不同供液状况的有杆抽油泵举升过程参数模拟计算方法

杨耀忠 邴绍强 宋清新 段鸿杰 景瑞林 马承杰 孙召龙

杨耀忠,邴绍强,宋清新,段鸿杰,景瑞林,马承杰,孙召龙. 不同供液状况的有杆抽油泵举升过程参数模拟计算方法[J]. 石油钻采工艺,2021,43(3):328-334
引用本文: 杨耀忠,邴绍强,宋清新,段鸿杰,景瑞林,马承杰,孙召龙. 不同供液状况的有杆抽油泵举升过程参数模拟计算方法[J]. 石油钻采工艺,2021,43(3):328-334
YANG Yaozhong, BING Shaoqiang, SONG Qingxin, DUAN Hongjie, JING Ruilin, MA Chengjie, SUN Zhaolong. A simulation calculation method for the lift process parameters of sucker-rod pump under different liquid supplying conditions[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2021, 43(3): 328-334
Citation: YANG Yaozhong, BING Shaoqiang, SONG Qingxin, DUAN Hongjie, JING Ruilin, MA Chengjie, SUN Zhaolong. A simulation calculation method for the lift process parameters of sucker-rod pump under different liquid supplying conditions[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2021, 43(3): 328-334

不同供液状况的有杆抽油泵举升过程参数模拟计算方法

基金项目: 中石化科技攻关项目“油藏-井筒-地面智能协同诊断技术研究”(编号:P21032)
详细信息
    作者简介:

    杨耀忠(1966-),1986年毕业于成都地质学院石油地质专业,现主要从事油田信息工程技术的研究与应用工作,教授级高级工程师。通讯地址:(257000)山东省东营市东营区济南路258号。E-mail:yangyaozhong.Slyt@sinopec.com

    通讯作者:

    邴绍强(1974-),1996年毕业于石油大学(华东)采油工程专业,现主要从事油田开发智能化的研究与应用工作,高级工程师。通讯地址:(257000)山东省东营市东营区济南路258号。E-mail:bingshaoqiang.Slyt@sinopec.com

  • 中图分类号: TE355.5

A simulation calculation method for the lift process parameters of sucker-rod pump under different liquid supplying conditions

图(8)
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出版历程
  • 修回日期:  2021-03-01
  • 网络出版日期:  2021-08-27

不同供液状况的有杆抽油泵举升过程参数模拟计算方法

    基金项目:  中石化科技攻关项目“油藏-井筒-地面智能协同诊断技术研究”(编号:P21032)
    作者简介:

    杨耀忠(1966-),1986年毕业于成都地质学院石油地质专业,现主要从事油田信息工程技术的研究与应用工作,教授级高级工程师。通讯地址:(257000)山东省东营市东营区济南路258号。E-mail:yangyaozhong.Slyt@sinopec.com

    通讯作者: 邴绍强(1974-),1996年毕业于石油大学(华东)采油工程专业,现主要从事油田开发智能化的研究与应用工作,高级工程师。通讯地址:(257000)山东省东营市东营区济南路258号。E-mail:bingshaoqiang.Slyt@sinopec.com
  • 中图分类号: TE355.5

摘要: 有杆抽油泵举升过程中,根据供液能力的差别,分别确定了泵吸入口压力和活塞受力的计算方法;在静态模型建立的基础上,以抽油杆受力波动方程为指导,对井筒举升过程抽油杆运动阻尼系数计算方法进行了修正,建立了有杆抽油泵举升动态模型。以地面实测示功图为约束,计算不同供液工况下井筒纵向空间的压力、抽油杆柱受力等数值分布,对泵吸入口压力、动液面、地层流压等参数进行模拟计算,建立了不同供液状况下有杆抽油泵举升过程参数连续模拟计算方法。研究结果表明,该方法能够满足供液不足工况下油井动液面计算的精度要求,为井筒举升分析、工作制度优化调整提供了理论依据。

English Abstract

杨耀忠,邴绍强,宋清新,段鸿杰,景瑞林,马承杰,孙召龙. 不同供液状况的有杆抽油泵举升过程参数模拟计算方法[J]. 石油钻采工艺,2021,43(3):328-334
引用本文: 杨耀忠,邴绍强,宋清新,段鸿杰,景瑞林,马承杰,孙召龙. 不同供液状况的有杆抽油泵举升过程参数模拟计算方法[J]. 石油钻采工艺,2021,43(3):328-334
YANG Yaozhong, BING Shaoqiang, SONG Qingxin, DUAN Hongjie, JING Ruilin, MA Chengjie, SUN Zhaolong. A simulation calculation method for the lift process parameters of sucker-rod pump under different liquid supplying conditions[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2021, 43(3): 328-334
Citation: YANG Yaozhong, BING Shaoqiang, SONG Qingxin, DUAN Hongjie, JING Ruilin, MA Chengjie, SUN Zhaolong. A simulation calculation method for the lift process parameters of sucker-rod pump under different liquid supplying conditions[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2021, 43(3): 328-334
  • 有杆抽油泵举升过程中,通过井筒举升参数模拟计算,可进行各级抽油杆受力状况、纵向压力分布、泵工况等举升动态的定量分析[1-4],为举升优化设计和工作制度调整提供理论依据。费秀英[5]应用多相流体力学等原理,开展了井筒工况模拟计算;刘晓娟等[6]应用多相管流原理,研究建立了斜井气液两相流计算模型;Hansen等[7-8]利用采油工程理论,建立了有杆抽油泵举升计算模型。在井筒举升参数模拟计算过程中,以上研究均未考虑油井供液状况。有杆抽油泵上冲程举升过程中,供液充足工况下泵吸入口压力和活塞受力的模拟计算方法,与供液不足工况下的计算方法不同。为此,笔者以采油工程基础理论为指导,区分供液不足和供液充足两种工况,分别建立了有杆抽油泵举升过程参数模拟计算方法,提高了油井动液面、井底流压等参数模拟计算的准确度。

    • 有杆泵井筒举升参数模拟计算在举升优化设计、工况诊断分析、油井工作制度优化等方面已广泛应用[9]。有杆抽油泵举升过程中,上冲程游动阀关闭,井筒内形成两套压力系统;在活塞以下构成一个自油层至泵筒的多相管流压力系统,在活塞以上构成一个光杆牵引下的自泵筒至井口的多相管流压力系统。举升过程中,油井供液充足时,泵内流体对活塞产生向上的压力,将两套压力系统连接起来;油井供液不足时,流体充不满泵筒,活塞与泵内流体不接触,在不考虑泵内气体影响的情况下,泵内流体对活塞不产生作用力,两套压力系统相互独立。供液充足和供液不足工况下,泵吸入口压力的计算方法不同,动液面、井底流压等参数需要应用不同方法进行模拟计算。有杆抽油泵井筒举升过程参数模拟计算的技术思路为:以油田数据库中油井动静态数据和实时采集的生产数据为基础,建立有杆泵井筒举升静态模型,以及供液充足和供液不足情况下的井筒举升动态模型;利用地面示功图、井口压力及温度等自动采集数据,分别对井筒举升过程相关参数进行模拟计算,为井筒举升分析提供理论依据。

    • 井筒举升静态模型用于描述油井射开层位、生产层位、井筒杆管泵封等组合关系和流体物理性质,静态模型以数据的形式描述油层、流体、油管、抽油泵之间的矢量关系,能够自动计算生产层位和井筒流体纵向的管流面积、流量等数据,为井筒压力、杆柱受力等纵向分布动态计算提供基础数据。

    • 根据井筒举升静态模型要求,对建立静态模型所需参数进行了分析,参数包括:层位、射孔井段顶深、射孔井段底深、射开油(气)层顶深、射开油(气)层底深、解释厚度、有效厚度、层数、折算中部深度、原始地层压力、原始地层温度、油藏顶深、油层底深、饱和压力、气油比、平均渗透率、地层水密度、地层水相对密度、天然气相对密度、生产层位、原油密度、天然气密度、含水、运动黏度、动力黏度、静压、油层温度等油层及流体数据27项;人工井底、井斜角、套管外径、套管壁厚、水泥返高、泵径、泵深、泵型号、尾管深度、油管内径、套管内径、一级杆长、一级杆径、二级杆长、二级杆径、三级杆长、三级杆径、抽油杆级数、油层套管外径、原油地面黏度、油管组合、抽油杆组合、抽油杆级别、光杆、杆柱钢级、电机型号、电机功率、抽油机型号、固井质量、测点深度、方位角、狗腿度、套管名称、套管钢级、根数、下深、抽油泵类型、泵筒型式、泵筒长度、柱塞长度、泵名称、泵级别、管柱类别、管柱序列、下入序号、工具名称、工具代码、规格型号、长度、下入深度等井筒管柱数据50项。

      对静态模型建立所需要的77项参数的组合关系进行分析,借鉴油藏数模模型文件,形成了数据的关联存储格式,建立了井筒举升静态模型文件(*.smf文件)。

    • 根据井筒举升静态模型数据文件,研发了数据接口,从已有的数据库(油田数据资源中心)自动加载井筒静态模型所需数据,自动生成静态模型文件(井号+日期.smf),实现井筒举升静态模型的自动构建,并以管柱图和数据相结合的形式进行可视化展示(图1)。

      图  1  XHH148-x23井筒静态模型可视化展示示意图

      Figure 1.  Schematic visual display of static model of Well XHH148-x23

      油井每次作业施工完井并完成相关数据录入更新后,数据接口自动更新该井静态模型文件,实现静态模型的自动更新。

    • 以直井为对象,以采油工程理论为指导[1],以流体力学、泵机械原理、杆柱工程力学等为基础,采用线性代数、有限元计算等工程数学方法,在井筒举升静态模型的基础上,自井口至井底,计算纵向空间的井筒压力、抽油杆柱受力等数值分布,建立井筒举升动态模型。

    • 根据井筒举升动态模型要求,对建立动态模型所需数据进行了分析。建立模型所需原始动态数据13项,根据井筒举升参数模拟需要,分析了所需的16项生成数据,设计了19项井筒参数模拟计算数据(图2),建立了举升动态模型文件(*.mmf)。按照2.2的方法,研发了数据接口,自动生成动态模型文件(井号+日期.mmf)。按照地面示功图自动采集频率,每30 min自动计算并生成新的动态模型文件。

      图  2  井筒举升动态模型数据

      Figure 2.  Data of dynamic model of well lift

    • (1)抽油杆受力计算。利用抽油杆受力波动方程,建立带阻尼的波动方程,不同深度抽油杆受力为

      $$ \left\{\begin{array}{l}\dfrac{{\partial }^{2}u(x,t)}{\partial {t}^{2}}={a}^{2}\dfrac{{\partial }^{2}(x,t)}{\partial {x}^{2}}-c\dfrac{\partial u(x,t)}{\partial t}\\ u(x,t)| _{x=0}=S\left(t\right)\\ E{A}_{\rm{r}}\dfrac{\partial u(x,t)}{\partial x}| _{x=0}=F\left(t\right)\end{array} \right.$$ (1)

      求解井下任一节点的运动规律计算公式为

      $$\begin{split} & u(x,t)=\frac{{\sigma }_{0}}{2E{A}_{\rm{r}}}x+\frac{{\gamma }_{0}}{2}+\\ &\sum\limits_{{{n}} = 1}^{{N}} {} \left[{O}_{{{n}}}\left(x\right){\rm{cos}}(n\omega t)+{P}_{{{n}}}\left(x\right){\rm{sin}}(n\omega t)\right] \end{split}$$ (2)
      $$ F(x,t)=E{A}_{\rm{r}}\left[\frac{{\sigma }_{0}}{2E{A}_{\rm{r}}}+\sum\limits_{{{n}} = 1}^{{N}} {} \left(\frac{\partial {O}_{{{n}}}\left(x\right)}{\partial x{\rm{cos}}\left(n\omega t\right)}+\frac{\partial {P}_{{{n}}}\left(x\right)}{\partial x{\rm{sin}}\left(n\omega t\right)}\right)\right] $$ (3)

      式中,$ x $为任一断面的深度,m;t为时间,s;a为应力波在抽油杆中传播速度,一般取4960 m/s; c为黏滞阻尼系数,无因次;u(t)为光杆示功图测得的悬点位移函数,m;u(xt)为抽油杆不同时间tx断面的位移,m;F(x,t)为抽油杆不同时间tx断面的载荷,N;E为抽油杆的弹性模量,N/m2Ar为抽油杆截面积,m2ω为曲柄角速度,rad/s; n为傅里叶级数所取项数,一般取10项;$ {\sigma }_{0} $$ {\gamma }_{0} $为傅里叶系数;$ {O}_{{{n}}} $$ {P}_{{{n}}} $为位移函数和载荷函数中的系数。

      依据油井的工况条件,对阻尼系数进行优化修正,以水力功率为迭代对象,计算公式为

      $$ {{c}}=225 \frac{\left({P_{{{\rm{g}}}}}-{P_{{{\rm{W}}}}}\right)}{\displaystyle\sum\limits_{i = 1}^m {{l_{{\rm{r}}i}}} {q}_{{{{\rm{r}}}}{{i}}}} \frac{60}{{\left({{n}} {S}_{\!\!\!{\rm{pe}}}\right)}^{2}} $$ (4)
      $$ {A}_{{{\rm{m}}}}=\sum _{{{p}}=1}^{{{m}}-1}{F}_{{{p}}}\left({U}_{{{p}}+1}-{U}_{{{p}}}\right)+\sum _{{{p}}={{m}}}^{{k}}{F}_{{{p}}}\left({U}_{{{p}}+1}-{U}_{{{p}}}\right) $$ (5)
      $$ {P}_{{\rm{g}}}=\frac{{A}_{\rm{m}} n}{60} $$ (6)
      $$ {P}_{{\rm{W}}}=\frac{Q h g}{86400} $$ (7)

      式中,${P}_{\rm{g}}$为光杆功率,${\rm{k}}{\rm{W}}$${P}_{{\rm{W}}}$为水力功率,${\rm{k}}{\rm{W}}$${l}_{{{{\rm{r}}}}{{i}}}$为第i级杆长,m;${q}_{{{{\rm{r}}}}{{i}}}$为第i级杆每米质量,${\rm{k}}{\rm{g}}/{\rm{m}};{S}_{\!\!\!{\rm{pe}}}$为最大曲率法获取的有效冲程,m;$ m $为位移最大点,个;n为冲次,次/min;$ {A}_{\rm{m}} $为功图面积,$ {\rm{k}}{\rm{N}}\cdot {\rm{m}} $$ p $为功图点数索引,无因次;${F}_{{{p}}}$为功图第p个点载荷,$ {\rm{k}}{\rm{N}} $${U}_{{{p}}}$为功图第p个点位移,m;$ k $为总点数,无因次;$ Q $为产液量,t/d; $ h $为举升高度,m;$ g $为重力加速度,${\rm{m}}/{{\rm{s}}}^{2}$

      利用式(1)、(2)、(3),建立上冲程抽油杆受力动态模型,以井口悬点示功图为约束,自井口向下计算至不同深度的杆级功图和泵功图。利用泵功图,求得泵上冲程平均载荷$ {F}_{\rm{u}} $

      (2)流体作用在活塞上的重力计算。流体在泵下井筒及油管中的流动为多相垂直管流,在泵上油管中流动为多相垂直环空流,其压力分布应用Beggs-Brill方法进行计算[1]

      Beggs-Brill方法所采用的基本方程为

      $$ -\dfrac{{{\rm{d}}}{{p}}}{{{\rm{d}}}{{{\textit{z}}}}}=\frac{\left[{\rho }_{\rm{L}}{H}_{\rm{L}}+{\rho }_{\rm{g}}(1-{H}_{\rm{L}})\right]g {\rm{sin}} \theta +\dfrac{\lambda Gv }{2DA}}{1-\left[{\rho }_{\rm{L}}{H}_{\rm{L}}+{\rho }_{\rm{g}}(1-{H}_{\rm{L}})\right]v{v}_{{\rm{s}}{\rm{g}}}/p} $$ (8)

      式中,$p$为压力,${\rm{MPa }}$$ g $为重力加速度,取$9.806\;65\;{\rm{m}}/{{\rm{s}}}^{2}$$ G $为混合物的质量流量,${\rm{kg}}/{\rm{s}}$A为管的流通截面积,${{\rm{m}}}^{2}$$ D $为管内径,${\rm{m}}$$ \lambda $为流动阻力系数,无因次;$ v $为混合物平均流速,${\rm{m}}/{\rm{s}}$z为流动方向,矢量;$ \theta $为管线与水平向的夹角,弧度;$ {\rho }_{\rm{L}} $为液相密度,${\rm{kg}}/{{\rm{m}}}^{3}$$ {\rho }_{\rm{g}} $为气相密度,${\rm{kg}}/{{\rm{m}}}^{3}$$ {H}_{\rm{L}} $为持液率,在流动的气液混合物中液相的体积分数;$ {\nu }_{{\rm{s}}{\rm{g}}} $为气相表观(折算)流速,${\rm{m}}/{\rm{s}}$

      利用式(8),建立上冲程井筒压力分布动态模型,以井口实测压力为约束,自井口向下计算至活塞游动阀,求得泵排出口压力$ {p}_{\rm{o}} $,进而求得井筒作用在活塞上的液柱$ {W}_{\rm{l}} $

      (3)泵内流体对活塞的向上作用力$ {F}_{{\rm{p}}{\rm{n}}} $计算。泵上冲程过程中,可近似认为

      $$ {F}_{\rm{u}}={W}_{\rm{l}}-{F}_{{\rm{p}}{\rm{n}}} $$ (9)

      $$ {F}_{{\rm{p}}{\rm{n}}}={W}_{\rm{l}}-{F}_{\rm{u}} $$ (10)

      式中,$ {F}_{\rm{u}} $为泵上冲程平均载荷,N;$ {W}_{\rm{l}} $为井筒液柱作用于活塞的力,N;$ {F}_{{\rm{p}}{\rm{n}}} $为泵内流体对活塞的向上作用力,N。

      (4)井筒流体通过固定阀的压降$\Delta {p}_{{\rm{i}}}$计算

      $$\Delta {p}_{{\rm{i}}}=\frac{{\rho }_{\rm{l}}{f}_{{\rm{p}}}^{2}{s}^{2}{n}^{2}}{729 {m}^{2}{f}_{{\rm{o}}}^{2}}$$ (11)

      式中,$ \Delta {p}_{{\rm{i}}} $为流体通过固定阀产生的压力降,${{\rm{P}}}{\rm{a}}$$ {\rho }_{\rm{l}} $为混合液密度,kg/m3$ {f}_{{\rm{p}}} $为活塞横截面积,m2$ s $为冲程,m;$ m $为流速系数,无量纲;$ {f}_{\rm{o}} $为固定阀口截面积,m2

      利用式(10)和(11),求得泵吸入口压力$ {p }_{{\rm{i}} } $

      $$ {p}_{{\rm{i}}}=\frac{{F}_{{\rm{p}}{\rm{n}}}}{{f}_{{\rm{p}}}}+\Delta {p}_{{\rm{i}}} $$ (12)

      式中,$ {p}_{{\rm{i}}} $为泵吸口压力,${\rm{Pa}}$

    • 根据井筒举升动态模型,对全井合采油井(不带油层封隔器)和单采或多层合采油井(带油层封隔器)分别进行井底流压和动液面计算。

      (1)全井合采油井井底流压及动液面计算。利用式(12)计算泵吸入口压力,以泵吸入口为起点,应用式(8)计算到油层中深,求得流压$ {p}_{{\rm{w}}{\rm{f}}} $

      以泵吸入口为起点,应用式(8)计算到油管管鞋处,再进行油套环空计算,求得动液面深度$ {L}_{{\rm{f}}} $

      (2)单采或多层合采井井底流压及动液面计算。根据井筒举升动态模型,以泵吸入口为起点,应用式(8)计算得到最顶部油层(或单采油层)的流压${p}_{{\rm{w}}{\rm{f}}1}$,再由${p}_{{\rm{w}}{\rm{f}}1}$计算得到合采的另一个层位的流压${p}_{{\rm{w}}{\rm{f}}2}$,计算流程见图3

      图  3  多层合采油井流压计算流程

      Figure 3.  Calculation process of flow pressure of commingled oil producing well

      以泵吸入口为起点,应用式(8)计算泵下筛管处,再进行油套环空计算,求得动液面深度$ {L}_{{\rm{f}}} $。一般情况下,泵吸入口深度和泵下筛管深度接近,可从泵吸入口位置向上进行油套环空计算,求得动液面深度$ {L}_{{\rm{f}}} $

    • 油井供液不足工况条件下,举升过程中泵内流体充不满泵筒,不能利用式(12)进行泵吸入口压力的计算。在不考虑泵内气体对活塞作用力的情况下,利用泵吸入口压力与上冲程时间内进泵液体体积之间的关系,采取迭代计算方法,求得泵吸入口压力,计算流程如图4所示。

      图  4  供液不足条件下泵吸入口压力计算流程

      Figure 4.  Calculation process of pump intake pressure under the condition with insufficient liquid supply

      溶解油气比计算公式

      $$ {R}_{{\rm{s}}}=\frac{{\rho }_{{\rm{g}}{\rm{g}}}{\left( 14.22{p}_{{\rm{i}}}\right)}^{1.0937}}{27.64}{\times}10^{ 11.172 ({141.5}/{{\rho }_{_{\rm{go}}}}-131.5)/(1.8 {T_{\rm{p}}}+\alpha +459.6)} $$ (13)

      式中,$ {p}_{{\rm{i}}} $为泵吸入口压力;$ {\rho }_{{\rm{g}}{\rm{g}}} $为天然气相对密度;$ \;{\rho }_{{\rm{g}}{\rm{o}}} $为原油相对密度;$T_{\rm{p}}$为泵口温度,℃;$\alpha $为修正系数,取32.0。

      原油体积系数为

      $$ {B}_{\rm{o}}=(1000 {\rho }_{{\rm{g}}{\rm{o}}}+1.202 {R}_{{\rm{s}}}{\rho }_{{\rm{g}}{\rm{g}}})/\left({1000 \rho }_{{\rm{g}}{\rm{o}}}\right) $$ (14)

      液体体积系数为

      $$ {B}_{\rm{l}}={{B}}_{\rm{o}}(1-{S}_{{\rm{w}}})+{B}_{\rm{w}}{S}_{{\rm{w}}} $$ (15)

      气体体积系数为

      $$ {B}_{\rm{g}}=3.458\times {10}^{-4} (T_{\rm{p}}+273)/{p}_{{\rm{i}}{\rm{n}}} $$ (16)

      泵的充满程度为

      $$ {\beta }_{{\rm{J}}{\rm{S}}}={B}_{\rm{l}}\Bigr/\Bigr[{{ B}}_{\rm{l}}+\left(1-{S}_{{\rm{w}}}\right)\left({R}_{\rm{P}}-{R}_{{\rm{s}}}\right){B}_{\rm{g}}\Bigr] $$ (17)

      实测充满程度为

      $$ \beta ={S}_{{\rm{c}}{\rm{d}}}/{S}_{{\rm{a}}{\rm{b}}} $$ (18)

      式中,$ {S}_{{\rm{w}}} $为含水,%;${B}_{{\rm{w}}} $为水的体积系数,一般取1;$ {p}_{{\rm{i}}{\rm{n}}} $为迭代过程中的泵吸入口压力,MPa;Rp为生产油气比;$ {S}_{{\rm{c}}{\rm{d}}} $为活塞有效行程,m;$ {S}_{{\rm{a}}{\rm{b}}} $为活塞理论行程,m;

      a、b分别是固定阀的开启、闭合点,c、d分别是游动阀的开启、闭合点。

    • 按照3.2.2的方法,计算不同管柱组合情况下的井底流压及动液面。

    • 目前油井地面示功图按照30 min的采集频率,通过传感器自动采集传输至数据库,利用有效行程法,每30 min可自动计算一个油井产液量数据,为井筒举升过程参数模拟计算提供了基础数据。以井筒静态模型为基础,以地面自动采集的示功图、井口压力及井口温度等数据为约束,以30 min为计算周期,利用有杆泵井筒举升动态模型,进行油井动液面、杆柱受力、井底流压等举升过程参数的连续模拟计算,计算流程如图5所示。通过举升参数的连续模拟,可直观展示井筒举升参数的动态变化,为井筒举升分析提供数据支撑,为油井工作制度的优化调整提供了理论依据。

      图  5  有杆泵井筒举升过程动态数值模拟计算流程

      Figure 5.  Dynamic numerical simulation calculation process of well lift by sucker-rod pump

      在此基础上,可进一步研究油藏流入动态与井筒流出动态之间的耦合方法,建立油藏井筒一体化数值模拟方法,实现油藏-井筒一体化诊断分析与优化设计,提升油藏开发智能化应用水平。

    • 利用Pyshon编制了不同供液状况的有杆抽油泵举升过程数值模拟软件,建立了数据接口,自动从数据库中加载油井动、静态数据和实时生产数据,自动建立井筒举升静态和动态模型,并进行举升过程参数的动态数值模拟;通过人机交互界面,辅助技术人员开展举升分析和工作制度优化。2020年8月份,在胜利油田现河庄采油管理区进行了试点应用,开展了55口抽油机井的举升过程参数的模拟计算,其中供液不足油井40口。对2020年8月—2021年1月动液面模拟计算结果进行了对比分析,与实测数据相比,平均相对误差7.9%,基本满足现场应用需要。应用以来,根据模拟分析结果,实施油井冲次调整19井次,热洗、加药等清防蜡措施32井次,节约电量3.05万kW · h,系统效率提高2.6%,为井筒举升分析和工作制度优化调整提供了更有效的支撑手段。下面以XHH148-X23井为例,介绍该举升模拟方法的现场应用情况。

      该井当前为游梁式抽油机井,生产层位深度3075.9~3091.0 m,全井合采,泵型为Ø50 mm长泵,泵深1600 m,冲程4.4 m,冲次2.29次,2020年8月5日19:30分该井传感器自动采集示功图,最大载荷76.61 kN,最小载荷37.03 kN,计算动液面深度为1471 m,该井工况为供液不足。

      2020年8月至2021年1月,XHH148-X23井6个月的动液面实测值h实测与计算值h计算之间的对比曲线如图6所示。每月人工使用仪器实测动液面一次,每月26日录入数据库;计算动液面数据为人工仪器测试的当日,利用全天传感器自动采集的有效示功图,计算得到动液面数据的平均值。

      图  6  XHH148-X23井动液面实测值与计算值

      Figure 6.  Measured and calculated dynamic liquid level in Well XHH148-X23

      每月选取XHH148-X23井示功图人工测试日期,利用全天传感器自动采集的有效功图,计算得到井底流压的平均值,为当月井底流压数据。2020年8月—2021年1月,XHH148-X23井月度计算井底流压${p}_{{\rm{w}}{\rm{f}}}$曲线如图7所示。

      图  7  XHH148-X23井2020年8月—2021年1月计算井底流压曲线

      Figure 7.  Calculated bottom hole flow pressure of Well XHH148-X23

      可根据需要,利用每30、60、120 min等不同时间间隔,传感器自动采集的有效示功图数据,计算相对应的井底流压数据,为井筒工况、油井供液能力及井组注采动态分析提供数据支持。2021年1月1日6时—5日24时,XHH148-X23井每6 h的计算井底流压曲线见图8

      图  8  2021年1月1日6时—5日24时计算井底流压曲线

      Figure 8.  Calculated bottom hole flow pressure of Well XHH148-X23

    • (1)建立了有杆泵井筒举升静态模型,以数据的形式描述油层、流体、抽油杆、抽油泵、管柱及井下工具等之间的矢量关系;基于数据库,实现了井筒举升静态模型的自动构建,为井筒压力、杆柱受力等计算提供基础数据。

      (2)在井筒举升静态模型建立的基础上,按照供液充足和供液不足两种工况,分别建立了有杆泵井筒举升动态模型,以井口实测数据为约束,自井口至井底,分别对井筒举升过程相关参数进行计算,模拟了井筒纵向空间的压力、抽油杆柱受力等数值分布。

      (3)现场应用表明,区分不同供液状况的有杆抽油泵举升过程参数模拟计算方法,井筒纵向压力计算结果可满足精度要求,井筒压力、杆柱受力等举升过程参数的连续模拟计算,为井筒举升分析和注采管理提供了有效支撑手段。

      (4)有杆抽油泵井筒举升动态模型建立及参数模拟计算方法,为油藏-井筒一体化模拟、诊断及优化设计技术的研究和应用奠定了基础。

参考文献 (9)

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