毛細管測壓電泵井在線流量實時計量系統與方法
【專利摘要】本發明屬于石油開采領域，涉及一種毛細管測壓電泵井在線流量實時計量的系統和方法。流量實時計量系統包括潛油泵、潛油電機、穩壓筒、控制柜、地面數據采集與分析系統、井口套壓測量裝置、井口油壓測量裝置、井口溫度測量裝置、毛細管測壓系統地面裝置；控制柜通過電纜向潛油電機供電；穩壓筒連接在潛油電機下端一定距離處，并通過毛細管與毛細管測壓系統地面裝置相連；地面數據采集與分析系統采集、保存井口油壓、套壓、溫度和穩壓筒處液柱壓力以及地面電流和電壓，實時計算、顯示電泵井流量。本發明僅需要安裝井下毛細管單點測壓裝置和井口壓力溫度測量裝置，結合功率平衡法和井筒多相流計算方法，實現電泵井在線流量實時計量。
【專利說明】
毛細管測壓電泵井在線流量實時計量系統與方法
技術領域
[0001] 本發明屬于石油開采領域，具體地，涉及一種毛細管測壓電栗井在線流量實時計 量系統與方法。
【背景技術】
[0002] 隨著油田對電栗井計量水平要求的提高，兩相或三相流量計被用于生產計量，但 其高昂的成本制約了流量計的大面積推廣應用。近年來，"智能油田"建設推動了自動化計 量的需求和發展。其方法是采用自動化裝置實時采集油井生產相關數據，然后借助于數學 模型進行實時、在線液量計量。這種方法成本低，準確度較高，而且能實現遠程計量，特別適 合于偏遠井、海上井的生產計量。
[0003] 2011年，SCHLUMBERGER公司公布了一種基于功率平衡法的電栗井流量計算方法 (US20110088484A1)，該方法需要安裝一套電栗伴侶采集井下栗入口壓力、栗入口溫度、栗 出口壓力等數據，成本較高;此外，該方法計算過程中將電機功率因數和電機效率按常數處 理，與實際生產存在一定差距。針對僅安裝有井下毛細管測壓系統的電栗井，結合功率平衡 法和井筒多相流計算方法，提出了一種毛細管測壓電栗井在線流量實時計量方法。
【發明內容】
[0004] 為克服現有技術存在的上述缺陷，本發明提供一種基于井下毛細管單點測壓系 統、將電機效率和電機功率因數當作變量、結合功率平衡方法和井筒多相流計算方法來實 現電栗井在線流量實時計量系統及方法。
[0005] 為實現上述目的，本發明采用下述方案：
[0006] 毛細管測壓電栗井在線流量實時計量系統，包括:潛油栗、氣體分離器、保護器、潛 油電機、穩壓筒連接件、穩壓筒、控制柜、地面數據采集與分析系統、毛細管、井口套壓測量 裝置、井口油壓測量裝置、井口溫度測量裝置、毛細管測壓系統地面裝置;其中：潛油栗連接 在油管底端，潛油栗位于套管內并下入液面以下一定深度處;潛油栗下部連接氣體分離器， 氣體分離器下部連接保護器，保護器下部連接潛油電機，潛油栗、氣體分離器、保護器和潛 油電機組成電栗井下機組系統;所述的穩壓筒通過穩壓筒連接件連接在潛油電機下端一定 距離處，以測量該深度處的井內液柱壓力;所述的潛油電機與控制柜通過電纜相連，由控制 柜為潛油電機供電；穩壓筒通過毛細管與毛細管測壓系統地面裝置相連;毛細管測壓系統 地面裝置過井下毛細管壓力數據線與地面數據采集與分析系統相連;所述的毛細管測壓系 統地面裝置通過毛細管采集穩壓筒處井內液柱壓力值，并將該井內液柱壓力值通過井下毛 細管壓力數據線傳遞給地面數據采集與分析系統，實現穩壓筒處井內液柱壓力的實時采 集;井口套壓測量裝置位于井口采油樹裝置的套管閘門處，與油管和套管之間的環形空間 連通;井口套壓測量裝置通過井口套壓數據線與地面數據采集與分析系統相連，所述的井 口套壓測量裝置測量電栗井井口套壓值，通過井口套壓數據線將電栗井井口套壓值傳遞給 地面數據采集與分析系統，實現井口套壓的實時采集;井口油壓測量裝置位于井口采油樹 裝置的油嘴前與油管連接的位置處;井口油壓測量裝置通過井口油壓數據線與地面數據采 集與分析系統相連，所述的井口油壓測量裝置測量電栗井的井口油壓值，通過井口油壓數 據線將井口油壓值傳遞給地面數據采集與分析系統，實現井口油壓的實時采集;井口溫度 測量裝置位于井口采油樹裝置的油嘴后與外輸管線連接的位置處;井口溫度測量裝置通過 井口溫度數據線與地面數據采集與分析系統相連，所述的井口溫度測量裝置測量電栗井的 井口溫度值，通過井口溫度數據線將井口溫度值傳遞給地面數據采集與分析系統，實現井 口溫度的實時采集;控制柜通過控制柜電流-電壓-頻率采集系統與地面數據采集與分析系 統相連，所述的控制柜電流-電壓-頻率采集系統采集控制柜處輸出的電流、電壓以及電源 頻率，并將電流、電壓和電源頻率傳遞給地面數據采集與分析系統，實現控制柜輸出電流、 電壓以及電源頻率的實時采集。
[0007] 相對于現有技術，本發明的有益效果在于：
[0008] 1、將電機效率、電機功率因數視為變量，減小了流量計量的誤差。
[0009] 2、該方法無需安裝"電栗伴侶"，僅需要安裝井下毛細管單點測壓裝置。
[0010] 3、將功率平衡法與井筒多相流計算方法相結合，采用迭代方法實現電栗井在線流 量實時計量。
【附圖說明】
[0011]圖1為毛細管測壓電栗井在線流量實時計量系統示意圖；
[0012] 圖2為毛細管測壓電栗井在線流量實時計量方法示意圖；
[0013] 圖中：101、潛油栗；102、氣體分離器；103、保護器；104、潛油電機；105、穩壓筒連接 件；106、穩壓筒;201、套管；202、油管；301、電纜;401、控制柜;402、地面數據采集與分析系 統;501、井口套壓數據線;502、井口油壓數據線;503、井口溫度數據線;504、控制柜電流-電 壓-頻率數據線;505、井下毛細管壓力數據線;601、毛細管;701、井口采油樹裝置；1、井口套 壓測量裝置;2、井口油壓測量裝置;3、井口溫度測量裝置;4、毛細管測壓系統地面裝置。
【具體實施方式】
[0014] 如圖1所示，毛細管測壓電栗井在線流量實時計量系統，包括:潛油栗101、氣體分 離器102、保護器103、潛油電機104、穩壓筒連接件105、穩壓筒106、控制柜401、地面數據采 集與分析系統402、毛細管601、井口套壓測量裝置1、井口油壓測量裝置2、井口溫度測量裝 置3、毛細管測壓系統地面裝置4;其中：潛油栗101連接在油管202底端，潛油栗101位于套管 201內并下入液面以下一定深度處;潛油栗101下部連接氣體分離器102,氣體分離器102下 部連接保護器103,保護器103下部連接潛油電機104,潛油栗101、氣體分離器102、保護器 103和潛油電機104組成電栗井下機組系統;所述的穩壓筒106通過穩壓筒連接件105連接在 潛油電機104下端一定距離處，以測量該深度處的井內液柱壓力;潛油電機104為潛油栗101 提供動力，保護器103保護潛油電機104,氣體分離器102將油井生產流體中的自由氣分離出 來以減少氣體對潛油栗101的影響;所述的潛油電機104與控制柜401通過電纜301相連，由 控制柜401為潛油電機104供電。
[0015] 穩壓筒106通過毛細管601與毛細管測壓系統地面裝置4相連;毛細管測壓系統地 面裝置4通過井下毛細管壓力數據線505與地面數據采集與分析系統402相連;所述的毛細 管測壓系統地面裝置4通過毛細管601采集穩壓筒106處井內液柱壓力值，并將該井內液柱 壓力值通過井下毛細管壓力數據線505傳遞給地面數據采集與分析系統402,實現穩壓筒 106處井內液柱壓力的實時采集。
[0016]井口套壓測量裝置1位于井口采油樹裝置701的套管閘門處，與油管202和套管201 之間的環形空間連通;井口套壓測量裝置1通過井口套壓數據線501與地面數據采集與分析 系統402相連，所述的井口套壓測量裝置1測量電栗井井口套壓值，通過井口套壓數據線501 將電栗井井口套壓值傳遞給地面數據采集與分析系統402，實現井口套壓的實時采集。 [0017]井口油壓測量裝置2位于井口采油樹裝置701的油嘴前與油管連接的位置處;井口 油壓測量裝置2通過井口油壓數據線502與地面數據采集與分析系統402相連，所述的井口 油壓測量裝置2測量電栗井的井口油壓值，通過井口油壓數據線502將井口油壓值傳遞給地 面數據采集與分析系統402，實現井口油壓的實時采集。
[0018]井口溫度測量裝置3位于井口采油樹裝置701的油嘴后與外輸管線連接的位置處； 井口溫度測量裝置3通過井口溫度數據線503與地面數據采集與分析系統402相連，所述的 井口溫度測量裝置3測量電栗井的井口溫度值，通過井口溫度數據線503將井口溫度值傳遞 給地面數據采集與分析系統402,實現井口溫度的實時采集。
[0019] 控制柜401通過控制柜電流-電壓-頻率采集系統504與地面數據采集與分析系統 402相連，所述的控制柜電流-電壓-頻率采集系統504采集控制柜401處輸出的電流、電壓以 及電源頻率，并將電流、電壓和電源頻率傳遞給地面數據采集與分析系統402，實現控制柜 401輸出電流、電壓以及電源頻率的實時采集。
[0020] 所述的控制柜401輸出電流、電壓以及電源頻率即是潛油電機104的地面輸入電 流、地面輸入電壓以及電源頻率。
[0021] 所述的地面數據采集與分析系統402實時采集井口套壓測量裝置1處井口套壓、井 口油壓測量裝置2處井口油壓、井口溫度測量裝置3處井口溫度、穩壓筒106處井內液注壓力 以及潛油電機104的地面輸入電流、電壓和電源頻率，并保存在地面數據采集與分析系統 402內置的存儲介質中。
[0022] 所述的地面數據采集與分析系統402中預先存儲有油井生產基礎數據、油井流體 物性數據、潛油栗特性數據、潛油電機特性數據和電纜特性數據。
[0023] 所述的地面數據采集與分析系統402利用實時采集的井口套壓測量裝置1處井口 套壓、井口油壓測量裝置2處井口油壓、井口溫度測量裝置3處井口溫度、穩壓筒106處井內 液注壓力、潛油電機104的地面輸入電流、潛油電機104的地面輸入電壓和電源頻率以及預 先存儲的油井生產基礎數據、油井流體物性數據、潛油栗特性數據、潛油電機特性數據和電 纜特性數據，計算該電栗井的實時流量，并在地面數據采集與分析系統402的顯示屏上以數 據表和曲線形式實時顯示流量計算結果。
[0024] 所述的油井生產基礎數據包括油層壓力、油層溫度、油層深度、套管外徑、套管內 徑、油管外徑、油管內徑、電栗型號、電機型號、電纜型號、下栗深度、穩壓筒下入深度。
[0025] 所述的油井流體物性參數包括原油飽和壓力、原油相對密度、天然氣相對密度、水 相對密度。
[0026] 所述的潛油栗特性數據包括描述流量與栗效、流量與揚程、流量與電機功率之間 關系的數據，最高栗效點及其對應流量數據。
[0027] 所述的潛油電機特性數據包括電機型號、額定負載時的負載損耗、空載磁化損耗、 電機額定功率、電機額定功率因數、電機額定電流。
[0028] 所述的電纜特性數據包括電纜型號、電纜長度、導體電抗與導體有效阻抗。
[0029] 所述的實時采集可以為每隔10分鐘、30分鐘、60分鐘采集一次，也可以每3個小時、 6小時、12小時采集一次。
[0030]如圖2所示，毛細管測壓電栗井在線流量實時計量方法，具體步驟如下：
[0031 ]步驟1:收集電栗井靜態資料及設備資料
[0032] (1)電栗井靜態資料包括油井生產基礎數據和油井流體物性數據。
[0033] 所述的油井生產基礎數據包括油層壓力、油層溫度、油層深度、套管外徑、套管內 徑、油管外徑、油管內徑、電栗型號、電機型號、電纜型號、下栗深度、穩壓筒下入深度。
[0034] 所述的油井流體物性參數包括原油飽和壓力、原油相對密度、天然氣相對密度、水 相對密度。
[0035] (2)設備資料包括潛油栗特性數據、潛油電機特性數據和電纜特性數據。
[0036] 所述的潛油栗特性數據包括描述流量與栗效、流量與揚程、流量與電機功率之間 關系的數據，最高栗效點及其對應流量數據。
[0037] 所述的潛油電機特性數據包括電機型號、額定負載時的負載損耗、空載磁化損耗、 電機額定功率、電機額定功率因數、電機額定電流。
[0038] 所述的電纜特性數據包括電纜型號、電纜長度、導體電抗與導體有效阻抗。
[0039] 步驟2:獲取電栗井實時生產測量數據
[0040] 所述的電栗井實時生產測量數據包括潛油電機的地面輸入電流、潛油電機的地面 輸入電壓、電源頻率、井口溫度、井口套壓、井口油壓、穩壓筒處井內液柱壓力。
[0041] 所述的電栗井實時生產測量數據還包括利用地面流量計定期測試的井口流量、含 水和生產氣油比。該定期測試的井口流量與利用測試當天的油井生產測量數據通過數學模 型計算出的流量進行對比，用于確定流量校正系數;該流量校正系數用于對當前測試時間 到下一個測試時間之間的、利用油井生產測量數據通過數學模型計算出的流量進行校正。 該定期測試的含水和生產氣油比假設從當前測試時間到下一個測試時間期間保持不變。
[0042] 所述的定期測試時間可以是半個月、一個月或一個季度，也可以是任意間隔天數。
[0043] 步驟3:計算無因次曲線
[0044] 根據潛油栗特性曲線，從栗效曲線上取得最高栗效點對應的流量QBEP;取一系列栗 效~流量數據點(％~Qp)，由方程^十算無因次流量Qn，然后計算^；，得到 一系列的^~心對應關系數據。
[0045] 步驟4:計算潛油栗入口壓力和潛油栗出口壓力
[0046] 假設一個流量，根據已知的穩壓筒下入深度、下栗深度、油管內徑、油管外徑、套管 內徑、套管外徑、油層深度、油層溫度、油井流體物性參數以及測得的穩壓筒處井內液柱壓 力，采用井筒多相流模型和井筒溫度場模型計算得到潛油栗入口壓力和潛油栗入口溫度； 根據已知的下栗深度、油管內徑、油管外徑、套管內徑、套管外徑、油層深度、油層溫度、油井 流體物性參數以及測得的井口套壓、井口油壓和井口溫度，采用井筒多相流模型和井筒溫 度場模型計算得到潛油栗出口壓力和潛油栗出口溫度。
[0047] 所述的井筒多相流模型可以是Beggs-Brill計算模型、Orkiszewski計算模型、 Hagedron-Brown計算模型，或者其它多相流經驗模型或機理模型。
[0048] 步驟5:計算潛油電機功率因數變和無功功率因數貨
[0049] 功率因數采用式(1)計算，
[0050]
.⑴.
[0051] 其中，為潛油電機額定功率因數;β為潛油電機負載率，可采用式(2)計算。
[0052]
⑵
[0053]其中，Ie是潛油電機額定電流，Α; Ιο代表著空載電流，A;Im為潛油電機的工作電流， A〇
[0054] 如不能提供空載電流值，可由式(3)計算：
[0055]
(33
[0056] 其中，ξ是系數，忍< 翁.JS時，ξ = 2 · 1; > G 時，ξ = 2 · 15。
[0057] 在控制柜處測得的電流Id即為潛油電機電流Im。
[0058] 求出潛油電機功率因數微總擎后，計算-值以及無功功率因數
[0059] 步驟6:計算潛油電機電壓和效率％
[0060]電纜中的電壓損失a采用式(4)計算：
[0061]
(4)
[0062] 其中，L為電纜長度，km;r為導體有效阻抗，Ω/km;.變為功率因數;X為導體電 抗，Ω /km; SM變為無功功率因數;Tm為潛油栗入口溫度，°C ; Ti為井口溫度，°C。
[0063] 潛油電機電壓Vm等于地面測量電壓Vd減去電纜中的電壓損耗，采用式(5)計算，
[0064] Vm=Vd-aXId (5)
[0065] 不同負載情況下潛油電機效率％采用式(6)計算，
[0066]
(6)[0067] A、B為兩個系數，采用式(7)和式(8)計算。
[0068] (!)
[0069] (8)
[0070]其中，Po為空載磁化損耗，kW; PN為潛油電機額定功率，kW; PKN為額定負載時的負載 損耗，kW; PKN由三部分組成:定子銅耗PCul，kW;轉子銅耗PCu2，kW;雜散損耗Ps，kW。
[0071 ]步驟7:計算栗效/流量比值；
[0072] 基于功率平衡方法，采用式(9)計算栗效/流量比值;1^7。
[0073]
(9)
[0074]其中，ΔΡ為流體流過潛油栗的壓差，即潛油栗出口壓力與潛油栗入口壓力之差； Im為潛油電機的工作電流;Vm為潛油電機的工作電壓;Ik為潛油電機的效率;Qeep為栗效曲線 上取得最高栗效點對應的流量；為潛油電機功率因數。
[0075] 步驟8:確定無因次流量^
[0076] 根據步驟7計算得到的栗效/流量比值;;^了，利用步驟3確定的·$·廠對應關 系，通過插值確定相應的無因次流量Qn。
[0077] 步驟9:計算未校正的流量QP
[0078] 根據步驟8得到的無因次流量Qn，利用公式浴X (?. + ：!.)計算得到未校 正的流量Qp。
[0079] 步驟10:比較流量計算誤差
[0080] 將步驟9計算得到的未校正的流量與步驟4假設的流量進行相對誤差比較，如果相 對誤差在允許誤差范圍內，則確定出最終的未校正流量Qp，轉入步驟11;否則以步驟9計算 得到的未校正的流量作為新的假設流量，轉入步驟3，重復步驟4至步驟10計算過程，直到滿 足允許誤差為止。
[0081 ]步驟11:計算流量校正系數
[0082] 如果油井生產參數測量當天采用油氣水三相分離器或多相流量計測得了該井當 天的實際流量Qs，則根據測量的實際流量Qs和步驟10確定出的最終的未校正流量Q P，使用式 (11)計算出它們之間的比值，即校準比J;否則轉入步驟12。
[0083] J = Qs/Qp (10)
[0084] 步驟12:校正計算流量
[0085]將最近一次利用油氣水三相分離器或多相流量計測試獲得的校準比J乘以步驟10 確定的最終的未校正流量Qp，得到校正后的流量V p，式（11)所示。
[0086] Q/p = QpXJ (11)
[0087] 步驟13:通過計算機屏幕以曲線和數據表方式實時展示電栗井流量計算結果。
【主權項】
1. 一種毛細管測壓電栗井在線流量實時計量系統，包括:潛油栗、氣體分離器、保護器、 潛油電機、穩壓筒連接件、穩壓筒、控制柜、地面數據采集與分析系統、毛細管、井口套壓測 量裝置、井口油壓測量裝置、井口溫度測量裝置、毛細管測壓系統地面裝置;其特征在于:潛 油栗連接在油管底端，潛油栗位于套管內并下入液面以下一定深度處;潛油栗下部連接氣 體分離器，氣體分離器下部連接保護器，保護器下部連接潛油電機，潛油栗、氣體分離器、保 護器和潛油電機組成電栗井下機組系統;所述的穩壓筒通過穩壓筒連接件連接在潛油電機 下端一定距離處，以測量該深度處的井內液柱壓力;所述的潛油電機與控制柜通過電纜相 連，由控制柜為潛油電機供電;穩壓筒通過毛細管與毛細管測壓系統地面裝置相連;毛細管 測壓系統地面裝置過井下毛細管壓力數據線與地面數據采集與分析系統相連;所述的毛細 管測壓系統地面裝置通過毛細管采集穩壓筒處井內液柱壓力值，并將該井內液柱壓力值通 過井下毛細管壓力數據線傳遞給地面數據采集與分析系統，實現穩壓筒處井內液柱壓力的 實時采集;井口套壓測量裝置位于井口采油樹裝置的套管閘門處，與油管和套管之間的環 形空間連通;井口套壓測量裝置通過井口套壓數據線與地面數據采集與分析系統相連，所 述的井口套壓測量裝置測量電栗井井口套壓值，通過井口套壓數據線將電栗井井口套壓值 傳遞給地面數據采集與分析系統，實現井口套壓的實時采集;井口油壓測量裝置位于井口 采油樹裝置的油嘴前與油管連接的位置處;井口油壓測量裝置通過井口油壓數據線與地面 數據采集與分析系統相連，所述的井口油壓測量裝置測量電栗井的井口油壓值，通過井口 油壓數據線將井口油壓值傳遞給地面數據采集與分析系統，實現井口油壓的實時采集;井 口溫度測量裝置位于井口采油樹裝置的油嘴后與外輸管線連接的位置處;井口溫度測量裝 置通過井口溫度數據線與地面數據采集與分析系統相連，所述的井口溫度測量裝置測量電 栗井的井口溫度值，通過井口溫度數據線將井口溫度值傳遞給地面數據采集與分析系統， 實現井口溫度的實時采集;控制柜通過控制柜電流-電壓-頻率采集系統與地面數據采集與 分析系統相連，所述的控制柜電流-電壓-頻率采集系統采集控制柜處輸出的電流、電壓以 及電源頻率，并將電流、電壓和電源頻率傳遞給地面數據采集與分析系統，實現控制柜輸出 電流、電壓以及電源頻率的實時采集。2. 根據權利要求1所述的毛細管測壓電栗井在線流量實時計量系統，其特征在于:所述 的控制柜輸出電流、電壓以及電源頻率即是潛油電機的地面輸入電流、地面輸入電壓以及 電源頻率。3. 根據權利要求1-2所述的毛細管測壓電栗井在線流量實時計量系統，其特征在于:所 述的地面數據采集與分析系統實時采集井口套壓測量裝置處井口套壓、井口油壓測量裝置 處井口油壓、井口溫度測量裝置處井口溫度、穩壓筒處井內液注壓力以及潛油電機的地面 輸入電流、電壓和電源頻率，并保存在地面數據采集與分析系統內置的存儲介質中。4. 根據權利要求1-3所述的毛細管測壓電栗井在線流量實時計量系統，其特征在于:所 述的地面數據采集與分析系統中預先存儲有油井生產基礎數據、油井流體物性數據、潛油 栗特性數據、潛油電機特性數據和電纜特性數據。5. 根據權利要求1-4所述的毛細管測壓電栗井在線流量實時計量系統，其特征在于:所 述的地面數據采集與分析系統利用實時采集的井口套壓測量裝置處井口套壓、井口油壓測 量裝置處井口油壓、井口溫度測量裝置處井口溫度、穩壓筒處井內液注壓力、潛油電機的地 面輸入電流、潛油電機的地面輸入電壓和電源頻率以及預先存儲的油井生產基礎數據、油 井流體物性數據、潛油栗特性數據、潛油電機特性數據和電纜特性數據，計算該電栗井的實 時流量，并在地面數據采集與分析系統的顯示屏上以數據表和曲線形式實時顯示流量計算 結果。6. 根據權利要求1-5所述的毛細管測壓電栗井在線流量實時計量系統，其特征在于:所 述的油井生產基礎數據包括油層壓力、油層溫度、油層深度、套管外徑、套管內徑、油管外 徑、油管內徑、電栗型號、電機型號、電纜型號、下栗深度、穩壓筒下入深度。7. 根據權利要求1-6所述的毛細管測壓電栗井在線流量實時計量系統，其特征在于:所 述的油井流體物性參數包括原油飽和壓力、原油相對密度、天然氣相對密度、水相對密度。8. 根據權利要求1-7所述的毛細管測壓電栗井在線流量實時計量系統，其特征在于:所 述的實時采集可以為每隔10分鐘、30分鐘、60分鐘采集一次，也可以每3個小時、6小時、12小 時采集一次。9. 一種毛細管測壓電栗井在線流量實時計量方法，采用權利要求1-8所述的毛細管測 壓電栗井在線流量實時計量系統，其特征在于，具體步驟如下： 步驟1:收集電栗井靜態資料及設備資料 (1) 電栗井靜態資料包括油井生產基礎數據和油井流體物性數據 所述的油井生產基礎數據包括油層壓力、油層溫度、油層深度、套管外徑、套管內徑、油 管外徑、油管內徑、電栗型號、電機型號、電纜型號、下栗深度、穩壓筒下入深度； 所述的油井流體物性參數包括原油飽和壓力、原油相對密度、天然氣相對密度、水相對 密度； (2) 設備資料包括潛油栗特性數據、潛油電機特性數據和電纜特性數據 所述的潛油栗特性數據包括描述流量與栗效、流量與揚程、流量與電機功率之間關系 的數據，最高栗效點及其對應流量數據； 所述的潛油電機特性數據包括電機型號、額定負載時的負載損耗、空載磁化損耗、電機 額定功率、電機額定功率因數、電機額定電流； 所述的電纜特性數據包括電纜型號、電纜長度、導體電抗與導體有效阻抗； 步驟2:獲取電栗井實時生產測量數據 所述的電栗井實時生產測量數據包括潛油電機的地面輸入電流、潛油電機的地面輸入 電壓、電源頻率、井口溫度、井口套壓、井口油壓、穩壓筒處井內液柱壓力； 所述的電栗井實時生產測量數據還包括利用地面流量計定期測試的井口流量、含水和 生產氣油比。該定期測試的井口流量與利用測試當天的油井生產測量數據通過數學模型計 算出的流量進行對比，用于確定流量校正系數;該流量校正系數用于對當前測試時間到下 一個測試時間之間的、利用油井生產測量數據通過數學模型計算出的流量進行校正。該定 期測試的含水和生產氣油比假設從當前測試時間到下一個測試時間期間保持不變； 所述的定期測試時間可以是半個月、一個月或一個季度，也可以是任意間隔天數； 步驟3:計算無因次曲線 根據潛油栗特性曲線，從栗效曲線上取得最高栗效點對應的流量Qeep;取一系列栗效~ 流量數據點（nP~Qp)，由方程計算無因次流量Qn，然后計算得到一 系列吋應關系數據； 步驟4:計算潛油栗入口壓力和潛油栗出口壓力 假設一個流量，根據已知的穩壓筒下入深度、下栗深度、油管內徑、油管外徑、套管內 徑、套管外徑、油層深度、油層溫度、油井流體物性參數以及測得的穩壓筒處井內液柱壓力， 采用井筒多相流模型和井筒溫度場模型計算得到潛油栗入口壓力和潛油栗入口溫度;根據 已知的下栗深度、油管內徑、油管外徑、套管內徑、套管外徑、油層深度、油層溫度、油井流體 物性參數以及測得的井口套壓、井口油壓和井口溫度，采用井筒多相流模型和井筒溫度場 模型計算得到潛油栗出口壓力和潛油栗出口溫度； 所述的井筒多相流模型可以是Beggs-Bri 11計算模型、Orki szewski計算模型、 Hagedron-Brown計算模型，或者其它多相流經驗模型或機理模型； 步驟5:計算潛油電機功率因數和無功功率因數 功率因數采用式(1)計算，(1) 其中，?為潛油電機額定功率因數;β為潛油電機負載率，可采用式⑵計算；_) 其中，是潛油電機額定電流，A; Io代表著空載電流，A; Im為潛油電機的工作電流，Α; 如不能提供空載電流值，可由式(3)計算：⑶ 其中，ξ是系數，SS 11.8§吋，ξ = 2.1; > OJBS時，ξ = 2.15; 在控制柜處測得的電流Id即為潛油電機電流Im; 求出潛油電機功率因數穸后，計算f值以及無功功率因數Sfef; 步驟6:計算潛油電機電壓和效率Ik 電纜中的電壓損失a采用式(4)計算：(4) 其中，L為電纜長度，km;r為導體有效阻抗，Ω/km; CW夢為功率因數;X為導體電抗，Ω/ km; SfH-為無功功率因數;Tm為潛油栗入口處溫度，°C ; Ti為井口溫度，°C ; 潛油電機電壓Vm等于地面測量電壓Vd減去電纜中的電壓損耗，采用式(5)計算， Vm=Vd-aX Id (5) 不同負載情況下潛油電機效率^采用式(6)計算， (6) (7)(8):A、B為兩個系數，采用式(7)和式(8)計算；其中，Po為空載磁化損耗，kW; Pn為潛油電機額定功率，kW; Pkn為額定負載時的負載損耗， kW; Pkn由三部分組成:定子銅耗Pcul，kW;轉子銅耗Pcu2，kW;雜散損耗Ps，kW; 步驟7:計算栗效/流量比{1基于功率平衡方法，采用式(9)計算栗效/流量比(9) 其中，A P為流體流過潛油栗的壓差，即潛油栗出口壓力與潛油栗入口壓力之差山為潛 油電機的工作電流;Vm為潛油電機的工作電壓;nm為潛油電機的效率;Qeep為栗效曲線上取得 最高栗效點對應的流量;變為潛油電機功率因數； 步驟8:確定無因次流量^ 根據步驟7計算得到的栗效/流量比彳」1?用步驟3確定的對應關系，通 過插值確定相應的無因次流量Qn;步驟9:計算未校正的流量Qp 根據步驟8得到的無因次流量Qn，利用公： 十算得到未校正的 流量Qp; 步驟10:比較流量計算誤差 將步驟9計算得到的未校正的流量與步驟4假設的流量進行相對誤差比較，如果相對誤 差在允許誤差范圍內，則確定出最終的未校正流量Qp，轉入步驟11;否則以步驟9計算得到 的未校正的流量作為新的假設流量，轉入步驟3,重復步驟4至步驟10計算過程，直到滿足允 許誤差為止； 步驟11:計算流量校正系數 如果油井生產參數測量當天采用油氣水三相分離器或多相流量計測得了該井當天的 實際流量Qs，則根據測量的實際流量Qs和步驟10確定出的最終的未校正流量QP，使用式（11) 計算出它們之間的比值，即校準比J;否則轉入步驟12; J=Qs/Qp (10) 步驟12:校正計算流量 將最近一次利用油氣水三相分離器或多相流量計測試獲得的校準比J乘以步驟10確定 的最終的未校正流量Qp，得到校正后的流量吖p，式（11)所示； Q7p = QpXJ (11) 步驟13:通過計算機屏幕以曲線和數據表方式實時展示電栗井流量計算結果。
【文檔編號】E21B47/00GK105888646SQ201610463315
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月23日
【發明人】劉均榮, 李博宇, 史偉新, 羅明良
【申請人】中國石油大學(華東)