一种油井产液量计量、工况分析优化方法及其系统

摘要

本发明提供一种油井产液量计量、工况分析优化方法和系统。该方法包括步骤：获取设置在油井抽油机上的传感器传送的工况数据，并通过无线通信网络将该工况数据传送至工况采集及监视单元；工况采集及监视单元接收所述工况数据，并将该工况数据传送至产液量计量单元，并监视油井的运行状态；产液量计量单元接收到所述工况数据后，根据该工况数据和数据库中存储的油井基础数据计算产液量。通过本发明，可在油井无计量站情况下实现远程油井工况数据的自动录取、在无人值守情况下能及时掌握油井的动态变化。

说明书

技术领域

本发明涉及油井产液量的计量及工况分析优化技术，特别涉及一种以采油工程技术、通信技术和计算机技术相结合的油井产液量的计量、工况分析优化方法和系统。

背景技术

目前，国内各油田采用的油井产量计量方法主要有：玻璃管量油孔板测气、翻斗量油孔板测气、两相分离密度法和三相分离计量方法等。

1.原油的测量

采用玻璃管液面计量油：

玻璃管量油是国内各油田普遍采用的传统方法，约占油井总数的90％以上。该方法的有益之处在于装备简单、投资少；但是，由于采用间歇量油的方式来折算产量，导致原油系统误差较大，约为10％～20％。

采用电报量油：

在玻璃管液面计量油的基础上，在规定的量油高度H上、下各安装一个电极，当水上升到下电极时，计时电表接通开始计时；水上升到上电极时，电表切断停止走动，记录水上升H高的时间t，则可按照玻璃管液面计量油的方法计算出油井的产量。该方法的主要缺点是操作难度较大，不能连续量油，因为需要人工导流程，仍然需要每次量完后用其它井的天然气将计量罐中的液面压下来才能进行下一次计量。

采用翻斗量油：

翻斗量油装置主要由量油器、计数器等组成。一个斗装满时翻到排油，另一个斗装油，这样反复循环来累积油量。这种量油装置结构简单，具有一定计量精度。该方法的主要缺点在于，设备投资较大，不能应用普通的计量罐，而且经常出现漏量或倒不干净的情况，对于产量很低的稠油适应性稍好些。

2.综合测量的计量装置

随着技术的发展以及油田管理和降低工人劳动强度、提高生产效率的需要，相继出现了许多可以对油井油、气、水产量进行综合测量的计量装置。

采用三相分离计量：

三相分离计量是把油、气、水分离后分别计量，分离后原油含水较低(一般在30％以下)，原油测量误差降低，不受油井含水率的影响。但是，要想把特高含水原油分离成低含水原油并进行计量，工艺技术十分复杂，而且数量很大的游离水经常携带一部分原油，造成很大误差，且所需的设备仪表多、投资大、管理操作难度大、维修费用高。

采用两相分离计量：

两相分离计量是将油井采出液分离成液体和气体，然后分别对其进行计量。两相分离计量设备主要由两相分离器、气体流量计、液体流量计、含水分析仪等组成。其中，气体流量计和液体流量计计量油井的产气量和产液量，含水分析仪测量分离出液体的含水率，由此计算出油井的油、气、水产量。

另一种形式的计量设备由两相分离器、质量流量计和气体流量计组成。质量流量计测量分离出的液量，并计算出其中的含水率，从而测量出油井的油、气、水产量。这种计算装置投资较少、操作简便，在我国油田中获得了较多的应用。该方法的主要缺点是需要较复杂的地面管线和流程，地面管线和建站投资大。

采用不分离计量：

不分离计量是不分离油井采出液，将文丘里管、密度计或不同的流量传感器结合起来计量气体和液体的流量，液体部分用双γ射线密度计、电容、微波水含量监控仪来确定油和水的含量，从而计算出油、气、水各自的产量。

油气水不分离计量技术在占地面积等方面有很大的优越性。但是，油井采出液中的油、气、水等组分一般不是均匀混合的，并以不同的速度流动，还可能相互作用形成蜡和氢氧化物，并且引起难以预料的复杂流态。因此，开发具有广泛适用范围的流量计具有很大的难度，并且成功投入使用的还很少。

并且，在上述方法中，均需设置油井计量站，并且通过人工定期操作录取数据，这样不可避免地存在非连续性和需建立相关的地面计量流程及装置等问题，同时增加了成本。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种油井产液量计量、工况分析优化方法及其系统。通过本发明，可实现在油井无计量站的情况下，实现远程油井工况数据的自动录取、在无人值守情况下及时掌握油井的动态变化。

本发明提供一种油井产液量计量、工况分析优化方法，该方法包括步骤：

获取油井抽油机上的传感器传送的工况数据，并通过无线通信网络将该工况数据传送至工况采集及监视单元；

工况采集及监视单元接收所述工况数据，并将该工况数据进行处理后传送至产液量计量单元，并监视油井的运行状态；

产液量计量单元接收到所述工况数据后，根据该工况数据和数据库中存储的油井基础数据计算产液量。

根据该方法，还包括步骤：

对工况数据和计算出的产液量进行数据分析；

根据数据分析结果进行工况分析；

根据数据分析和工况分析结果进行优化设计。

本发明还提供一种油井产液量计量、工况分析优化系统，该系统至少包括：数据采集控制器、工况采集及监视单元、产液量计量单元和存储单元；其中，数据采集控制器，安装于油井中并与设置在油井抽油机上的传感器相连接，用于采集所述传感器的工况数据并通过无线通信网络将该工况数据传送至工况采集及监视单元，并对油井进行控制；

工况采集及监视单元，通过无线通信网络与数据采集控制器进行信息交互，接收所述数据采集控制器发送的工况数据，并将手动或自动设置的指令发送至数据采集控制器，并监视油井的运行状态；

产液量计量单元，与所述工况采集及监视单元和存储器连接，接收所述工况采集及监视单元发送的工况数据，并根据该工况数据和储存在存储单元中的油井基础数据，并且应用产液量计算数学模型计算产液量；并将采集到的工况数据送入存储器进行存储；

存储单元，与所述产液量计量单元连接，用于储存油井基础数据供产液量计量单元使用；接收产液量计量单元传送的产液量计量结果并储存，并接收采集的工况数据并储存。

还包括数据分析单元，与所述产液量计量单元和存储单元连接，用于对相关数据进行分析并将数据分析结果发送至存储器进行数据储存；其中，所述相关数据至少包括：产液量、压力、载荷、泵效、系统效率、区块中单井运行合理性统计。

还包括工况分析单元，与所述数据分析单元连接，根据数据分析单元的分析结果对油井工况进行分析。

还包括优化设计单元，与所述数据分析单元和工况分析单元连接，根据数据分析结果和工况分析结果对油井进行优化设计。

本发明的有益效果在于，可在油井无计量站情况下实现远程油井工况数据的自动录取、在无人值守情况下能及时掌握油井的动态变化；

低成本投入、高可靠性和易维护、可拓展；

以油井单井产量计量为核心，并辅以对油井进行工况监控，对采集的数据进行分析诊断优化，替代或简化计量流程，以降低产能建设投入和运行成本的同时，还实现提高油井系统效率的目的。

附图说明

图1为本发明实施例1的油井产液量计量、工况分析优化系统构成示意图；

图2为游梁式抽油机传感器安装及数据采集控制器安装示意图；

图3为螺杆泵抽油机传感器安装及数据采集控制器安装示意图；

图4为电泵抽油机传感器安装及数据采集控制器安装示意图；

图5为游梁机有杆泵井产液量计算流程图；

图6为自喷井产液量计算流程图；

图7为螺杆泵井产液量计算流程图；

图8A和图8B为梁的动力学方程理论示意图；

图9为电潜泵井产液量计算流程图；

图10为求粘度准数系数CNt的相关关系图；

图11为滞留系数相关关系图；

图12为再次校正系数相关关系图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1

本发明提供一种油井产液量计量、工况分析优化系统。如图1所示，该系统至少包括：数据采集控制器(RTU)101、工况采集及监视单元102和产液量计量单元103；其中，

数据采集控制器RTU101，安装于油井中并与设置在油井抽油机上的传感器相连接，用于采集所述传感器的工况数据并通过无线通信网络将该工况数据传送至工况采集及监视单元102，并对油井进行控制；其中，对油井进行控制是指对油井进行开井、停井、发出开停井声音警报等智能控制；

工况采集及监视单元102，通过无线通信网络与数据采集控制器101进行信息交互，接收所述数据采集控制器101发送的工况数据，并将手动或自动设置的指令发送至数据采集控制器，并监视油井的运行状态；其中，工况采集及监视单元102与数据采集控制器101的信息交互具体是指：工况采集及监视单元102不但接收数据，而且可以与数据采集控制器RTU101进行信息交互，将中心控制室的人工输入的或自动设置的开井、停井、开停井警报等指令传递给数据采集控制器RTU101，由数据采集控制器RTU101控制执行开井、停井、开停井警报等工作；

产液量计量单元103，与所述工况采集及监视单元102和存储单元107连接，接收所述工况采集及监视单元102发送的工况数据，并根据该工况数据和储存在存储单元107中的油井基础数据，应用油井产液量计算数学模型计算产液量；并且将采集的工况数据存入存储单元107中；

存储单元107，与所述产液量计量单元103连接，用于储存油井基础数据供产液量计量单元103使用；接收产液量计量单元103传送的产液量计量结果并存储；并且接收数据分析单元104传送的数据分析结果。

其中，无线通信方式可采用GSM、GPRS或CDMA通信方式。

本实施例中，数据采集控制器101采用自主开发的YDSW远程数据采集控制器RTU，其为高精度的数据采集器，可对油井进行集中控制和自动管理，可无线监测控制自喷井、游梁机有杆泵井、电潜泵井、螺杆泵井、注水井生产状况。

如图2所示，数据采集控制器101获取游梁抽油机上的载荷(负荷)传感器201、位移传感器202、压力(油压)传感器203、温度传感器204、曲柄脱扣传感器205等传送的数据；此外还包括通信单元206、监控箱207、配电柜208(内有高压转换单元、电压/电流/CAN(控制器局域网)单元)、井场照明灯209和红外探测器210。

如图3所示，数据采集控制器101获取螺杆泵抽油机上的扭矩载荷一体化传感器和转速传感器301、温度传感器302、压力(油压)传感器等传送的数据。此外还包括电控箱304，箱内有通信单元、电压/电流/CAN单元、高压转换单元。

如图4所示，数据采集控制器101获取电潜泵抽油机上的油嘴前压力传感器401，油嘴后压力传感器402、和套压变送器403(图中未示出)传送的数据；此外还包括电控箱404，箱内有通信单元、电压/电流/CAN单元、高压转换单元。

对于自喷井，数据采集控制器101可获取安装在自喷井上的油压、回压变送器和套压变送器发送的数据。

所述工况采集及监视单元102可为一台或多台计算机，采集所安装传感器的油井的各种工况数据，并监视油井运行状态。该工况采集及监视单元102通过无线通信方式接收所述数据采集控制器101传送的数据；也将中心控制室的人工输入的或自动设置的开井、停井、开停井警报等指令传递给数据采集控制器RTU101，由数据采集控制器RTU101控制执行开井、停井、开停井警报等工作。

另外，该工况采集及监视单元102还可通过一台服务器与数据采集控制器RTU101交互信息，此服务器可为油田公司信息中心Internet主机。

本实施例中还包括数据分析单元104，与所述产液量计量单元103连接，用于对相关数据进行分析。其中，相关数据是指：油井的产液量、压力、载荷、泵效、系统效率、区块单井运行合理性统计等指标。

本实施例中，所述存储单元107包括：第一存储单元，用于存储油井基础数据；第二存储单元，用于存储油井生产报表，该生产报表中包括产液量、采集的压力、温度、转速、电参数等参数，还可包括应用数据分析单元104计算的数据分析结果，如泵效组成、系统效率、局部损耗、耗电量、耗电成本、油井诊断结果等技术指标。该存储单元107可采用数据库服务器实现。本实施例中可为油田公司信息中心数据库服务器。

本实施例中，产液量计量单元103、数据分析单元104可在服务器上实现，产液量计量单元103根据工况数据和储存在存储单元107中的油井基础数据，应用自喷井、电潜泵井、螺杆泵井、游梁机有杆泵井产液量计算数学模型，计算各类油井的单井产液量，并在数据分析单元104中进行数据分析，然后并将产液量、采集的工况数据和数据分析结果一同传入存储单元107中的生产报表，即存储单元107中的第二存储单元中进行储存。抽油机井、自喷井、电潜泵井、螺杆泵井产液量计算的流程图如图5、图6、图7、图9所示。

还包括工况分析单元105，与所述数据分析单元104连接，根据数据分析单元104的分析结果对油井工况进行分析。其中，对油井工况进行分析是指对油井工况进行诊断，可以自动诊断常见的19种故障：连抽带喷、固定凡尔卡死(不能打开)、泵严重磨损(不能关闭)、抽油杆断脱、气锁、完全液击、气体影响、供液不足、柱塞脱出工作筒、固定凡尔漏失、游动凡尔漏失、液体或机械摩阻、泵筒弯曲、泵上碰、泵下碰、卡泵、泵工作基本正常等油井工作状况诊断分析。

还包括优化设计单元106，与所述工况分析单元105连接，根据工况分析结果对油井进行优化设计。

本实施例中，还包括一个或多个用户终端108，与所述产液量计量单元103连接并进行信息交互，对油井产液量信息进行维护、对产液量计量结果进行查询以及依据数据分析与工况分析结论进行优化设计。

如图1所示，该系统还包括远程视频监控单元109，与所述工况采集及监视单元102连接，通过无线通信网络对油井工况进行实时监控。即在油井、接转站或联合站外安装至少一个云台和摄像机，可为全景低照度摄像机，对站内全貌及油井进行监视。

该系统还包括网络浏览单元110，与所述远程视频监控单元109、工况采集及监视单元102、产液量计量单元103、数据分析单元104、工况分析单元105、优化设计单元106以及存储单元107连接，用于生产状况和相关数据进行实时浏览、查询。本实施例中可通过IE浏览器和装有的视频播放软件，在油田信息网上可随时浏览各油井的各个监控画面及实时生产数据，及产液量计算结果，查询有关生产报表及分析结果。

上述系统中，油水井无线工况数据监控：数据采集控制器RTU，即无线油水井工况智能远程监控器是对油井进行集中控制和自动管理的专用数据采集器，其数据传输方式为先进可靠的无线数据传输。可无线监测控制自喷井、游梁机井、螺杆泵井、电潜泵井、注水井生产工况。数据传输方式，可选用GSM/GPRS/CDMA通信方式。

液量计算及分析优化：油水井液量计算、油水井优化设计、工况诊断、工况宏观管理、系统效率分析与评价决策等于一体的综合软件，提供了一个优秀的集成解决方案。

无线网络视频监视：引进国际领先的、基于MPEG4硬件压缩技术的网络视频服务器，可以在64K-2M的低带宽占用情况下传输高清晰度的实时视频图像，通常情况下200K-300K即可实现30帧/秒的全实时监视。产品采用TCP/IP协议，可以基于局域网/广域网/Internet构建大规模的集中图像监控系统。

网络浏览：系统为浏览器/服务器(Browser/Server)构架。油田局域网内的授权用户可进行实时浏览、查询工况数据。

实施例2

本发明还提供一种油井产液量计量、工况分析优化方法，该方法采用上述计量系统完成，该方法包括步骤：

数据采集控制器101获取设置在油井抽油机上的传感器传送的工况数据，并通过无线通信网络将该工况数据传送至工况采集及监视单元102；

工况采集及监视单元102接收所述工况数据并进行处理后，并将该工况数据传送至产液量计量单元103，并监视油井的运行状态；其中，对所述工况数据进行处理是指将工况数据进行加密处理并打包；油井的运行状态具体指：是否开井、是否缺相、载荷位移是否采集得到等工作状况；另外，还可包括通过数据采集控制器RTU101初算是否没有电流、电流是否缺相等指标；

产液量计量单元103接收到所述工况数据后，根据该工况数据和数据库中存储的油井基础数据计算产液量；其中，油井基础数据为油密度、油粘度、气油比、含水、动液面、泵径、泵深、杆柱组合等。

还包括步骤：

对工况数据和计算出的产液量进行数据分析，其中可包括产液量分析、压力分析、载荷分析、泵效分析、区块中单井运行合理性统计分析等；根据数据分析结果进行工况分析；根据工况分析结果进行优化设计。

还包括步骤：对采集的所述工况数据、计算出的产液量和数据分析结果进行存储。

其中，所述根据工况数据和油井基础数据计算产液量，包括步骤：

根据工况数据和油井基础数据，应用产液量计算数学模型计算油井的单井产液量；通过流量标定系数进行修正；

将修改正后的计算产液量作为油井计量产液量。

在产液量的计算中，由于产液量计算数学模型较为复杂，一些地质因素无法考虑进去，有时不同的区块会或多或少存在系统误差，需要应用罐车计量的标准产液量标定，得到流量标定系数，通过流量标定系数进行修正，剔除系统误差，将修改正后的计算产液量作为油井计量产液量。

本实施例中，具体的标定系数计算可采用如下方法：

对于每口油井：