一种基于油井示功图获取原油含水量的方法与流程

本发明属于油田采油技术领域，具体涉及一种基于油井示功图获取原油含水量的方法。

背景技术：

目前，在世界上的所有油田的采油井中，油井产出液中均含有一定比例的采出水，各个油田为了实时监测油井的采出水量，进而精确地掌握油井的产油量，则必须定期测定油井产出液的含水量，由于地层中液体的含水量是变化的，因此对于油井含水量的监控是油田日常生产中的一项重要工作。通常正常生产时，油田油井的含水每10天需要进行进行测量，部分含水波动大的井监测周期更短。通常在各个油田中，油井含水的测量工作需要通过油井井口取样、样品运输和中心化验室进行化验等过程才能获得，监测结果往往比较滞后，不能及时准确的掌握油井产量。同时，由于各油田油井数量巨大，且区块分散，以目前的监测手段，就需要建设更大量的化验中心和投入更多的人力，同时也极大的增加了员工取样、送样和监测含水的工作量和强度，对现场正常生产管理造成很大的困难。

同时，目前油田数字化建设较为完备，油井工况系统涵盖了大部分的油井，这就使得油井每10分钟就能采集一张示功图，每天采集144张示功图，上传于油井工况系统服务器，这也就为应用示功图实时计算油井含水量提供了基础资料保证。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于油井示功图获取原油含水量的方法，目的在于提供一种利用现有数字化油井工况诊断技术，在降低油田现场人力、物力、财力投入的同时准确、及时获取原油含水量的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于油井示功图获取原油含水量的方法，包括如下步骤

步骤一：在示功图中获取数据

在油井工况系统中获取示功图中的冲程、冲次数据值及油井静态参数；

步骤二：获取悬点静载荷值

悬点静载荷分为上行程悬点静载荷和下行程悬点静载荷，根据步骤一获取的参数，计算得出上行程悬点静载荷值和下行程悬点静载荷值；

步骤三：获取悬点惯性载荷值

悬点惯性惯性载荷包括上冲程悬点最大惯性载荷和下冲程悬点最大惯性载荷，根据步骤一获取的参数，计算得出上冲程悬点最大惯性载荷值和下冲程悬点最大惯性载荷值；

步骤四：获取悬点振动载荷值

步骤五：获取摩擦载荷值

计算上冲程摩擦载荷值和下冲程摩擦载荷值；

步骤六：计算油井含水率

根据步骤二、步骤三、步骤四和步骤五得到的悬点静载荷值、悬点惯性载荷值、悬点振动载荷值和摩擦载荷值，计算得到油井含水率；

步骤七：原油含水率监控

根据步骤六计算得到的油井含水率，对油井中原油含水率进行监控，用于后续生产性调整注水计划。

所述的步骤二计算上行程悬点静载荷值和下行程悬点静载荷值时，采用的步骤一获取的油井静态参数包括每米抽油杆在液体中的重力、混合液密度、原油密度、底层水水密度、原油含水量、泵深、动液面、柱塞面积、油管压力和套管压力油井静态参数。

所述的步骤二中的获取悬点静载荷值中的上行程悬点静载荷值和下行程悬点静载荷值是采用如下公式进行计算得到的

p静上＝9.81qrll+aplfρ+10⁶(pt-pc)ap(1)

p静下＝9.81qrll(2)

ρ＝ρo(1-fw)+ρwfw(3)

其中，

p静上——上行程悬点静载荷，kn；

p静下——下行程悬点静载荷，kn；

qrl——每米抽油杆在液体中的重力，组合抽油杆分段计算，kgf/m；

ρ——混合液密度，kg/m³；

ρo——原油密度，kg/m³；

ρw——地层水水密度，kg/m³；

fw——原油含水量；

l——泵深，m；

lf——动液面，m；

ap——柱塞面积，m²；

pt——油管压力，mpa；

pc——套管压力，mpa。

所述的步骤三计算上冲程悬点最大惯性载荷值和下冲程悬点最大惯性载荷值是采用步骤一获取的冲程、冲次及每米抽油杆在空气中的重力、油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数、油管的流通断面面积和平均抽油杆截面积油井静态参数进行计算的。

所述的步骤三中的上冲程悬点最大惯性载荷值和下冲程悬点最大惯性载荷值采用如下公式计算得到

其中，

p惯上——上冲程悬点最大惯性载荷，kn；

p惯下——下冲程悬点最大惯性载荷，kn；

s——冲程，m；

n——冲次，min^-1；

qr——每米抽油杆在空气中的重力，kgf/m；

ε——考虑油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数；

atf——油管的流通断面面积，m²；

ar——平均抽油杆截面积，组合抽油杆柱取等效面，m²。

所述的步骤四中的悬点振动载荷值是采用如下公式得到

式中，

p振——在抽油杆顶端产生的振动载荷，kn；

k——常数，其值取决于当值为0～1时，k＝0；当值为1～3时k＝1，为当值为3～5时k＝2；当值为5～7时k＝3；

e——油管、抽油杆钢材弹性模量，2.02×10⁸kn/m²；

λr——抽油杆变形，m；

λ——油管和抽油杆总变形，m；

υu,d——静变形结束时的悬点速度，υu是上冲程，υd为下冲程，m/s；

c——抽油机游梁前臂长，m；

e——自然对数底数；

c——抽油杆内声波传播速度；其中：单级杆柱c＝5000，二级杆柱c＝5400，三级杆柱c＝5800，m/s；

α——曲柄转角，度；

αu,d——静变形结束时的曲柄转角，度；

所述的步骤五中摩擦载荷由五部分组成：抽油杆与油管的摩擦力f1、柱塞与泵筒之间的半干摩擦力f2、液柱与抽油杆之间的摩擦力f3、液柱与油管之间的摩擦力f4及液柱通过游动阀的摩擦阻力f5，通过f1、f2、f3、f4和f5，得到计算上冲程摩擦载荷值和下冲程摩擦载荷值。

所述的步骤五中的上冲程摩擦载荷值和下冲程摩擦载荷值是通过如下方法得到的

抽油杆与油管的摩擦力f1＝1.5％g；

f2＝1717n，当抽油泵径不大于70mm时；

f4＝1.3f3；

f5≈0

f摩上＝f1+f2+f4

f摩下＝f1+f2+f3

其中，

m——油管内径与抽油杆直径之比值；

g——抽油杆重量，kn

μ——混合液粘度，mpa.m。

所述的步骤六中计算油井含水率是采用如下方式得到的：

步骤二中的获取悬点静载荷值中的上行程悬点静载荷值和下行程悬点静载荷值是采用如下公式进行计算得到的

p静上＝9.81qrll+aplfρ+10⁶(pt-pc)ap(1)

p静下＝9.81qrll(2)

ρ＝ρo(1-fw)+ρwfw(3)

其中，

p静上——上行程悬点静载荷，kn；

p静下——下行程悬点静载荷，kn；

qrl——每米抽油杆在液体中的重力，组合抽油杆分段计算，kgf/m；

ρ——混合液密度，kg/m³；

ρo——原油密度，kg/m³；

ρw——地层水水密度，kg/m³；

fw——原油含水量；

l——泵深，m；

lf——动液面，m；

ap——柱塞面积，m²；

pt——油管压力，mpa；

pc——套管压力，mpa。

所述的步骤三中的上冲程悬点最大惯性载荷值和下冲程悬点最大惯性载荷值采用如下公式计算得到

其中，

p惯上——上冲程悬点最大惯性载荷，kn；

p惯下——下冲程悬点最大惯性载荷，kn；

s——冲程，m；

n——冲次，min^-1；

qr——每米抽油杆在空气中的重力，kgf/m；

ε——考虑油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数；

atf——油管的流通断面面积，m²；

ar——平均抽油杆截面积，组合抽油杆柱取等效面，m²。

所述的步骤四中的悬点振动载荷值是采用如下公式得到

式中，

p振——在抽油杆顶端产生的振动载荷，kn；

k——常数，其值取决于当值为0～1时，k＝0；当值为1～3时k＝1，为当值为3～5时k＝2；当值为5～7时k＝3；

e——油管、抽油杆钢材弹性模量，2.02×10⁸kn/m²；

λr——抽油杆变形，m；

λ——油管和抽油杆总变形，m；

υu,d——静变形结束时的悬点速度，υu是上冲程，υd为下冲程，m/s；

c——抽油机游梁前臂长，m；

e——自然对数底数；

c——抽油杆内声波传播速度,单级杆柱c＝5000，二级杆柱c＝5400，三级杆柱c＝5800，m/s；

α——曲柄转角，度；

αu,d——静变形结束时的曲柄转角，度；

所述的步骤五中的获取摩擦载荷值是通过如下方法得到的抽油杆与油管的摩擦力f1＝1.5％g；

f2＝1717n，当抽油泵径不大于70mm时；

f4＝1.3f3；

f5≈0

f摩上＝f1+f2+f4

f摩下＝f1+f2+f3

其中，

m——油管内径与抽油杆直径之比值；

g——抽油杆重量，kn；

μ——混合液粘度，mpa.m，

根据式(1)～式(7)，可得出式(8)和式(9)

pmax＝p静上+p惯上+p振上+f摩上(8)

pmin＝p静下-p惯下-p振下-f摩下(9)

式(8)减去式(9)得出式(10)：

对式(10)进行换算计算后，得出下列混合液密度式(11)；

根据式(3)，可以得出含水量fw的计算公式为：

用油井已有示功图的载荷、冲程、冲次和相关油井静态参数带入上式，得出油井的含水率；

其中，

pmax——抽油机最大载荷，kn；

pmin——抽油机最小载荷，kn；

δp——抽油机最大最小载荷差，kn。

有益效果：

本发明通过在在示功图中获取数据、获取悬点静载荷值、获取悬点惯性载荷值、获取悬点振动载荷值、获取摩擦载荷值、计算油井含水率和原油含水率监控七个步骤，应用数字化工况系统中示功图测试数据和油井静态参数得到油井含水量。能够每10分钟获取一次油井含水量，实时监控油井的产油量的变化，避免了传统油井含水测量的滞后性，为油田现场员工提供了一种快捷、方便的油井含水量求取手段。同时，本发明不但和油井工况系统有效结合，更减少了油田现场人力、物力和财力的投入，同样避免了现场工作者的油井取样、送样和化验分析等工作量；本发明能够及时反映油井生产状况，及时调整后续生产性注水的计划，有利于提高产量。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为抽油机理论示功图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

根据图1所示的一种基于油井示功图获取原油含水量的方法，包括如下步骤

步骤一：在示功图中获取数据

在油井工况系统中获取示功图中的冲程、冲次数据值及油井静态参数；

步骤二：获取悬点静载荷值

悬点静载荷分为上行程悬点静载荷和下行程悬点静载荷，根据步骤一获取的每米抽油杆在液体中的重力、混合液密度、原油密度、地层水水密度、原油含水量、泵深、动液面、柱塞面积、油管压力和套管压力油井静态参数，得出上行程悬点静载荷值和下行程悬点静载荷值；具体计算方法如下

p静上＝9.81qrll+aplfρ+10⁶(pt-pc)ap(1)

p静下＝9.81qrll(2)

ρ＝ρo(1-fw)+ρwfw(3)

其中，

p静上——上行程悬点静载荷，kn；

p静下——下行程悬点静载荷，kn；

qrl——每米抽油杆在液体中的重力，组合抽油杆分段计算，kgf/m；

ρ——混合液密度，kg/m³；

ρo——原油密度，kg/m³；

ρw——地层水水密度，kg/m³；

fw——原油含水量；

l——泵深，m；

lf——动液面，m；

ap——柱塞面积，m²；

pt——油管压力，mpa；

pc——套管压力，mpa。

步骤三：获取悬点惯性载荷值

悬点惯性惯性载荷包括上冲程悬点最大惯性载荷和下冲程悬点最大惯性载荷，根据步骤一获取的冲程、冲次、每米抽油杆在空气中的重力、油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数、油管的流通断面面积和平均抽油杆截面积油井静态参数，得出上冲程悬点最大惯性载荷值和下冲程悬点最大惯性载荷值；具体计算方法如下

其中，

p惯上——上冲程悬点最大惯性载荷，kn；

p惯下——下冲程悬点最大惯性载荷，kn；

s——冲程，m；

n——冲次，min^-1；

qr——每米抽油杆在空气中的重力，kgf/m；

ε——考虑油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数；

atf——油管的流通断面面积，m²；

ar——平均抽油杆截面积，组合抽油杆柱取等效面，m²；

步骤四：获取悬点振动载荷值

悬点振动载荷值采用如下公式得到

式中，

p振——在抽油杆顶端产生的振动载荷，kn；

k——常数，其值取决于当值为0～1时，k＝0；当值为1～3时k＝1，为当值为3～5时k＝2；当值为5～7时k＝3；

e——油管、抽油杆钢材弹性模量，2.02×10⁸kn/m²；

λr——抽油杆变形，m；

λ——油管和抽油杆总变形，m；

υu,d——静变形结束时的悬点速度，υu是上冲程，υd为下冲程，m/s；

c——抽油机游梁前臂长，m；

e——自然对数底数；

c——抽油杆内声波传播速度；其中：单级杆柱c＝5000，二级杆柱c＝5400，三级杆柱c＝5800，m/s；

α——曲柄转角，度；

αu,d——静变形结束时的曲柄转角，度；

步骤五：获取摩擦载荷值

摩擦载荷有五部分组成：抽油杆与油管的摩擦力f1、柱塞与泵筒之间的半干摩擦力f2、液柱与抽油杆之间的摩擦力f3、液柱与油管之间的摩擦力f4及液柱通过游动阀的摩擦阻力f5，通过f1、f2、f3、f4和f5，计算得到上冲程摩擦载荷值和下冲程摩擦载荷值；具体是通过如下方法得到的

抽油杆与油管的摩擦力f1＝1.5％g；

f2＝1717n，当抽油泵径不大于70mm时；

f4＝1.3f3；

f5≈0

f摩上＝f1+f2+f4

f摩下＝f1+f2+f3

其中，

m——油管内径与抽油杆直径之比值；

g——抽油杆重量，kn；

μ——混合液粘度，mpa.m，

步骤六：计算油井含水率

根据步骤二、步骤三、步骤四和步骤五得到的悬点静载荷值、悬点惯性载荷值、悬点振动载荷值和摩擦载荷值，计算得到油井含水率；具体如下

根据式(1)～式(7)，可得出式(8)和式(9)

pmax＝p静上+p惯上+p振上+f摩上(8)

pmin＝p静下-p惯下-p振下-f摩下(9)

式(8)减去式(9)得出式(10)：

对式(10)进行换算计算后，得出下列混合液密度式(11)；

根据式(3)，可以得出含水量fw的计算公式为：

用油井已有示功图的载荷、冲程、冲次和相关油井静态参数带入上式，得出油井的含水率；

其中，

pmax——抽油机最大载荷，kn；

pmin——抽油机最小载荷，kn；

δp——抽油机最大最小载荷差，kn；

步骤七：原油含水率监控

根据步骤六计算得到的油井含水率，对油井中原油含水率进行监控，用于后续生产性调整注水计划。

有杆泵在运行时，抽油机驴头悬点上作用的载荷有四类：静载荷、惯性载荷、振动载荷和摩擦载荷。

悬点静载荷包括抽油杆自重、柱塞上部液柱形成的静液柱载荷。

悬点惯性包括抽油杆柱和油管内的流体做不等速运动而产生的抽油杆和液柱的动载荷。

实际的抽油杆柱和液柱，由于它们长度很大，具有相当的弹性和可压缩性，而抽油杆柱做周期性地上、地下运动和液柱载荷周期性地作用于下端，使抽油杆柱产生弹性振动，同时液柱下端周期性地被柱塞推动而使液柱也振动，如果油管下部未锚定，在液柱载荷周期性地作用下，管柱也要产生振动。这三组弹性体的震动互相影响，加上阻尼作用，使得整个系统的振动作用相当复杂，因此，要准确地计算弹性振动载荷是很困难的，本发明采用了一种简化的计算方法。该方法是由抽油杆柱的纵向振动方程，忽略了强迫振动项。

摩擦载荷一般由5部分组成：抽油杆与油管的摩擦力f1，根据矿场经验，在直井内通常不超过抽油杆重力的1.5％；柱塞与泵筒之间的半干摩擦力f2，根据矿场经验，抽油泵径不大于70mm时，半干摩擦力不超过1717n；液柱与抽油杆之间的摩擦力f3，可用以下公式计算；液柱与油管之间的摩擦力f4，根据油井的现场资料统计，约等于0.3f3；液柱通过游动阀的摩擦阻力f5，一般可忽略不计。

抽油机驴头主要受静载荷、悬点惯性载荷、悬点振动载荷和摩擦载荷的复合作用。根据式(1)～式(7)，可得出式(8)、式(9)：式(8)减去式(9)得出式(10)：对式(10)进行换算计算后，得出混合液密度式(11)；根据式(3)，可以得出含水量fw的计算公式。

本发明通过七个步骤，应用数字化工况系统中示功图测试数据和油井静态参数，能够每10分钟获取一次油井含水量。本发明实时监控油井的产油量的变化，避免了传统油井含水测量的往往5-7天进行一次测定，导致测试数据滞后，不能反应出原油实时的真实情况，影响原油生产计量和注水的调整滞后的问题，为油田现场员工提供了一种快捷、方便的油井含水量求取手段。同时，本发明不但和油井工况系统有效结合，更减少了油田现场人力、物力和财力的投入，同样避免了现场工作者的油井取样、送样和化验分析等工作量，为油田采油后续工作提供了数据支撑。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。