一种井筒举升模型构建方法

技术领域

本发明涉及油田开发技术领域，特别涉及一种井筒举升模型构建方法。

背景技术

油气生产信息化实现了油水井生产参数的实时自动采集，建立起了覆盖油气生产主要环节的工业物联网系统，全面监控了地面各生产节点。随着油区平台管理系统的建设，数字化油田的架构初步成型，减少了用工与管理成本，新型管理模式也逐步建立起来。

但从另一维度看，数据深度应用程度比较低，数据价值挖掘非常欠缺。受技术手段的制约，原来的数字应用只是局限于简单的地面井筒工况分析，以应对油气生产的正常运行。从油田开发层面，井筒举升与油藏动态的分析，也相对独立，没有建立起有机融合与关联。

其中，井筒举升的模型化就是比较突出的短板。这一短板制约了油藏、井筒一体化模拟，以及采油工程与油藏工程技术的分析研究。最终影响了油田开发效益的不断提升。

井筒举升模型化缺失的弊端：

井筒举升与油藏动态的分析，也相对独立，没有建立起有机融合与关联。

制约了油藏、井筒一体化模拟，以及采油工程与油藏工程技术的分析研究。

油井作为油田开发的基本单元实体，可视化程度单一，制约了技术管理人员的认知。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种井筒举升模型构建方法。

其技术方案如下：

一种井筒举升模型构建方法，包括如下步骤：

步骤一，加载井筒实时数据和源头数据；

步骤二，进行数据质量诊断，并建立标准库；

步骤三，进行井筒举升静态模型创建；

步骤四，进行井筒举升动态模型创建；

步骤五，基于步骤三和步骤四，将井筒举升动态模型和井筒举升静态模型拟合；

步骤六，进行井筒动态模拟模型创建；

步骤七，将井筒动态模拟模型进行可视化处理。

进一步的，所述步骤三包括：按单井构建立油层、流体、油管、抽油泵之间的矢量链接关系，形成井筒静态模型文件。

进一步的，所述步骤四包括：利用多相垂直管流、杆柱工程力学、油藏渗流原理，应用数值计算、有限元计算的数学方法，创建井筒举升动态模型。

进一步的，所述步骤五包括：

(1)建立初始理论模型；

(2)确定对模型计算结果敏感性大、应用率高的五个基础机理型模型或关键参数，依据实测实时数据开展拟合修正：

ql

ql

如果s

d_

s------------冲程(m)

n------------冲次(1/min)

β------------充满程度(％)

B

ρ

s

η

η

s

s

或：实测示功图最大曲率法，计算阻尼系数C：

步骤1：计算开闭点：a/b.c/d

k

步骤2：利用开闭点，计算柱塞有效冲程Spe

步骤3：计算阻尼系数

c＝225*(p

p

p

s---------有效冲程(m)

n---------冲次(i/min)

p

p

l_rodi-------第i级杆长(m)

q_rodi-------第i级杆每米质量(kg/m)

Am---------功图面积(kNm)

进一步的，所述步骤六还包括：建立泵上流体动态管流模型：由地面示功图计算井底流压。

进一步的，所述步骤六还包括：建立泵下流体动态管流模型：油藏提供的井底流压向上计算，算至泵吸入口，再向上计算动液面。

进一步的，所述步骤七包括：基于可视化处理后的井筒模拟模型，通过数据对象关联，同步展示井静态信息和动态信息。

进一步的，所述步骤二包括：在油井工况诊断的基础上，对于严重供液不足的油井的泵吸入口压力，采用如下计算方法。

迭代计算泵吸入口p_intake，步长0.01Mpa

p＝p_int ake*9.8--------泵吸入口压力(Mpa)

Rs＝(g_g*(p*14.22)^1.0937)/27.64*10^(11.172*(141.5/q_o-131.5)/((1.8*t_pump+32)+459.6)) -------溶解气油比

B

B

B

β

β＝(s

本发明的有益效果是：

该发明利用多相垂直管流、杆柱工程力学、油藏渗流等采油工程与油藏工程原理，应用数值计算、有限元计算等工程数学方法，基于数字化油田实时数据研究关键机理组建拟合算法，技术架构先进，技术含量高。

井筒举升模型化的构建，作为桥梁作用，能够真正实现油藏-井筒-地面一体化。

井筒模型的虚拟化、数字化、可视化，协助工程技术人员日常工作，提升油田开发技术管理工作的效率与效能。

筒举升模型系统化、标准化、规范化，可搭建油藏、井筒、地面一体化工作平台，提升井筒举升模型适用性和准确性，发挥其在油田开发管理中的价值。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2是井筒举升静态模型构建流程图；

图3是井筒举升动态模型构建框架图；

图4数据诊断框图；

图5泵上举升模型构建流程图；

图6泵下举升模型构建流程图；

图7供液不足工况判断逻辑图

图8供液不足计算泵口压力逻辑图；

图9井筒动态模型展示举例。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明技术方案。

1、井筒举升静态模型组建：

井筒静态模型用于描述生产层位、井筒杆管泵封等组合关系和流体物理性质等。按单井构建油层、流体、油管、抽油泵之间的矢量链接关系，创新了数字化描述方法，用分层数据链接向量进行关系描述，研究形成了井筒静态模型文件(*.smf)的数据关联存储格式.

步骤a:管柱组建设计；步骤b：静态物性数据与管柱数据提取；步骤c：数据集成关联；步骤d：静态管柱绘制；步骤d:井筒管柱可视化。

静态模型能够自动判断生产层位和井筒流体纵向的管流面积、流量等，为井筒压力、温度、受力等纵向分布动态计算提供基础数据。

井筒静态模型创新了数据自动加载和建模方法，利用绘制工具，绘制有杆泵井筒举升三维可视化模型，实现井筒杆管泵封以及生产(注入层位、流体物理性质匹配组合。

2、井筒举升动态模型组建基本架构。(见图2)

本发明采用层次式架构，底层为数据层，数据包括实时数据与源头库数据；中间层为组件层，包含机理组建与举升模型；顶层包含井筒举升可视化、井筒举升数据化描述、举升参数模拟。

3、井筒举升动态模型组建内容：

利用多相垂直管流、杆柱工程力学、油藏渗流等采油工程与油藏工程原理，应用数值计算、有限元计算等工程数学方法，基于数字化油田实时数据研究关键机理组建拟合算法，创建井筒动态模型，主要包括15类关键参数模型。具体如下：

模型a：泵功图及各级杆柱功图模型模型；b：各级杆柱受力模型；模型c：光杆功率模型；模型d：井筒效率计算；模型e：泵效构成模型；模型f：井筒举升温度场模型；模型g：井筒举升压力场模型；模型h：井筒环空温度场模型；模型i：泵吸入口压力模型；模型j：泵排出口压力模型；模型k：流入动态IPR曲线模型；模型1：流压模型。

4、关键模型组件拟合

井筒举升动态模型的组建需要应用到关键的初始理论模型，初始理论模型没有考虑具体的油田开采特征或单井工况特征，造成计算准确率降低。

确定对模型计算结果敏感性大、应用率比较高的五个基础机理型模型或关键参数，依据实测实时数据开展拟合修正：

ql

ql

如果s

d_pump-------泵径(mm)

s------------冲程(m)

n------------冲次(1/min)

β------------充满程度(％)

B

ρ

s

η

η

s

s

举例2：

实测示功图最大曲率法，计算阻尼系数C：

步骤1：计算开闭点：a/b.c/d

k

步骤2：利用开闭点，计算柱塞有效冲程S

步骤3：计算阻尼系数

c＝225*(p

p

p

s---------有效冲程(m)

n---------冲次(i/mm)

p

p

l_rodi-------第i级杆长(m)

q_rodi-------第i级杆每米质量(kg/m)

Am---------功图面积(kNm)

5、动态模型创建方法与路径

为了油藏、井筒相互融合、相互校正，提高油藏模拟模型与示功图计算模型的准确度，本发明研究探索了两个技术方法：

1)建立泵上流体动态管流模型：(见图4、5)

步骤一：地面示功图求解泵吸入口压力p_intake。

步骤二：泵吸入口压力求解尾管丝堵处压力p_pipe。

步骤三：尾管丝堵处压力求解上部油层流压p_wf1。

步骤四：上部油层流压求解底部油层流压p_wf2。

步骤五：泵吸入口压力求解动液面深度depth_liquid。

2)建立泵下流体动态管流模型：(见图6)

油藏提供的井底流压向上计算，算至泵吸入口，再向上计算动液面。

6、井筒模型可视化展示与应用

基于井筒三维可视化模型，通过数据对象关联，同步展示井静态信息和动态数据。压力系统：显示压力梯度与压力绝对值与深度的关系曲线。

温度系统：显示温度绝对值与深度的关系曲线。

杆管受力系统：显示各级杆柱的折算应力与应力范围比，杆级功图与泵功图。

供液系统：流压p_wf、动态TPR曲线、产液指数P_I。

工况系统：泵效构成。

基础数据系统：层位、油层顶底界、原油粘度、原始气油比、饱和压力、油层温度等等。

与井筒模型的虚拟化、数字化、可视化，满足采油工程设计和管理等业务，支撑工程技术人员日常工作。

1)采用静态模型与动态模型同步创建相互融合，增强井筒举升的真实性与可视化效果。

2)由加载示功图数组，即可实现井筒举升机械介质与流体介质，全方位多维度的模型化，并搭建起地面、井筒、油藏一体化的桥梁。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。