一種油井產液量計量、工況分析優化方法及其系統的製作方法

2023-10-08 16:41:14 2

專利名稱：一種油井產液量計量、工況分析優化方法及其系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及油井產液量的計量及工況分析優化技術，特別涉及一種以採油工程技術、通信技術和計算機技術相結合的油井產液量的計量、工況分析優化方法和系統。

背景技術：
目前，國內各油田採用的油井產量計量方法主要有玻璃管量油孔板測氣、翻鬥量油孔板測氣、兩相分離密度法和三相分離計量方法等。
1.原油的測量 採用玻璃管液面計量油 玻璃管量油是國內各油田普遍採用的傳統方法，約佔油井總數的90％以上。該方法的有益之處在於裝備簡單、投資少；但是，由於採用間歇量油的方式來折算產量，導致原油系統誤差較大，約為10％～20％。
採用電報量油 在玻璃管液面計量油的基礎上，在規定的量油高度H上、下各安裝一個電極，當水上升到下電極時，計時電錶接通開始計時；水上升到上電極時，電錶切斷停止走動，記錄水上升H高的時間t，則可按照玻璃管液面計量油的方法計算出油井的產量。該方法的主要缺點是操作難度較大，不能連續量油，因為需要人工導流程，仍然需要每次量完後用其它井的天然氣將計量罐中的液面壓下來才能進行下一次計量。
採用翻鬥量油 翻鬥量油裝置主要由量油器、計數器等組成。一個鬥裝滿時翻到排油，另一個鬥裝油，這樣反覆循環來累積油量。這種量油裝置結構簡單，具有一定計量精度。該方法的主要缺點在於，設備投資較大，不能應用普通的計量罐，而且經常出現漏量或倒不乾淨的情況，對於產量很低的稠油適應性稍好些。
2.綜合測量的計量裝置 隨著技術的發展以及油田管理和降低工人勞動強度、提高生產效率的需要，相繼出現了許多可以對油井油、氣、水產量進行綜合測量的計量裝置。
採用三相分離計量 三相分離計量是把油、氣、水分離後分別計量，分離後原油含水較低(一般在30％以下)，原油測量誤差降低，不受油井含水率的影響。但是，要想把特高含水原油分離成低含水原油並進行計量，工藝技術十分複雜，而且數量很大的游離水經常攜帶一部分原油，造成很大誤差，且所需的設備儀表多、投資大、管理操作難度大、維修費用高。
採用兩相分離計量 兩相分離計量是將油井採出液分離成液體和氣體，然後分別對其進行計量。兩相分離計量設備主要由兩相分離器、氣體流量計、液體流量計、含水分析儀等組成。其中，氣體流量計和液體流量計計量油井的產氣量和產液量，含水分析儀測量分離出液體的含水率，由此計算出油井的油、氣、水產量。
另一種形式的計量設備由兩相分離器、質量流量計和氣體流量計組成。質量流量計測量分離出的液量，並計算出其中的含水率，從而測量出油井的油、氣、水產量。這種計算裝置投資較少、操作簡便，在我國油田中獲得了較多的應用。該方法的主要缺點是需要較複雜的地面管線和流程，地面管線和建站投資大。
採用不分離計量 不分離計量是不分離油井採出液，將文丘裡管、密度計或不同的流量傳感器結合起來計量氣體和液體的流量，液體部分用雙γ射線密度計、電容、微波水含量監控儀來確定油和水的含量，從而計算出油、氣、水各自的產量。
油氣水不分離計量技術在佔地面積等方面有很大的優越性。但是，油井採出液中的油、氣、水等組分一般不是均勻混合的，並以不同的速度流動，還可能相互作用形成蠟和氫氧化物，並且引起難以預料的複雜流態。因此，開發具有廣泛適用範圍的流量計具有很大的難度，並且成功投入使用的還很少。
並且，在上述方法中，均需設置油井計量站，並且通過人工定期操作錄取數據，這樣不可避免地存在非連續性和需建立相關的地面計量流程及裝置等問題，同時增加了成本。


發明內容
鑑於現有技術中存在的問題，本發明的目的在於提供一種油井產液量計量、工況分析優化方法及其系統。通過本發明，可實現在油井無計量站的情況下，實現遠程油井工況數據的自動錄取、在無人值守情況下及時掌握油井的動態變化。
本發明提供一種油井產液量計量、工況分析優化方法，該方法包括步驟 獲取油井抽油機上的傳感器傳送的工況數據，並通過無線通信網絡將該工況數據傳送至工況採集及監視單元； 工況採集及監視單元接收所述工況數據，並將該工況數據進行處理後傳送至產液量計量單元，並監視油井的運行狀態； 產液量計量單元接收到所述工況數據後，根據該工況數據和資料庫中存儲的油井基礎數據計算產液量。
根據該方法，還包括步驟 對工況數據和計算出的產液量進行數據分析； 根據數據分析結果進行工況分析； 根據數據分析和工況分析結果進行優化設計。
本發明還提供一種油井產液量計量、工況分析優化系統，該系統至少包括數據採集控制器、工況採集及監視單元、產液量計量單元和存儲單元；其中，數據採集控制器，安裝於油井中並與設置在油井抽油機上的傳感器相連接，用於採集所述傳感器的工況數據並通過無線通信網絡將該工況數據傳送至工況採集及監視單元，並對油井進行控制； 工況採集及監視單元，通過無線通信網絡與數據採集控制器進行信息交互，接收所述數據採集控制器發送的工況數據，並將手動或自動設置的指令發送至數據採集控制器，並監視油井的運行狀態； 產液量計量單元，與所述工況採集及監視單元和存儲器連接，接收所述工況採集及監視單元發送的工況數據，並根據該工況數據和儲存在存儲單元中的油井基礎數據，並且應用產液量計算數學模型計算產液量；並將採集到的工況數據送入存儲器進行存儲； 存儲單元，與所述產液量計量單元連接，用於儲存油井基礎數據供產液量計量單元使用；接收產液量計量單元傳送的產液量計量結果並儲存，並接收採集的工況數據並儲存。
還包括數據分析單元，與所述產液量計量單元和存儲單元連接，用於對相關數據進行分析並將數據分析結果發送至存儲器進行數據儲存；其中，所述相關數據至少包括產液量、壓力、載荷、泵效、系統效率、區塊中單井運行合理性統計。
還包括工況分析單元，與所述數據分析單元連接，根據數據分析單元的分析結果對油井工況進行分析。
還包括優化設計單元，與所述數據分析單元和工況分析單元連接，根據數據分析結果和工況分析結果對油井進行優化設計。
本發明的有益效果在於，可在油井無計量站情況下實現遠程油井工況數據的自動錄取、在無人值守情況下能及時掌握油井的動態變化； 低成本投入、高可靠性和易維護、可拓展； 以油井單井產量計量為核心，並輔以對油井進行工況監控，對採集的數據進行分析診斷優化，替代或簡化計量流程，以降低產能建設投入和運行成本的同時，還實現提高油井系統效率的目的。



圖1為本發明實施例1的油井產液量計量、工況分析優化系統構成示意圖； 圖2為遊梁式抽油機傳感器安裝及數據採集控制器安裝示意圖； 圖3為螺杆泵抽油機傳感器安裝及數據採集控制器安裝示意圖； 圖4為電泵抽油機傳感器安裝及數據採集控制器安裝示意圖； 圖5為遊梁機有杆泵井產液量計算流程圖； 圖6為自噴井產液量計算流程圖； 圖7為螺杆泵井產液量計算流程圖； 圖8A和圖8B為梁的動力學方程理論示意圖； 圖9為電潛泵井產液量計算流程圖； 圖10為求粘度準數係數CNt的相關關係圖； 圖11為滯留係數相關關係圖； 圖12為再次校正係數相關關係圖。

具體實施例方式 以下結合附圖對本發明進行詳細說明。
實施例1 本發明提供一種油井產液量計量、工況分析優化系統。如圖1所示，該系統至少包括數據採集控制器(RTU)101、工況採集及監視單元102和產液量計量單元103；其中， 數據採集控制器RTU101，安裝於油井中並與設置在油井抽油機上的傳感器相連接，用於採集所述傳感器的工況數據並通過無線通信網絡將該工況數據傳送至工況採集及監視單元102，並對油井進行控制；其中，對油井進行控制是指對油井進行開井、停井、發出開停井聲音警報等智能控制； 工況採集及監視單元102，通過無線通信網絡與數據採集控制器101進行信息交互，接收所述數據採集控制器101發送的工況數據，並將手動或自動設置的指令發送至數據採集控制器，並監視油井的運行狀態；其中，工況採集及監視單元102與數據採集控制器101的信息交互具體是指工況採集及監視單元102不但接收數據，而且可以與數據採集控制器RTU101進行信息交互，將中心控制室的人工輸入的或自動設置的開井、停井、開停井警報等指令傳遞給數據採集控制器RTU101，由數據採集控制器RTU101控制執行開井、停井、開停井警報等工作； 產液量計量單元103，與所述工況採集及監視單元102和存儲單元107連接，接收所述工況採集及監視單元102發送的工況數據，並根據該工況數據和儲存在存儲單元107中的油井基礎數據，應用油井產液量計算數學模型計算產液量；並且將採集的工況數據存入存儲單元107中； 存儲單元107，與所述產液量計量單元103連接，用於儲存油井基礎數據供產液量計量單元103使用；接收產液量計量單元103傳送的產液量計量結果並存儲；並且接收數據分析單元104傳送的數據分析結果。
其中，無線通信方式可採用GSM、GPRS或CDMA通信方式。
本實施例中，數據採集控制器101採用自主開發的YDSW遠程數據採集控制器RTU，其為高精度的數據採集器，可對油井進行集中控制和自動管理，可無線監測控制自噴井、遊梁機有杆泵井、電潛泵井、螺杆泵井、注水井生產狀況。
如圖2所示，數據採集控制器101獲取遊梁抽油機上的載荷(負荷)傳感器201、位移傳感器202、壓力(油壓)傳感器203、溫度傳感器204、曲柄脫扣傳感器205等傳送的數據；此外還包括通信單元206、監控箱207、配電櫃208(內有高壓轉換單元、電壓/電流/CAN(控制器區域網)單元)、井場照明燈209和紅外探測器210。
如圖3所示，數據採集控制器101獲取螺杆泵抽油機上的扭矩載荷一體化傳感器和轉速傳感器301、溫度傳感器302、壓力(油壓)傳感器等傳送的數據。此外還包括電控箱304，箱內有通信單元、電壓/電流/CAN單元、高壓轉換單元。
如圖4所示，數據採集控制器101獲取電潛泵抽油機上的油嘴前壓力傳感器401，油嘴後壓力傳感器402、和套壓變送器403(圖中未示出)傳送的數據；此外還包括電控箱404，箱內有通信單元、電壓/電流/CAN單元、高壓轉換單元。
對於自噴井，數據採集控制器101可獲取安裝在自噴井上的油壓、回壓變送器和套壓變送器發送的數據。
所述工況採集及監視單元102可為一臺或多臺計算機，採集所安裝傳感器的油井的各種工況數據，並監視油井運行狀態。該工況採集及監視單元102通過無線通信方式接收所述數據採集控制器101傳送的數據；也將中心控制室的人工輸入的或自動設置的開井、停井、開停井警報等指令傳遞給數據採集控制器RTU101，由數據採集控制器RTU101控制執行開井、停井、開停井警報等工作。
另外，該工況採集及監視單元102還可通過一臺伺服器與數據採集控制器RTU101交互信息，此伺服器可為油田公司信息中心Internet主機。
本實施例中還包括數據分析單元104，與所述產液量計量單元103連接，用於對相關數據進行分析。其中，相關數據是指油井的產液量、壓力、載荷、泵效、系統效率、區塊單井運行合理性統計等指標。
本實施例中，所述存儲單元107包括第一存儲單元，用於存儲油井基礎數據；第二存儲單元，用於存儲油井生產報表，該生產報表中包括產液量、採集的壓力、溫度、轉速、電參數等參數，還可包括應用數據分析單元104計算的數據分析結果，如泵效組成、系統效率、局部損耗、耗電量、耗電成本、油井診斷結果等技術指標。該存儲單元107可採用資料庫伺服器實現。本實施例中可為油田公司信息中心資料庫伺服器。
本實施例中，產液量計量單元103、數據分析單元104可在伺服器上實現，產液量計量單元103根據工況數據和儲存在存儲單元107中的油井基礎數據，應用自噴井、電潛泵井、螺杆泵井、遊梁機有杆泵井產液量計算數學模型，計算各類油井的單井產液量，並在數據分析單元104中進行數據分析，然後並將產液量、採集的工況數據和數據分析結果一同傳入存儲單元107中的生產報表，即存儲單元107中的第二存儲單元中進行儲存。抽油機井、自噴井、電潛泵井、螺杆泵井產液量計算的流程圖如圖5、圖6、圖7、圖9所示。
還包括工況分析單元105，與所述數據分析單元104連接，根據數據分析單元104的分析結果對油井工況進行分析。其中，對油井工況進行分析是指對油井工況進行診斷，可以自動診斷常見的19種故障連抽帶噴、固定凡爾卡死(不能打開)、泵嚴重磨損(不能關閉)、抽油杆斷脫、氣鎖、完全液擊、氣體影響、供液不足、柱塞脫出工作筒、固定凡爾漏失、遊動凡爾漏失、液體或機械摩阻、泵筒彎曲、泵上碰、泵下碰、卡泵、泵工作基本正常等油井工作狀況診斷分析。
還包括優化設計單元106，與所述工況分析單元105連接，根據工況分析結果對油井進行優化設計。
本實施例中，還包括一個或多個用戶終端108，與所述產液量計量單元103連接並進行信息交互，對油井產液量信息進行維護、對產液量計量結果進行查詢以及依據數據分析與工況分析結論進行優化設計。
如圖1所示，該系統還包括遠程視頻監控單元109，與所述工況採集及監視單元102連接，通過無線通信網絡對油井工況進行實時監控。即在油井、接轉站或聯合站外安裝至少一個雲臺和攝像機，可為全景低照度攝像機，對站內全貌及油井進行監視。
該系統還包括網絡瀏覽單元110，與所述遠程視頻監控單元109、工況採集及監視單元102、產液量計量單元103、數據分析單元104、工況分析單元105、優化設計單元106以及存儲單元107連接，用於生產狀況和相關數據進行實時瀏覽、查詢。本實施例中可通過IE瀏覽器和裝有的視頻播放軟體，在油田信息網上可隨時瀏覽各油井的各個監控畫面及實時生產數據，及產液量計算結果，查詢有關生產報表及分析結果。
上述系統中，油水井無線工況數據監控數據採集控制器RTU，即無線油水井工況智能遠程監控器是對油井進行集中控制和自動管理的專用數據採集器，其數據傳輸方式為先進可靠的無線數據傳輸。可無線監測控制自噴井、遊梁機井、螺杆泵井、電潛泵井、注水井生產工況。數據傳輸方式，可選用GSM/GPRS/CDMA通信方式。
液量計算及分析優化油水井液量計算、油水井優化設計、工況診斷、工況宏觀管理、系統效率分析與評價決策等於一體的綜合軟體，提供了一個優秀的集成解決方案。
無線網絡視頻監視引進國際領先的、基於MPEG4硬體壓縮技術的網絡視頻伺服器，可以在64K-2M的低帶寬佔用情況下傳輸高清晰度的實時視頻圖像，通常情況下200K-300K即可實現30幀/秒的全實時監視。產品採用TCP/IP協議，可以基於區域網/廣域網/Internet構建大規模的集中圖像監控系統。
網絡瀏覽系統為瀏覽器/伺服器(Browser/Server)構架。油田區域網內的授權用戶可進行實時瀏覽、查詢工況數據。
實施例2 本發明還提供一種油井產液量計量、工況分析優化方法，該方法採用上述計量系統完成，該方法包括步驟 數據採集控制器101獲取設置在油井抽油機上的傳感器傳送的工況數據，並通過無線通信網絡將該工況數據傳送至工況採集及監視單元102； 工況採集及監視單元102接收所述工況數據並進行處理後，並將該工況數據傳送至產液量計量單元103，並監視油井的運行狀態；其中，對所述工況數據進行處理是指將工況數據進行加密處理並打包；油井的運行狀態具體指是否開井、是否缺相、載荷位移是否採集得到等工作狀況；另外，還可包括通過數據採集控制器RTU101初算是否沒有電流、電流是否缺相等指標； 產液量計量單元103接收到所述工況數據後，根據該工況數據和資料庫中存儲的油井基礎數據計算產液量；其中，油井基礎數據為油密度、油粘度、氣油比、含水、動液面、泵徑、泵深、杆柱組合等。
還包括步驟 對工況數據和計算出的產液量進行數據分析，其中可包括產液量分析、壓力分析、載荷分析、泵效分析、區塊中單井運行合理性統計分析等；根據數據分析結果進行工況分析；根據工況分析結果進行優化設計。
還包括步驟對採集的所述工況數據、計算出的產液量和數據分析結果進行存儲。
其中，所述根據工況數據和油井基礎數據計算產液量，包括步驟 根據工況數據和油井基礎數據，應用產液量計算數學模型計算油井的單井產液量；通過流量標定係數進行修正； 將修改正後的計算產液量作為油井計量產液量。
在產液量的計算中，由於產液量計算數學模型較為複雜，一些地質因素無法考慮進去，有時不同的區塊會或多或少存在系統誤差，需要應用罐車計量的標準產液量標定，得到流量標定係數，通過流量標定係數進行修正，剔除系統誤差，將修改正後的計算產液量作為油井計量產液量。
本實施例中，具體的標定係數計算可採用如下方法 對於每口油井 整個區塊 因此，通過上述標定係數K對油井產液量qg進行修正； 修正後的油井產液量 Q＝Kqg(F0-3) 式中Q油井產液量，K修正係數，qg功圖法計算的產液量，qy實際產量。
上述標定系統解決辦法適用於任何類型的油井。
下面分別以遊梁機有杆泵井(抽油機井)、自噴井、螺杆泵井、電潛泵井為例對本發明的產液量計量方法進行詳細說明。
1.遊梁機有杆泵井 如圖5所示，為遊梁機有杆泵井時計算產液量的流程圖。其中，採用有杆泵抽油時，根據地面示功圖求得井下各級杆柱功圖和泵功圖；應用泵功圖識別技術計算產液量。
本模型中，所用到的工況數據為瞬時產液量、累積產液量，泵功率、光杆功率、泵效、漏失、氣體影響泵效、有效功率，系統損耗、系統效率、泵排出壓力，平衡狀況、平衡建議，電量、電費等，還有豐富的宏觀控制圖、診斷結論等諸多指標。
所用到的油井基礎數據為示功圖、三相電流I1，I2，I3、電壓U、功率因素cosφ、油壓、套壓等動態參數，油密度、油粘度、氣油比、含水、動液面、泵徑、泵深、杆柱組合、生產氣液比Rs等靜態參數根據。
通過測試抽油機井所測的表示抽油杆柱最上端的載荷和位移之間關係的地面示功圖，應用示功圖、油密度、油粘度、氣油比、含水、泵徑、泵深、杆柱組合、生產氣液比Rs等靜態參數根據，應用杆柱、液柱和油管三維振動數學模型求解，即有杆泵抽油系統模型，得到井下各級杆柱功圖和泵功圖；應用泵功圖識別技術計算油井產液量和各種工況指標；其中，先計算井下泵的有效排量，然後再計算井口折算有效排量。
其理論模型示意函數如下式 Q有杆泵＝kf(s，n，Dp，LP，GT，μ，Rs) 其中Q有杆泵----有杆泵井的產液量，m3/d；s----衝程，m；n----衝次，r/min；DP----泵徑，mm；LP----杆柱組合，即多極杆柱的每段的鋼級、杆徑和杆長，m；GT----地面示功圖數據，包括位移、載荷、衝次等數據；μ----井液粘度，mpa.s；Rs----生產氣液比；k----流量標定係數，小數。
本實施例中，有杆泵抽油系統包括杆柱、液柱和油管三維振動，主要考慮了在抽油過程中抽油杆、液柱和油管三個運動系統之間的相互關係，如圖5所示。它們受到多種力的作用，其中包括垂力(杆柱重、液柱重、油管重)、慣性力、摩擦力(杆管之間摩擦力、杆液之間摩擦力、管液之間摩擦力、柱塞副之間摩擦力等)、振動、沉沒壓力等。根據力的合成，可以得到描述油管運動、抽油杆運動和液柱運動的偏微分方程組。
本部分計算模型較複雜，主要應用以下考慮了抽油杆、油管、液柱的三維振動方程，其偏微分方程組如下 杆柱的波動方程
Pf(0，t)＝P0 按照如上初始條件和邊界條件，利用數值方法求解這些偏微分方程組，從而求得任意深度、任意時間的功圖、壓力分布、載荷、位移、速度等參數。具體的偏微分方程組採用下述數值解法求解，但不限於下述解法。
本實施例中，可採用傅立葉級數解法，求得泵柱塞處的動載荷與柱塞位移之間關係，具體方法如下。
用以截尾傅立葉級數表示的懸點動載荷函數D(t)及光杆位移函數U(t)作為邊界條件 D(t)及U(t)的傅立葉係數σoσnτn及vovnδn可分別用下面的公式求得 式中ω-曲柄角速度；T-抽汲周期。
實際工作中D(t)及U(t)是以曲線(或數值)形成給出的，所以傅立葉係數可用近似的數值積分來確定。
以式(F1-1)和(F1-2)為邊界條件，用分離變量法解方程(F1-0)， 可得抽油杆柱任意深度x斷面的位移隨時間的變化關係 根據虎克定律 則抽油杆柱任意深度x斷面上的動載荷函數隨時間的變化為 在t時間，x斷面上的總載荷等於F(x，t)加x斷面以下的抽油杆柱的重量 On(x)＝(Knchβnx+δnshβnx)sinanx+(μnshβnx+vnchβnx)cosanx (F1-10) Pn(x)＝(Knshβnx+δnchβnx)cosanx-(μnchβnx+vnshβnx)sinanx(F1-11) 上述公式適用於單級抽油杆柱，對於多級抽油杆柱只需要做相應的擴充就可得到類似的計算式。
對於多級杆來講，根據兩級杆相接點處的位移連續和載荷連續性，可以得出付氏係數的遞推公式。設在第i級杆內的位移和載荷為 則在第i級杆與第i+1級杆的交接點處x＝xi有 ui+1(xi，t)＝ui(xi，t) Fi+1(xi，t)＝Fi(xi，t) (EA)i+1ai+1，0＝ai0·(EA)i ai+1，0xi+bi+1，0＝ai0xi+bi0 (EA)i+1(Pi+1，n+qi+1，nj)ai+1，n＝(EA)i(Pin+qinj)ain (EA)i+1(Pi+1，n+qi+1，nj)bi+1，n＝(EA)i(Pin+qinj)bin(F1-17) 即 其中a1n、b2n根據地面位移和載荷邊界來確定，即 此外，還可採用杆柱波動方程的有限元差分解法。
根據出抽機井系統的工作過程所對應的力學行為，建立了其有限元差分法模型，提出了有限差分的具體解法。數學模型波動方程中含有位移對時間t的二階偏導數和位移對位置x的二階偏導數，一般來說，解這個波動方程將需要兩個初始條件和兩個邊界條件，然而在該預測模型中，僅僅需要兩個邊界條件就夠了，因為抽油杆的運動是具有周期性，況且，在實際中只需要一個周期解，周期解與初始條件無關，無論把起始位置放到何處，其解均是相同的。因此，也就不需要具體的初始條件。這樣，實質上所研究的問題就是一個包括偏微分方程和邊界條件的一個邊值問題。
偏微分方程難以求解析解，因此，對該數學模型進行數值求解。由於抽油杆在井底的位移是未知待求的，用常規方法求解較為困難，可採用有限元差分法，從井口開始，對每個單元輸入i節點的載荷和位移，用單元方程求出j節點的內力和位移，直至井底，求出泵處的內力和位移，得出泵功圖。
差分法就是將微分算子(微分方程)轉化為在節點的狀態，這種方法稱為離散化，即要用差分方法求解某個問題，首先需要把自變量區域離散化。具體講，就是將位置空間(s)和時間空間(t)分割成若干個小區間，如果分割成許多個小矩形，稱此小矩形為網格。網格的頂點(xi，tj)稱為節點。為了將預測模型化為差分格式，將抽油杆柱離散成若干個單元，並以下標i(i＝0，1，2，...，N)表示每個節點的位置，在時間方面取等步長Δt，以下標j(j＝0，1，2，...M)表示，則ui，j表示抽油杆柱上第i個節點在時間tj時的位移。根據差商概念可得 對於第一級杆柱，除了兩級杆界面點i以外各點差分格式如下 將上述各式代入(F1-0)並略去餘項得 式中 ui，j+1(1+crΔt)＝(2-2λr+crΔt)ui，j-ui，j-1+λr(ui+1，j+ui-1，j)+grΔt2 ui，j+1＝λr1ui，j-λr2ui，j-1+λr3(ui+1，j+ui-1，j)+λr4gr (F1-29) 式中 第一級杆柱上除了i外任一點載荷的差分格式如下 同理第二級常規杆(加重杆)的差分格式除了i點以外各點的差分格式如下 ui，j+1＝λj1ui，j-λj2ui，j-1+λj3(ui+1，j+ui-1，j)+λrjgj (F1-31) 式中 第二級杆柱上除了i點外各點載荷的差分格式如下 對於鋼絲繩和加重杆的連接部分，由於鋼絲繩和加重杆的連接長度很小，所以對整個杆體的動力學特性影響很小，這裡採用等效值的方法處理 差分格式同(F1-34) 另外，根據地面示功圖計算井下示功圖時，必須首先確定阻尼係數。抽油杆柱系統的阻尼力包括粘阻尼力和非粘滯阻尼力。粘滯阻尼力有抽油杆、接篩與液體之間的粘滯摩擦力、泵閥和閥座內孔的流體壓力損失等。
鋼絲繩杆既沒有接箍，在繩體的表面還有防腐塗層。因此，在相同條件下，鋼絲繩杆在流體中的阻尼遠比常規鋼杆的小。計算時，可用由抽油杆柱在一個循環中由粘滯阻尼引起的摩擦功來確定的阻尼係數 其中 考慮到鋼絲繩的表面結構特性，取無量綱修正係數ψ 則 式中 dr-抽油杆直徑；dt-油管內徑；η-液體粘度，Pa·s；ρr-抽油杆的密度，Kg/m3；Ar-抽油杆的截面積，m2； 最終以井下泵功圖和油井的氣油比、含水、油粘度等物理參數的變化為依據，對井下泵工作狀況進行診斷和各項指標的量化，計算出泵的有效衝程、充滿係數、氣影響程度，計算泵的有效排量，進而折算求出井口有效排量。
實際應用中，通過對計算產液量值的標定，可以獲得較高的計量準確度。抽油機井泵功圖識別得到的是泵工作壓力下的地下液體體積流量，折算求出井口有效排量主要是根據質量連續原理，應用原油壓縮係數的，一個油田原油的壓縮係數是比較固定的，一般都約等於1，不會偏離1很大的距離，所以一般地面體積和地下體積相差不多，在沒有原油壓縮係數的情況下可以將這個係數涵蓋於地面流量標定係數中。
2.自噴井 如圖6所示，為自噴井時計算產液量的流程圖。其中，應用節流壓降計算模型應用節流壓差計算液體的流過量。該數學模型中考慮了氣體在不同狀況下所佔體積。本模型中，根據的工況數據指瞬時產液量、累積產液量等；根據的基礎數據指嘴前嘴後壓力P1，P2等動態參數，油嘴直徑d、生產氣液比Rs等靜態參數。
其中，自噴井產液量計算主要根據動態參數嘴前壓力P1(油壓)、嘴後壓力P2(回壓)；靜態參數油嘴直徑d、生產氣液比Rs，結合多相流油嘴節流模型計算出自噴井體積流量，然後用流量標定係數進行修正，得到自噴井井口標準流量，並計算出油井的流壓與產能。
其理論模型示意函數如下 Q自噴＝kf(d，P1，P2，Rs) (F2-0-1) Q自噴----自噴井的產液量，m3；d----油嘴直徑，mm；P1----嘴前壓力(油壓)，MPa；P2----嘴後壓力(回壓)，MPa；Rs----生產氣液比；k----流量標定係數。
應用貝努利方程和流動連續性原理，可推導出以下的理論流量公式，推導過程從略 上式適用於不含氣體的純液體計算，如果油井含有天然氣，需要進行天然氣校正，又由於校正係數c的定義是c＝實際流量/理論流量，就是前面的流量標定係數，最後可得出油嘴節流適用的流量公式 ε的計算公式如下 質量流量qm＝qv·ρ1 以上各式中 ε——被測介質的可膨脹性係數，對於液體ε＝1；對氣體、蒸氣等可壓縮流體ε＜1；qv——流體的體積流量，[m3/s]；(工況下總流體的體積流量)；qm——總流體的質量流量，[kg/S]；d——工作狀況下節流件的等效開孔直徑，[m](對於孔板是孔徑，對於文丘得管是喉徑)；ΔP-節流差壓，即油壓-回壓，ΔP＝P1-P2；[Pa]；ρ1——工作狀況下，節流前上遊處流體的密度，[kg/m3]； 根據氣油比等參數計算出，這裡從略；C——流出係數，無量綱；β——直徑比，無量綱，與節流嘴的形狀有關，對於錐形的節流嘴，β＝d/D，即小直徑/大直徑，對於一般通用的油嘴為等直徑的孔板，β＝1；k-天然氣的等熵指數，通常取1.229；P1-工況下節流件(內錐)上遊取壓孔處可壓縮流體的絕對靜壓，既油井的油壓Pa。
另外，自噴井部分的多相流計算部分如下所述 其中，F2.1多相流計算的基本參數如下 (1)多相流壓力梯度方程 多相管流的壓力梯度包括因舉高液體而克服重力所需的壓力勢能、流體因加速而增加的動能和流體沿管路的摩阻損失，其數學表達式如下 式中ρm為多相混合物的密度；vm為多相混合物的流速；fm為多相混合物流動時的摩擦阻力係數；d為管徑；p為壓力；h為深度；g為重力加速度；θ為井斜角的餘角。
(2)摩阻計算 此問題是已知管道內的流量Q、管道內徑d、管道長度L、水的密度ρ、水的動力粘度μ、管道內壁的絕對粗糙度Δ，求此段管道中的壓力損耗。此問題可按下面步驟計算。
根據管道內徑由下式計算管道的內截面積A 根據管道內的流量和管道的內截面積計算管道內水流的平均流速v v＝Q/A (F2-3) 根據管道內水流的平均流速、水的密度、水的粘度和管道內徑計算管道內水流的雷諾數Re 根據管道的絕對粗糙度和管道內徑計算管道內壁的相對粗糙度ε 根據管道內壁的相對粗糙度和雷諾數從表F2-2所列公式中選取一個合適用公式計算摩阻係數λ。
根據摩阻係數、管道長度、管道內徑、管道內水流速度和水的密度由下式計算壓力損耗ΔP。
當途中有分流時，沿程流量改變，應分段進行計算。
摩阻係數計算公式見表1。
表1 (3)按深度增量迭代的步驟 根據多相垂直管流的壓力梯度就可計算出沿程壓力分布。由於多相垂直管流中每相流體的物理參數及混合物密度和流速都隨壓力和溫度而變，沿程壓力梯度並不是常數。因此，多相管流需要分段計算，並要預先求得相應段的流體性質參數。然而，這些參數又是壓力和溫度的函數，壓力卻又是計算中需要求的未知數。所以多相管流需要採用迭代法進行計算。下面是通用的計算步驟 a.已知任一點的壓力P0作為起點，任選一個合適的深度間隔Δh。
b.估計一個對應於計算間隔的壓力增量ΔP。
c.計算本段的平均溫度

和平均壓力

，並確定該

知

下的全部流體性質參數溶解油氣比Rs、原油體積係數B0和粘度μ0、氣體密度ρg和粘度μg、混合物粘度μm、液體的表面張力σ。
d.先計算該段的壓力梯度

，然後計算對應於Δh的壓力增量 e.比較估計和計算的壓力增量，若二者之差不在允許範圍之內，則以計算值作為新的估計值，重複第(2)至(5)步，直到兩者之差在允許範圍之內為止。
f.計算該段下端對應的深度Li和壓力piLi＝iΔh；f=1，2，…，n。
g.以Li處的壓力pi為起點壓力重複第(2)至(7)步，計算下一段的深度Li+1和壓力Pi+1，直到各段累加深度等於或大於管長L(Ln≥L)時為止。
(4)環形流道的當量直徑 流體在環形流道中的摩阻可近似地用圓管的公式。此時，按照圓管與環形流道的水力鬥徑相等，把環形流道化為摩阻相當的圓管井行計算。即 式中R為水力半徑；de為當量直徑。
環形流道的面積為 式中dc為套管的內徑；dt為套管的外徑。
環形流道的溼周為 x＝π(dc+dt) (F2-9) 因此，根據水力半徑的定義，可求得環形流道的水力半徑 環形流道的當量直徑為 de＝4R＝dc-dt(F2-11) F2.2 Hagedorn-Brown模型 Hagedorn-Brown(1965)基於所假設的壓力梯度模型，根據大量的現場實驗數據反算持液率，提出了應用於各種流型下的兩相垂直上升管流壓降關係式，此壓降關係式不需要判別流型適用於產水氣井的流動條件，Hagedorn-Brown法適用於低氣液比的高產排液井。
(1)壓力梯度方程式 (2)計算方法 ①判斷流型 Hagedorn-Brown模型不需判別流型，只是當Nvg＜L1時使用Griffith相關式計算混合物密度ρm和fm，具體細節見Orkiszewski方法。其中 ②計算混合物的平均密度 a.由圖10確定無因次液相粘度準數Nl； b.計算滯留量的相關函數U 由圖11求出φ/ψ； c.由圖12求出ψ； d.計算持液率 φ′＝φ′l/ψ)ψ (F2-14) e.計算混合物的平均密度ρm (a)由φ′計算ρm(φ) ρm(φ′)＝ρlφ′+ρg(1-φ′) (F2-15) (b)比較ρm(φ′)和ρm，採用其中較大的值。
③確定摩阻係數fm a.計算兩相雷諾數NREm b.根據ε/d和NREm，由公式確定摩阻係數fm。
④計算Δ(Vm2) F2.3Orkiszewski方法 Orkiszewski法適用於高氣油比的中低產井。
(1)壓力梯度方程式 (2)計算方法 ①判斷流型 式中 L2＝50+36Nvgqsl/qsg L3＝75+84(Nvgqsl/qsg)0.75 ②根據流動方式，確定具體的平均密度ρm和摩阻損耗梯度τf。
a.氣泡流 (a)氣體所佔的空間分數Hg 式中vs取0.244m/s是一個較好的近似值。
(b)流體平均密度ρm ρm＝(1-Hg)ρl+Hgρg(F2-19) (c)摩阻梯度τf 式中f根據ε/d和NRE由公式計算，NRE＝1000ρlvsld/[μl(1-Hg)]。
b.段塞流 (a)流體平均密度ρm ρm＝(wm+ρlvsA)/(qm+vsA)+δρl (F2-21) 式中滑脫速度vs是氣泡流雷諾數NREb和雷諾數NRE的函數 NREb＝1000ρlvsd/μl NRE＝1000ρlvmd/μl 當NREb≤3000時 vs＝(0.546+8.74×10-6NRE)(gd)0.5(F2-22) 當NREb≥8000時 vs＝(0.35+8.74×10-6NRE)(gd)0.5 (F2-23) 當8000＞NREb3000時 vs0＝(0.251+8.74×10-6NRE)(gd)0.5 (F2-24) 液相分布係數δ與及連續液相有關 a)油為連續相，並且vm＞3.048m/s時， δ＝0.00537lg(μ1+1)/d1.371+0.569lg(d)+0.455-lg(vm/0.3048)
(F2-26) b)水為連續相，並且vm＞3.048m/s時， δ＝0.01741g(μ1)/d0.799-0.888lg(d)-0.162lg(vm)-1.2508 (F2-27) c)油為連續相，並且vm＜3.048m/s時， δ＝0.024lg(μ1+1)/d1.415+0.1131g(d)+0.1671g(vm)-1.1395 (F2-28) d)水為連續相，並且vm＜3.048m/s時， δ＝0.00252lg(μ1)/d1.35-0.428lg(d)+0.2321g(vm)-0.782 (F2-29) δ還要受以下條件的限制 當vm＜3.048m/s時，δ≥-0.2133vm； 當vm＞3.048m/s時，δ≥-vsAp(1-ρm/ρl)/(qm+vsA)。
(b)摩阻梯度τf 式中f根據ε/d和NRE由公式計算，NRE＝1000ρlvmd/μl。
c.過渡流 過渡流流型的平均密度ρm和摩阻損耗梯度τf，均按Nvg進行段塞流和環霧流的線性加權平均 ρm＝[(Lm-Nvg)ρm段+(Nvg-Ls)ρm霧]/(Lm-Ls) (F2-31) τf＝[(Lm-Nvg)τf段+(Nvg-Ls)τf霧]/(Lm-Ls) (F2-32) 為了更準確地預測摩阻損耗梯度，環霧流中的qsg按下式計算 d.環霧流 (a)氣體所佔的空間分數Hg Hg＝qsg/qm (F2-34) (b)流體的平均密度ρm ρm＝(1-Hg)ρl+Hgρg(F2-35) (c)摩阻梯度τf 式中f根據ε/d和NRE由公式計算，NRE＝1000ρgvsgd/μg。
由於環霧流中有液膜形成，相對粗糙度需重新計算，但它受條件0.001＜ε/d＜0.5的限制。ε/d的計算方法為 Nw＜0.005時 Nw≥0.005時 式中Nw的定義為 Nw＝4.865×10-6(vsgμl/σl)2(ρg/ρl) (F2-39) F2.4 Beggs-Brill方法 Beggs-Brill方法適用於各種角度的管線，井中油管和環空管，斜井時建議使用。
(1)壓力梯度方程式 (2)計算方法 ①判段流型 式中 L1＝316λ0.302；L2＝0.0009252λ-2.4684；L3＝0.1λ-1.4516；L4＝0.5λ-6.738 ②計算持液率Hl及兩相密度ρM a.計算水平持液率Hl(0) 式中回歸係數C1，C2和C3的取值見表2。
表2水平持液率公式回歸係數 b.計算斜度校正係數 式中回歸係數C4，C5，C6和C7的取值見表3。
表3斜度校正係數公式回歸係數 c.計算持液率校正係數ψ ψ＝1+C[sin(1.8θ)-0.333sin3(1.8θ)](F2-43) 對於垂向井ψ＝1+0.3C d.計算持液率Hl(θ)及兩相密度ρm Hl(θ)＝Hl(0)ψ ρm＝ρlHl+ρg(1-Hl)(F2-44) ③計算兩相摩阻係數fm a.計算摩阻係數比(fm/fn) (fm/fn)＝es (F2-45) 式中 S＝ln(y)/{-0.0523+3.182ln(y)-0.8725[ln(y)]2+0.01853[ln(y)]4} y＝λ/[Hl(θ)]2 當1＜y＜1.2時s＝ln(2.2y-1.2) b.計算無滑脫的摩阻係數fn fn＝{21g[NREn/(4.5223lgNREn-3.8215)]}-2 (F2-46) 或 c.計算兩相摩阻係數fm F2.5 Hasan-Kabir(哈森)方法 哈森方法將流動分為四種流型泡流、段塞流、渦流和環流。對於不同的流型，採用不同的方法計算流體參數和由於摩阻產生的壓力梯度。
氣泡在垂直系統中最終上升速度的表達式可由氣泡在液體中運動時的浮力和阻力的平衡導出。
式中v∞為氣泡的最終上升速度；g為重力加速度；σ為液體的表面張力；ρL為液體的密度；ρg為氣體的密度。
Taylor泡的上升速度為 式中v∞T為氣泡上升的Taylor速度；d為流道的直徑。
(1)泡流 當流動的流體滿足式(F2-50)或(F2-51)時，則流體流動的流型為泡流。
此時，摩阻產生的壓力梯度由式(F2-54)計算。
vgs＜0.429vLs+0.357v∞ (F2-50)式中vgs為氣體的表觀速度，即氣體流量除以整個流道的截面積；vLs為液體的表觀流速。
fg＜0.52且 式中fg為空隙因數；vm為氣液混合物的流速；μL為液體的粘度。而空隙因數由下列式子計算 式中C0為無量綱參數；dt為油管的外徑；dc為套管的內徑。
氣液混合物的密度由下式計算 ρm＝(1-fg)ρL+fgρg(F2-53) 式中ρm為氣液混合物的密度。
如流體的流型為泡流，則由摩阻產生的壓力梯度由下式計算 式中的摩阻係數fm是雷諾數的函數 (2)段塞流 當流道中的氣液兩相流動滿足下列條件時，則流動的流型為段塞流。
vgs＞0.429vLs+0.357v∞ (F2-56) 且當時， 當時， 當流體的流型為段塞流時，其空隙因數由下式計算 當流體的流型為段塞流時，其密度由下式計算 ρm＝(1-fg)ρL+fgρg(F2-60) 當流體的流型為段塞流時，其中由於摩阻產生的壓力梯度由下式計算 式中的摩阻係數是雷諾數的函數 (3)渦流 當流道中的氣液兩相流動滿足下列條件時，則流動的流型為渦流。
且當時， 當時， 當流動的流型為渦流時，其空隙因數由下式計算 式中C1為無因次量。
當流動的流型為渦流時，其密度由下式計算 ρm＝(1-fg)ρL+fgρg(F2-67) 當流動的流型為渦流時，其中由摩阻產生的壓力梯度由下式計算 式中的摩阻係數是雷諾數的函數 (4)環流 當流道中的氣液兩相流滿足下式時，則其流型為環流。
當流動的流型為環流時，其空隙因數由下式計算 fg＝(1+X0.8)-0.378 (F2-71) 式中X為無因次量，它由下式計算 式中x為氣體的質量比例。
當流動的流型為環流時，其密度由下式計算 式中E為核心氣體所攜帶的液體的比例。
當流動的流型為環流時，其中由於摩阻產生的壓力梯度由下式計算
式中NReg為雷諾數。
本油嘴節流計算模型同時還適用於使用地面油嘴的抽油機井、電潛泵井、螺杆泵井的只知道地面節流前後壓力的產液量計算，可以作為獨立的方法應用，也可以作為輔助的方法與主體的方法進行對比，考慮到模型的先進性，本發明中抽油機井、電潛泵井、螺杆泵井的主要計算方法為本實施例的算法。
3.螺杆泵井 如圖7所示，為螺杆泵井產液量計算流程圖。根據關係式來計算出質量流量。該關係式為有功功率＝質量流量×排出壓力。
所述工況數據為瞬時產液量、累積產液量，井口部分的扭矩、轉速、功率，泵端的扭矩、轉速、功率，有效功率，系統損耗、系統效率、泵排出壓力，電量、電費等，還有豐富的宏觀控制圖、診斷結論等諸多指標。所述油井基礎數據為轉速S、三相電流I1，I2，I3電壓U、功率因素cosφ、扭矩M、載荷P等動態參數；生產氣液比Rs等靜態參數根據。
如圖7所示，主要根據動態參數轉速s、三相電流I1，I2，I3、電壓U、功率因素cosφ、扭矩、載荷P；靜態參數生產氣液比Rs；利用力學計算數學模型和功耗計算數學模型擬合，計算出經過流量標定係數k修正，計算出螺杆泵井的地面標準狀況下的產液量。其理論模型示意函數如下 Q螺杆泵＝kf(S，I1，I2，I3，U，cosφ，M，P，Rs) (F3-0-1) Q螺杆泵----螺杆泵的產液量，m3；s----轉速，轉/分；----扭矩，N·m； ----載荷，kN；Rs----生產氣液比；I1，I2，I3----三相電流，A；U----電壓，V；cosφ----功率因數；k----流量標定係數，小數。
如圖8A和圖8B所示，梁的動力學方程理論示意圖。其中，螺杆泵井根據梁的動力學方程理論如下 假設梁不受外力作用，則梁的勢能泛函為 動能泛函為 其中ρ為梁的密度，Iζ為繞ζ軸的轉動慣量。
根據Hamilton變分原理 可得梁的運動微分方程如下 本發明中螺杆泵的適時參數主要計算就是通過求解以上方程組得到的，以上波動方程的細節如下述的螺杆泵井杆柱動態模型 將螺杆泵井杆柱作為一個2節點結構單元梁，引入位移的插值形式u＝Nae 其中ae為單元節點位移矢量，N為插值函數矩陣 ae＝(u1，v1，w1，θζ1，θξ1，θη1，u2，v2，w2，θζ2，θξ2，θη2)T(F3-1) 其中Ni為Lagrange插值函數，Hi(j)(i，j＝1，2)為Hermite插值函數 (F3-2)式中對軸向位移u和扭角θζ用Lagrange插值函數，對撓度v，w採用Hermite插值函數，這樣得到的節點處轉角θη，θξ即分別為v，w的一階導數。將位移插值形式代入(F3-0-2)式的動能泛函與(F3-0-3)式的勢能泛函中，再由拉格朗日方程 可得梁單元的動力學有限元方程 Mee+Keae＝0 (F3-5) 式中Me為單元質量矩陣，Ke為單元剛度矩陣，並與預軸力有關，PTe為單元等效溫度載荷矢量。並有 如果考慮阻尼和結點力，則上式改寫為 Mee+Ceae+Keae＝Pe (F3-9) 組集之後即可得到總體結構的動力學有限元方程 M+Ca+Ka＝P(F3-10) 上式中 M為結構質量矩陣； K為結構剛度矩陣； a為結構節點位移矢量； C表示阻尼矩陣，通常我們採用比例阻尼(即Rayleigh阻尼)，即 C＝αM+βK (F3-11) 其中α、β是不依賴於頻率的常數； P表示結點力列項，對於靜坐標系統，它表示外部結點力作用(包括等效結點力例如重力)，對於動坐標系，它還必須包括由於牽連加速度和柯氏加速度所產生的牽連力和柯氏力。
下面採用Newmark方法對上述方城在在時間域上離散。Newmark方法實質上是線性加速度法的一種推廣，它採用下列假設 rt+Δt＝rt+((1-δ)rt+δrt+Δt) (F3-12) 其中α和δ是按積分精度和穩定性要求而決定的參數。當α＝1/2且δ＝1/6時，上面兩式相當於線性加速度法，因為這時它們可以從下面時間間隔為Δt內線性假設的加速度表達式的積分得到 rt+τ＝rt+(rt+Δt-rt)τ/Δt (F3-14) 式中0≤τ≤Δt，Newmark方法原來是從常平均加速度法這樣一種無條件穩定積分方案提出的，那時δ＝1/2且α＝1/4，Δt內的加速度為 rt+τ＝(rt+rt+Δt)/2 (F3-15)Newmark方法中時間t+Δt的位移解答drt+Δt是通過滿足t+Δt的運動方程 Mrt+Δt+Cmrt+Δt+Kmdrt+Δt＝Qmt+Δt (F3-16) 而得到的。為此，首先從假設中解得 將上式帶入運動方程則可得到從drt，rt，rt計算drt+Δt的公式 需要說明的是，Newmark方法實際上是一種隱式算法，從數學上可以嚴格的證明當δ≥0.5，α≥0.25(0.5+δ)2時，Newmark方法是無條件穩定的，即時間步長Δt的大小可不影響解的穩定性，但它顯然會影響解的精度。
為了方便描述，將上述方程改寫成標準有限元形式如下 其中Me、Ce、Ke分別表示單元質量矩陣、單元阻尼矩陣、單元剛度矩陣，Qe表示單元載荷列陣，ae表示單元結點位移列陣。
注意觀察上面的方程，可以仿照靜力學方程的形式作進一步改寫 其中 很顯然，在按Newmark方法在時間域上離散之後，動力學方程的求解完全類似於靜力學方程。
Newmark方法求解方程(F3-0-5)的方法屬於數值計算內容，請使用相關數值計算方法進行求解，這裡不再贅述。
通過求解以上波動方程可以獲得各個生產時刻杆柱不同深度處的螺杆泵工作系統的扭轉圈數、速度、扭矩、角度等動態的變化參數，同時杆柱不同深度處的這些動態參數也對應著摩擦損耗變化，不同深度部分的功率等參數。也就是說，通過方程求解可以得到如下的扭矩構成和受力構成的各個分量 M＝M0+M1+M2+M3 (F3-24) M-光杆扭矩，N.m；M0-螺杆泵初始扭矩，N.m；M1-螺杆泵的工作扭矩，N.m；M2-抽油杆和井液的摩擦扭矩，N.m；M3-抽油杆的慣性扭矩以及扶正器的摩擦扭矩，N.m。
F＝F1+F2+F3+F4+F5 (F3-25) F1-抽油杆自重，N；F2-抽油杆所受的浮力，N；F3-液體壓差作用在轉子上的軸向力，N；F4-液體對抽油杆向上的摩擦力，N；F5-由於過盈引起的定子對抽油杆的半乾摩擦力，N。
需要注意的是，扶正器的摩擦扭矩要依據斜井的井眼軌跡相關計算模型得到，多相流的計算中也有用到井斜角角度的數據，這些與斜井有關的側向摩擦計算與壓力梯度計算均用到斜井計算模型其它井類型的斜井部分也全部用到了該斜井計算模型。斜井計算模型見相關的斜井井眼軌跡計算與側向力計算模型，而且石油工程領域這方面的計算模型較多，涉及到斜井的相關計算，可以任選一計算方法即可，此處不再贅述。
波動方程的求解過程也就是迭代的過程，通過以上敘述可以獲得杆柱最下端的有功功率和排出壓力，根據有功功率＝質量流量×排出壓力這一基本的關係式計算出質量流量，這一點和電潛泵井的思想是相同的，所不同的是電潛泵井油管中只有流體沒有杆柱，其泵排出壓力使用多相流算出，而螺杆泵井是在更加複雜的方程求解中逐級求得杆柱受力和多相流壓力分布得到有效功率和排出壓力的，也就是說，螺杆泵的有效功率和排出壓力是一個統一的複雜的耦合模型，當然這種耦合是計算機算法上的耦合，其物理計算依據是相同的。
螺杆泵井得到的是泵工作壓力下的地下液體質量流量，折算求出井口有效排量主要是根據質量連續原理，除以地麵條件下的原油密度，就得到地面體積流量，同時減去氣體所佔質量分數，一般情況下氣體所佔質量分數是非常小的，可以忽略不計。
4.電潛泵井 如圖9所示，為電潛泵井產液量計算流程圖。根據有功功率＝質量流量×排出壓力這一基本的關係式計算出質量流量。所述工況數據為瞬時產液量、累積產液量，輸入功率，泵功率、泵效率、有效功率，系統損耗、系統效率、泵排出壓力，電量、電費等，還有豐富的宏觀控制圖、診斷結論等諸多指標。所述油井基礎數據為嘴前嘴後壓力P1，P2、三相電流I1，I2，I3、電壓U、功率因素cosφ等動態參數；油嘴直徑d、生產氣液比Rs等靜態參數根據。
主要根據動態參數嘴前壓力P1(油壓)、嘴後壓力P2(回壓)、三相電流I1，I2，I3、電壓U、功率因數cosφ，靜態參數油嘴直徑d、生產氣液比Rs；利用多相流油嘴節流模型，電潛泵、電纜能耗模型，配合舉升數學模型加以修正和擬合，計算出電潛泵井的混合流體流量，再用流量標定係數k計算得到電潛泵井井口折算體積流量。其理論模型示意函數如下 Q電潛泵＝kf(d，P1，P2，Rs，I1，I2，I3，U，cosφ)(F4-0) Q電潛泵----電潛泵井的產液量，m3；d----油嘴直徑，mm；P1----嘴前壓力(油壓)，MPa；P2----嘴後壓力(回壓)，MPa；Ps----生產氣液比；I1，I2，I3----三相電流，A；U----電壓，V；cosφ----功率因數；k----流量標定係數，小數。
電潛泵井的流量計量基本思想是應用能耗模型獲得有功功率，應用多相流計算出泵的排出壓力，應用有功功率＝質量流量×排出壓力這一基本的關係式計算出質量流量，然後根據氣油比等參數算出氣體所佔質量，這個氣體質量比重是非常小的，從而獲得液體的質量流量，再根據區塊原油的密度可以獲得該質量流量原油對應的地面液體體積流量，也就是產液量。電潛泵井得到的是泵工作壓力下的地下液體質量流量，這一點和螺杆泵相同。
電潛泵井的流量計量獲得有功功率的能耗模型如以下模型所示，獲得泵的排出壓力的多相流計算模型與自噴井中的模型一致，此處不再贅述。
有效舉升高度(m)H有效＝H中+(P油-P流)×102 (F4-1) 有效功率(kw)P有效＝Q×H有效×γ混×100/8812800(F4-2) 有效揚程(m)H有效揚程＝H有效+HL(F4-3) 油管壓頭損失(MPa)HL＝0.111×10-10×λ×H泵深×q2/d5， (F4-4) 其中，q為平均流體體積流量，q＝Q/γ混，注意應該γ混＝0.5---1之間，λ可以取常數0.06； 油管摩阻損失功率(kw)P油管＝P有效×HL/H有效(F4-5) 泵吸入口壓力(MPa)P泵入口＝P流-γ混(H中-H泵)×0.00981 (F4-6) 電纜壓降(V)
電機輸入電壓(V)U電機入＝U-ΔU電纜 (F4-8) 電機輸入功率(kw)電機輸入功率＝電纜輸入功率-電纜消耗功率 電纜輸入功率(kw)P輸入＝1.732×U×(I1+I2+I3)cosφ/3(F4-9) 電纜消耗功率(kw)
L為電纜長度(m)， 其中，R電纜＝ρ/S (F4-11) r＝k*p/s (溫度＝(t口+t底)/2下的k值) 其中，ρ為銅導線電阻率(0.30295)，S為導體截面積， 地面設備損失功率(kw)P地面＝P輸入×0.025 (F4-12) 日耗電量(度)W日耗＝P輸入×1.025×24 (F4-13) 方液日耗電量(度)W方液日耗＝Ｗ日耗/Q (F4-14) 系統效率(％)η＝P有效×100％/P輸入(F4-15)混合液密度由下式求得
其中，

fw為含水，fw＝φ/100。
通過本發明的系統和方法，可完成的功能為 1.油井工況檢測功能 採集自噴井、抽油機井、電潛泵井、螺杆泵井電壓、電流、功率、載荷、衝次、衝程、井口壓力、油溫、生產時率、曲柄銷子、轉速、扭矩及巡井時間等生產參數，並實現人工/自動遠程控制。
2.注水井工況檢測功能 對注水井採集井口壓力、溫度、注水量、巡井時間等生產參數，並實現人工/自動遠程控制。
3.故障報警功能 停電、停機、回壓異常、缺相及電流異常、抽油機抽空、防盜紅外監控，曲柄銷鬆動脫落。
4.控制保護功能 對油井間抽控制；缺相、三相電流不平衡、曲柄銷脫落自動停機；遠程啟停控制和開關井場照明燈；實現對油水井產/注液量的自動計量控制。
5.數據通信功能 單井採用自主開發的YDSW遠程數據採集控制器(RTU)與上位機進行數據通信；中控室採用無線寬帶/光纜網絡通訊方式實現聯網。
6.數據管理功能 圖形方式實時顯示壓力、溫度、載荷、扭矩、電流、電壓、功率等各種生產參數及泵、機等生產設備運行狀態；實現生產參數超限報警及設備故障報警，預測故障位置和故障原因並進行相應提示。
7.攝像監視功能 在油水井、接轉站或聯合站外安裝若干雲臺和全景低照度攝像機，對站內全貌及油水井進行監視。
8.生產管理及遙控指揮 自動記錄巡井時間；與油田區域網數據共享；可以通過現有區域網路，在網上遠端監控油水井生產現場並進行指揮。
9.油井產量計量功能 在油井正常運行期間，能夠實現遠程測試數據的自動錄取，根據採集的壓力、轉速、地面示功圖等數據，應用油井量油技術，計算油井產液量，實現在無人值守情況下能及時掌握油井的動態變化。
10.油井生產系統分析與優化決策功能 根據檢測數據，進行生產井參數優化設計、在線診斷、抽油井系統效率分析等。
11.網絡查詢功能 通過IE瀏覽器和專用的視頻播放軟體，在油田信息網上可隨時瀏覽各油水井的各個監控畫面及實時生產數據，及液量計算結果，查詢有關生產報表及分析結果。
通過本發明，可在油田信息網上全面了解工區的生產狀況，實現油水井的遠程實時監控、聯合站生產參數和設備運行狀態的自動檢測與重要生產崗位的閉環控制和圖像監視，提高油田生產時率，簡化地面流程、節能降耗，保證油田安全生產，提高經濟、社會效益。
上述實施例僅用於說明本發明，而非用於限定本發明。
權利要求
1.一種油井產液量計量、工況分析優化方法，其特徵在於，包括步驟
獲取油井抽油機上的傳感器傳送的工況數據，並通過無線通信網絡將該工況數據傳送至工況採集及監視單元；
工況採集及監視單元接收所述工況數據，並將該工況數據進行處理後傳送至產液量計量單元，並監視油井的運行狀態；
產液量計量單元接收到所述工況數據後，根據該工況數據和資料庫中存儲的油井基礎數據計算產液量。
2.根據權利要求1所述的油井產液量計量、工況分析優化方法，其特徵在於，還包括步驟
對工況數據和計算出的產液量進行數據分析；
根據數據分析結果進行工況分析；
根據數據分析和工況分析結果進行優化設計。
3.根據權利要求2所述的油井產液量計量、工況分析優化方法，其特徵在於，還包括步驟對採集的所述工況數據、計算出的產液量和數據分析結果進行存儲。
4.根據權利要求1所述的油井產液量計量、工況分析優化方法，其特徵在於，所述產液量計量單元根據工況數據和油井基礎數據計算產液量，包括步驟
根據工況數據和油井基礎數據，應用產液量計算數學模型計算油井的單井產液量；
通過流量標定係數進行修正；
將修改後的計算產液量作為油井計量產液量。
5.根據權利要求4所述的油井產液量計量、工況分析優化方法，其特徵在於，所述油井為遊梁機有杆泵抽油時，應用有杆泵抽油模型計算油井的單井產液量，包括步驟
通過地面示功圖求得井下各級杆柱功圖和泵功然後，應用泵功圖識別技術計算產液量或工況指標。
6.根據權利要求4所述的油井產液量計量、工況分析優化方法，其特徵在於，所述油井為自噴井時，應用自噴井產液計算模型計算產液量，包括步驟應用多相流油嘴節流模型計算產液量。
7.根據權利要求4所述的油井產液量計量、工況分析優化方法，其特徵在於，所述油井為螺杆泵抽油時，應用螺杆泵抽油模型計算產液量，包括步驟
應用力學計算數學模型和功耗計算數學模型擬合計算有效功率和排出壓力；
根據質量流量與所述有功功率和排出壓力的關係計算產液量。
8.根據權利要求4所述的油井產液量計量、工況分析優化方法，其特徵在於，所述油井為電潛泵抽油時，應用電潛泵產液計算模型計算產液量，包括步驟
應用能耗模型獲得有功功率；
應用多相流油嘴節流模型計算出泵的排出壓力；
根據質量流量與所述有功功率和排出壓力的關係計算產液量。
9.一種油井產液量計量、工況分析優化系統，其特徵在於，至少包括數據採集控制器、工況採集及監視單元、產液量計量單元和存儲單元；其中，
數據採集控制器，安裝於油井中並與設置在油井抽油機上的傳感器相連接，用於採集所述傳感器的工況數據並通過無線通信網絡將該工況數據傳送至工況採集及監視單元，並對油井進行控制；
工況採集及監視單元，通過無線通信網絡與數據採集控制器進行信息交互，接收所述數據採集控制器發送的工況數據，並將手動或自動設置的指令發送至數據採集控制器，並監視油井的運行狀態；
產液量計量單元，與所述工況採集及監視單元和存儲器連接，接收所述工況採集及監視單元發送的工況數據，並根據該工況數據和儲存在存儲單元中的油井基礎數據，並且應用產液量計算數學模型計算產液量；並將採集到的工況數據送入存儲器進行存儲；
存儲單元，與所述產液量計量單元連接，用於儲存油井基礎數據供產液量計量單元使用；接收產液量計量單元傳送的產液量計量結果並儲存，並接收採集的工況數據並儲存。
10.根據權利要求9所述的油井產液量計量、工況分析優化系統，其特徵在於，還包括數據分析單元，與所述產液量計量單元和存儲單元連接，用於對相關數據進行分析並將數據分析結果發送至存儲器進行數據儲存；其中，所述相關數據至少包括產液量、壓力、載荷、泵效、系統效率、區塊中單井運行合理性統計。
11.根據權利要求10所述的油井產液量計量系統，其特徵在於，所述存儲單元包括
第一存儲單元，用於存儲油井基礎數據；
第二存儲單元，用於存儲油井生產報表，該生產報表中至少包括產液量採集到的工況數據和數據分析結果。
12.根據權利要求10所述的油井產液量計量、工況分析優化系統，其特徵在於，還包括工況分析單元，與所述數據分析單元連接，根據數據分析單元的分析結果對油井工況進行分析。
13.根據權利要求12所述的油井產液量計量、工況分析優化系統，其特徵在於，還包括優化設計單元，與所述數據分析單元和工況分析單元連接，根據數據分析結果和工況分析結果對油井進行優化設計。
14.根據權利要求9所述的油井產液量計量、工況分析優化系統，其特徵在於，還包括用戶終端，與所述產液量計量單元連接並進行信息交互，對油井產液量信息進行維護、對產液量計量結果進行查詢以及進行數據分析及優化設計。
15.根據權利要求9所述的油井產液量計量、工況分析優化系統，其特徵在於，還包括遠程視頻監控單元，與所述工況採集及監視單元連接，通過無線通信網絡對油井工況進行實時監控。
16.根據權利要求12所述的油井產液量計量、工況分析優化系統，其特徵在於，還包括網絡瀏覽單元，與所述工況採集及監視單元、產液量計量單元、數據分析單元、工況分析單元、優化設計單元以及存儲單元連接，用於對相關數據進行實時瀏覽、查詢。
17.根據權利要求15所述的油井產液量計量、工況分析優化系統，其特徵在於，還包括網絡瀏覽單元，與所述遠程視頻監控單元連接，用於對油井進行實時監視。
全文摘要
本發明提供一種油井產液量計量、工況分析優化方法和系統。該方法包括步驟獲取設置在油井抽油機上的傳感器傳送的工況數據，並通過無線通信網絡將該工況數據傳送至工況採集及監視單元；工況採集及監視單元接收所述工況數據，並將該工況數據傳送至產液量計量單元，並監視油井的運行狀態；產液量計量單元接收到所述工況數據後，根據該工況數據和資料庫中存儲的油井基礎數據計算產液量。通過本發明，可在油井無計量站情況下實現遠程油井工況數據的自動錄取、在無人值守情況下能及時掌握油井的動態變化。
文檔編號E21B43/00GK1970991SQ20061016481
公開日2007年5月30日 申請日期2006年12月6日 優先權日2006年12月6日
發明者檀朝東 申請人:中國石油大學(北京)