电潜柱塞泵井生产特性确定方法及装置

技术领域

本申请涉及油田机械采油技术领域，尤其涉及一种电潜柱塞泵井生产特性确定方法及装置。

背景技术

利用电潜柱塞泵抽油系统采油是一种新型的无杆举升机械采油方式，其适用于油田发展中后期的低产油井，具有良好的发展前景。电潜柱塞泵抽油系统主要由直线电机、配套抽油泵、变频控制系统三大部分组成，它与有杆泵举升最大差别是没有抽油杆，地面变频控制系统通过特制动力电缆连接井下直线电机，井下直线电机的定子线圈在脉动交流电作用下产生交变磁场，周期性带动永磁体动子和柱塞做上下往复运动，从而将油举升到地面。

电潜柱塞泵抽油系统驱动方式由地面转向地下，地面无可动设备，减少了设备管理工作量，降低了工人劳动强度；无杆举升克服了有杆系统故障产生的检泵作业，消除了举升杆柱所需能耗。但是目前利用电潜柱塞泵抽油系统采油的电潜柱塞泵井未如电潜泵井、螺杆泵井一样确定其生产特性，这增加了电潜柱塞泵井在设备优选和参数优化等优化设计时的复杂性。

发明内容

本申请实施例提供一种电潜柱塞泵井生产特性确定方法，用以解决电潜柱塞泵井因未确定生产特性导致其在优化设计时所需执行的流程较为复杂的问题，该方法包括：

获取泵固定属性参数、油管固定属性参数和流体属性参数；改变泵出入口压差，采集与不同泵出入口压差分别对应的泵可变属性参数；根据泵出入口压差、泵固定属性参数、泵可变属性参数、油管固定属性参数和流体属性参数确定电潜柱塞泵井的生产特性。

本申请实施例还提供一种电潜柱塞泵井生产特性确定装置，用以解决电潜柱塞泵井因未确定生产特性导致其在优化设计时所需执行的流程较为复杂的问题，该装置包括：

获取模块，用于获取泵固定属性参数、油管固定属性参数和流体属性参数；采集模块，用于改变泵出入口压差，采集与不同泵出入口压差分别对应的泵可变属性参数；确定模块，用于根据获取模块与采集模块获取的泵出入口压差、泵固定属性参数、泵可变属性参数、油管固定属性参数和流体属性参数确定电潜柱塞泵井的生产特性。

本申请实施例中，通过改变泵出入口压差，获取与不同泵出入口压差分别对应的泵可变属性参数，再结合泵固定属性参数、流体属性参数和油管固定属性参数确定与泵出入口压差对应的电潜柱塞泵井的生产特性，这样在后续生产过程中，就可以利用电潜柱塞泵井的生产特性进行电潜柱塞泵井的设备优选和参数优化等优化设计，降低了优化设计过程的复杂性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例，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。在附图中：

图1为本申请实施例电潜柱塞泵井生产特性确定方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的排量组成图；

图3为本申请实施例提供的功率组成图；

图4为本申请实施例提供的电潜柱塞泵井生产特性曲线的示意图；

图5为本申请实施例提供的电潜柱塞泵井生产特性确定装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本申请实施例做进一步详细说明。在此，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。

本申请实施例提供了一种电潜柱塞泵生产特性确定方法，如图1所示，该方法包括步骤101至步骤103：

步骤101、获取泵固定属性参数、油管固定属性参数和流体属性参数。

其中，泵固定属性参数包括柱塞冲程、柱塞横截面积、柱塞的偏心率、柱塞的长度、余隙比、泵径、泵间隙、泵的理论排量、泵阀阀座孔面积和流体流经阀球的阻力系数。

需要说明的是，余隙比为余隙体积与泵上冲程活塞让出的体积之比。

油管固定属性参数包括油管柱总长、油管柱材质的弹性模量和油管柱管壁横截面积。

流体属性参数包括流体的密度、流体的运动粘度、流体的体积系数和流体的粘度。

步骤102、改变泵出入口压差，采集与不同泵出入口压差分别对应的泵可变属性参数。

其中，泵可变属性参数包括泵内气液比、进入泵筒内的排量、柱塞的平均速度和柱塞的冲次。

在本申请实施例中，泵出入口压差与泵可变属性参数一一对应，改变一次泵出入口压差，可以得到一组与泵出入口压差对应的泵可变属性参数，多次改变泵出入口压差后，可以得到多组泵可变属性参数。

步骤103、根据泵出入口压差、泵固定属性参数、泵可变属性参数、油管固定属性参数和流体属性参数确定电潜柱塞泵井的生产特性。

生产特性一般通过曲线来反映，因此，根据泵出入口压差、泵固定属性参数、泵可变属性参数、油管固定属性参数和流体属性参数确定电潜柱塞泵井的生产特性，包括：根据泵出入口压差、泵固定属性参数、泵可变属性参数、油管固定属性参数和流体属性参数确定电潜柱塞泵井的生产特性曲线。

生产特性曲线包括泵出入口压差与泵的实际排量相关的第一曲线、泵出入口压差与电机输出功率相关的第二曲线以及泵出入口压差与电潜柱塞泵井系统总效率相关的第三曲线。下面将分别介绍如何根据泵出入口压差、泵固定属性参数、泵可变属性参数、油管固定属性参数和流体属性参数确定第一曲线、第二曲线和第三曲线。

1、确定第一曲线。

泵的实际排量与泵出入口压差相关的第一曲线是生产特性曲线中较重要的一条。给定每一组泵参数，如泵径、柱塞冲程、柱塞的冲次等，可以利用现有技术中的传统柱塞泵的计算公式确定泵的理论排量。泵的实际排量一般小于其理论排量，两者的比值称为泵效，泵效的主要影响因素有油管柱的弹性变形、流体在地下与地面体积的差异、泵筒内流体的充满程度和柱塞衬套之间的液体漏失等，泵效可以通过下述公式计算得到：

根据

根据

根据

根据

根据η

根据Q＝Q

其中，f

根据上述泵的实际排量的计算方法，改变泵出入口压差，可以得到不同泵的实际排量，根据不同泵出入口压差ΔP与实际排量Q的对应关系，确定第一曲线。

2、确定第二曲线。

在确定泵的实际排量与泵出入口压差的关系后，可以根据泵出入口压差和实际排量进一步计算得到电潜柱塞泵系统的有用功率和输入功率。井下直线电机的输出功率是系统的输入功率。计算井下直线电机的电机输出功率的方法如下：

根据N

根据

根据N

根据

根据N

其中，ζ为流体流经阀球的阻力系数；A为泵阀阀座孔面积，单位为m

根据上述电机输出功率的计算方法，改变泵出入口压差，可以得到不同电机输出功率，根据不同泵出入口压差ΔP与电机输出功率N

3、确定第三曲线。

电潜柱塞泵井系统总效率的计算方法如下：

根据

根据上述电潜柱塞泵井系统总效率的计算方法，改变泵出入口压差，可以得到与每个泵出入口压差对应的一个电潜柱塞泵井系统总效率，根据不同泵出入口压差ΔP与电潜柱塞泵井系统总效率η的对应关系，确定第三曲线。

本申请实施例中，通过改变泵出入口压差，获取与不同泵出入口压差分别对应的泵可变属性参数，再结合泵固定属性参数、流体属性参数和油管固定属性参数确定与泵出入口压差对应的电潜柱塞泵井的生产特性，这样在后续生产过程中，就可以利用电潜柱塞泵井的生产特性进行电潜柱塞泵井的设备优选和参数优化等优化设计，降低了优化设计过程的复杂性。

利用上述方法可以确定无杆电潜柱塞泵井的生产特性曲线。下面示例性的给出了部分参数的具体数值，以该部分参数为基础，介绍绘制的第一曲线、第二曲线和第三曲线。电潜柱塞泵井生产系统的基本参数如下：井筒垂直，井深1500米(m)，下泵深度1200m，油管内径0.062m，油管外径0.073m，油管锚定，泵间隙0.1毫米(mm)，泵径44mm，冲程4.5m，冲次4min

假设原油粘度为5mPa·s，利用上述方法可以计算得到如图2所示的排量组成图，由于油管锚定，冲程损失为0，该排量组成图中显示了泵筒内流体的充满程度引起的排量损失、柱塞衬套之间的液体漏失引起的排量损失、流体在地下与底面体积的差异引起的排量损失，以及实际排量。

假设计算时原油的粘度为55mPa·s，同理可以计算得到功率组成图，如图3所示，其中，机械损失功率的数值较小。

根据有效功率与电机输出功率的比值，可以计算得到电潜柱塞泵井系统总效率，得到电潜柱塞泵系统总效率与泵出入口压差相关的第三曲线。

将Q～ΔP、N

本申请实施例还提供了一种电潜柱塞泵井生产特性确定装置，如图5所示，该装置500包括获取模块501、采集模块502和确定模块503：

获取模块501，用于获取泵固定属性参数、油管固定属性参数和流体属性参数。

采集模块502，用于改变泵出入口压差，采集与不同泵出入口压差分别对应的泵可变属性参数。

确定模块503，用于根据获取模块501与采集模块502获取的泵出入口压差、泵固定属性参数、泵可变属性参数、油管固定属性参数和流体属性参数确定电潜柱塞泵井的生产特性。

在本申请实施例的一种实现方式中，确定模块503，用于：

根据泵出入口压差、泵固定属性参数、泵可变属性参数、油管固定属性参数和流体属性参数确定电潜柱塞泵井的生产特性曲线。

在本申请实施例的一种实现方式中，泵固定属性参数包括柱塞冲程、柱塞横截面积、柱塞的偏心率、柱塞的长度、余隙比、泵径、泵间隙、泵的理论排量、泵阀阀座孔面积和流体流经阀球的阻力系数。油管固定属性参数包括油管柱总长、油管柱材质的弹性模量和油管柱管壁横截面积。流体属性参数包括流体的密度、流体的运动粘度、流体的体积系数和流体的粘度。泵可变属性参数包括泵内气液比、进入泵筒内的排量、柱塞的平均速度和柱塞的冲次。

在本申请实施例的一种实现方式中，电潜柱塞泵井的生产特性曲线包括泵出入口压差与泵的实际排量相关的第一曲线，确定模块503，用于：

根据

根据

根据

根据

根据η

根据Q＝Q

根据不同泵出入口压差ΔP与实际排量Q的对应关系，确定第一曲线；

其中，f

在本申请实施例的一种实现方式中，电潜柱塞泵井的生产特性曲线包括泵出入口压差与电机输出功率相关的第二曲线，确定模块503，用于：

根据N

根据

根据N

根据

根据N

根据不同泵出入口压差ΔP与电机输出功率N

其中，ζ为流体流经阀球的阻力系数；A为泵阀阀座孔面积，单位为m

在本申请实施例的一种实现方式中，电潜柱塞泵井的生产特性曲线包括泵出入口压差与电潜柱塞泵井系统总效率相关的第三曲线，确定模块503，用于：

根据

根据不同泵出入口压差ΔP与电潜柱塞泵井系统总效率η的对应关系，确定第三曲线。

本申请实施例中，通过改变泵出入口压差，获取与不同泵出入口压差分别对应的泵可变属性参数，再结合泵固定属性参数、流体属性参数和油管固定属性参数确定与泵出入口压差对应的电潜柱塞泵井的生产特性，这样在后续生产过程中，就可以利用电潜柱塞泵井的生产特性进行电潜柱塞泵井的设备优选和参数优化等优化设计，降低了优化设计过程的复杂性。

本申请实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现步骤101至步骤103及其各种实现方式所述的任一方法。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有执行步骤101至步骤103及其各种实现方式所述的任一方法的计算机程序。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。