量计量主要是将每口井的油输送到计量站进行集中计量，应用装置多，工艺流程复杂，投资大，不能适应油田的数字化、信息化和自动化等方面的要求。近些年，随着示功图计算油井产量技术的进一步发展，逐步得到了应用，功图量油技术是通过有杆抽油系统动力学模型将地面示功图转换为井下泵功图，从而确定柱塞有效冲程来折算井口产液量。在现场应用过程中也暴露出以下问题：一是受粘度、泵挂深度、气液比影响，功图量液方式计量误差大；二是示功图测试传感器长时间运行发生漂移，可靠性差，影响工况信息采集的准确性，从而影响计量精度。为此我们发明了一种新的电功图计算油井产液量方法，解决了以上技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种通过电功图判断识别柱塞碰液面位置，确定柱塞有效冲程，提高有效行程测量精度，从而提高产液量计算精度的电功图计算油井产液量方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：电功图计算油井产液量方法，该电功图计算油井产液量方法包括：步骤1，获取有效的抽油机井电功图；步骤2，采用小波变换信号分离算法对抽油机井电功图进行数据时域分析；步骤3，结合抽油机悬点的运动学分析计算柱塞有效冲程；步骤4，计算产液量。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，实时采集电机的电流、电压参数，并采用概率矩阵分解滤波算法对数据奇异值进行预处理，抑制或消除噪声，获取有效的抽油机井电功图。

步骤2包括：

a，对抽油机井电功图并进行归一化处理得到归一化后的原始信号电功图；

b，应用小波变换信号分离算法进行电功图数据分析处理，将原始信号电功图进行多阶小波信号分离，分离成低频信号和中高频信号，获取多阶小波信号分离后包含抽油杆振动信号的低频信号图和多阶小波信号分离后抽油杆振动信号图；

c，分析抽油杆振动信号的低频信号图和抽油杆振动信号图，获得有效排液过程所占的时间和下行程过程所占的时间。

在步骤b中，将原始信号电功图通过一阶小波信号分离，得到一阶低频信号和一阶中高频信号，再将一阶低频信号进行小波信号分离，得到二阶低频信号和二阶中高频信号，再将二阶低频信号进行小波信号分离，得到三阶低频信号和三阶中高频信号，分析三阶中高频信号中振动幅值，结合抽油杆固有特性，获取多阶小波信号分离后包含抽油杆振动信号的低频信号图和多阶小波信号分离后抽油杆振动信号图。

在步骤3中，电功图一个周期t的计算公式如下：

t＝ki(1)

式中，k为一个周期的采样点数，i为采样间隔，现场应用的电参数采集模块的采样间隔为0.2s；

假定曲柄匀速转动后，曲柄转动一周抽油机完成一个冲次，即：

式中：w为曲柄的角速度；

游梁式抽油机四连杆机构的几何关系为：

θ2＝2π-θ+α(5)

以下死点为位移零点，向上为位移的正方向，则任意时刻t的悬点位移pr(t)为：

根据游梁式抽油机悬点的运动规律，有效行程spe可由下式计算得到：

spe＝pr(tdg)-pr(tfg)(12)

其中，r为曲柄半径，m；p为连杆长度，m；c为游梁后臂长度，m；a为游梁前臂长度，m；i为基杆的水平投影，m；h为支架轴承中心至减速箱输出轴中心的高度，m；对于各角度正方向规定下：曲柄转角θ从12点钟位置算起，并且沿顺时针方向时取为正值，θ＝wt；k为游梁轴与曲柄轴间的距离，m；α为曲柄轴在12点钟位置与游梁轴曲柄轴连线形成的夹角；l为游梁轴与连杆轴间的距离，m；β为游梁轴曲柄轴连线与游梁轴连杆轴连线形成的夹角；χ为游梁后臂与游梁轴连杆轴连线形成的夹角；φ为游梁后臂与游梁轴曲柄轴连线形成的夹角；ψmax为上下死点时游梁前臂与水平线形成的最大夹角，tdg为下行程过程所占的时间，tfg为有效排液过程所占的时间。

在步骤4中，抽油机井一个冲程的产液量：

q＝π(d/2)²sper(13)

其中：q为一个冲程的产液量，m³；d为抽油泵泵径，m；spe为有效冲程，m；r为影响因子修正系数，考虑气体、泵漏、粘度这些因素，通过计算值与实测值进行标定来修正。

在步骤4中，由于电功图的数据是实时连续采集的，对每个冲程液量进行累加，得到累计液量，从而得到一口油井的日产液量q：

其中：n为抽油机井一天的冲程总次数，n为冲次，次/分。

本发明中的电功图计算油井产液量方法，通过实时监测电参数获取抽油机井电功图并进行电功图数据分析处理，识别判断下行程时柱塞碰液面位置，确定柱塞有效冲程，同时考虑气体、漏失量和粘度等影响因素引入影响因子修正系数来计算油井产液量。本发明采用电功图数据计算产液量，数据采集准确，操作简单，应用小波变换信号分离算法分析电功图，通过电功图判断识别柱塞碰液面位置，确定柱塞有效冲程，提高有效行程测量精度，从而提高产液量计算精度。

附图说明

图1为本发明的电功图计算油井产液量方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一具体实施例中抽油机井电功图；

图3为本发明的一具体实施例中电功图小波信号分离分析图；

图4为本发明的一具体实施例中小波信号分离后包含抽油杆振动信号的低频信号图；

图5为本发明的一具体实施例中小波信号分离后抽油杆振动信号图；

图6为本发明的一具体实施例中抽油机四连杆机构简图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的电功图计算油井产液量方法的流程图。该方法包括如下步骤：

在步骤101，首先控制柜中电参数模块实时采集电机的电流、电压参数，并采用概率矩阵分解pmf(probabilisticmatrixfactorization)滤波算法对数据奇异值进行预处理，抑制或消除噪声，获取有效的抽油机井电功图，如图2所示。

在步骤102，采用小波变换信号分离算法对抽油机井电功图进行数据时域分析。首先对抽油机井电功图并进行归一化处理得到图3中s图为归一化后的原始信号电功图。应用小波变换信号分离算法进行电功图数据分析处理，将电功图原始信号s图进行多阶小波信号分离，分离成低频信号和中高频信号，例如：将s图通过一阶小波信号分离，得到一阶低频信号a1和一阶中高频信号d1，再将一阶低频信号a1进行小波信号分离，得到二阶低频信号a2和二阶中高频信号d2，再将二阶低频信号a2进行小波信号分离，得到三阶低频信号a3和三阶中高频信号d3，分析三阶中高频信号d3中振动幅值，结合抽油杆固有特性，可以判断d3代表抽油杆振动信号，a2代表包含抽油杆振动特征的电功图信号。

图4为多阶小波信号分离后包含抽油杆振动信号的低频信号图，图5多阶小波信号分离后抽油杆振动信号图，针对图4和图5进行分析。以游梁式抽油机为例，图4中dg段代表下行程过程的功率曲线；de段代表下行程开始时的换向过程的功率曲线；fg段代表下行程中有效排液过程的功率曲线；电功图在一个冲程周期内出现的峰数一般不会多于3个，当工况正常、供液情况良好时，电功图为两峰，de段很短(几乎为零)的，就是说换向结束后立即进入卸载过程。图5中由于下行程时抽油泵柱塞接触液面，导致抽油杆产生振动，反映在信号曲线上表现为曲线出现激变振动，该振动位置为下行程抽油杆起振位置，判断为下行程时柱塞碰液面位置，即有效排液过程的开始，fg段为有效排液过程。通过定量识别下行程分段比例，获得有效排液过程fg所占的时间tfg和下行程过程dg所占的时间tdg。

在步骤103，结合抽油机悬点的运动学分析计算柱塞有效冲程，计算方法如下：

游梁式抽油机一般都由三相异步电机或永磁同步电机拖动，同步电机转速只与电机极对数和电源频率有关，可以视为定值。异步电机的特点是转差率随负载变化很小，也可以将电机近似为匀速转动。电功图一个周期t计算如下：

t＝ki(1)

式中，k为一个周期的采样点数，i为采样间隔。现场应用的电参数采集模块的采样间隔为0.2s。

假定曲柄匀速转动后，曲柄转动一周抽油机完成一个冲次，即：

式中：w为曲柄的角速度。

图6游梁式抽油机四连杆机构简图。图中的几何关系为：

θ2＝2π-θ+α(5)

在δoao1中可得：

在δabo1中可得：

在图6中还可以得到如下关系式：

以下死点为位移零点，向上为位移的正方向，则任意时刻t的悬点位移pr(t)为：

根据游梁式抽油机悬点的运动规律，有效行程spe可由下式计算得到：

spe＝pr(tdg)-pr(tfg)(12)

图6中，r为曲柄半径，m；p为连杆长度，m；c为游梁后臂长度，m；a为游梁前臂长度，m；i为基杆的水平投影，m；h为支架轴承中心至减速箱输出轴中心的高度，m。对于图中各角度正方向规定下：曲柄转角θ从12点钟位置算起，并且沿顺时针方向时取为正值，θ＝wt；各杆件的参考角度θ2、θ3、θ4等角度均从12点钟位置算起，并且沿逆时针方向取为正值；k为游梁轴与曲柄轴间的距离，m；α为曲柄轴在12点钟位置与游梁轴曲柄轴连线形成的夹角；l为游梁轴与连杆轴间的距离，m；β为游梁轴曲柄轴连线与游梁轴连杆轴连线形成的夹角；χ为游梁后臂与游梁轴连杆轴连线形成的夹角；φ为游梁后臂与游梁轴曲柄轴连线形成的夹角；ψmax为上下死点时游梁前臂与水平线形成的最大夹角。

在步骤104，产液量计算：

通过计算获得有效冲程后，根据式(13)就可以计算出抽油机井一个冲程的产液量：

q＝π(d/2)²sper(13)

其中：q为一个冲程的产液量，m³；d为抽油泵泵径，m；spe为有效冲程，m；r为影响因子修正系数，考虑气体、泵漏、粘度等因素，通过计算值与实测值进行标定来修正。

由于电功图的数据是实时连续采集的，所以对每个冲程液量进行累加，就可以得到累计液量，从而可以得到一口油井的日产液量q：

其中：n为抽油机井一天的冲程总次数，n为冲次，次/分。