Q∕SY 1455-2012 抽油机井功图法产液量计量推荐作法

1、Q/SY中国石油球气翻飼企业标准Q/SY 14552012抽油机井功图法产液量计量推荐作法Recommendation practice for measurementof pumping oil well fluid production with dynamometer diagram2012-04-28 发布2012-07-01 实施中国石油天然气集团公司发布Q/SY 14552012I目 次 TOC o 1-5 h z ittfW n弓iw ni 籠i2规范性引用文件1术语和定义1基本要求2 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 5抽油机井功

2、图法产液量计量21计量原理22工艺设计原则 23系统结构和组成24油井产液量的计算 26技术要求41设计要求46.2数据采集单元43软件要求 54数据传输要求 56.5数据处理单元要求67系统调试要求 61数据采集62数据传输 68系统维护69 其他说明7附录A （资料性附录）抽油机井功图法产液量计量技术 8附录B （规范性附录）示功图数据存放标准格式12附录C （资料性附录）数据传输要求16附录D （资料性附录）数据处理单元要求17Q/SY 14552012本标准按照GB/T 1. 12009标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写给出的规则 起草。本标准由中国石油天然气集团公司标准化委员

3、会勘探与生产专业标准化技术委员会提出并归口。 本标准负责起草单位：长庆油田分公司。本标准参加起草单位：大港油田分公司、吉林油田分公司。本标准主要起草人：杨瑞、辛宏、李明江、曾亚勤、黄伟、孔凡、任桂山。Q/SY 14552012Q/SY 14552012抽油机井功图法油井产液量计量技术用于油田有杆泵抽油机井产液量计量，适应于油田产建地面 工程建设及老油田地面计量系统改造。本标准的制定和实施将对促进抽油机井功图法油井产液量计量技术的推广应用，以及确保在生产 中的正常使用起到积极的作用。本文件的发布机构提请注意，声明符合本文件时.可能涉及到与功图法油井计量装置内容相 关的专利的使用。该专利持有人已向

4、本文件的发布机构保证，他愿意同任何申请人在合理且无歧视的条款和条件 下，就专利授权许可进行谈判。该专利持有人的声明已在本文件的发布机构备案。相关信息可以通过 以下联系方式获得：专利持有人姓名：中国石油天然气股份有限公司。地址：北京市东城区东直门北大街9号。请注意除上述专利外，本文件的某些内容仍可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专 利的责任。Q/SY 14552012 Q/SY 14552012 Q/SY 14552012 抽油机井功图法产液量计量推荐作法1范围本标准规定了油田应用抽油机井功图法产液量计量技术进行油井产液量计量的推荐做法。本标准适应于抽油机井功图法产液量计量。2规范性引

5、用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件.其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB 501832()04石油天然气工程设计防火规范GB 5()3502005油气集输设计规范SY/T 00912006油气田及管道计算机控制系统设计规范SY/T 52321999石油工业应用软件工程规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。1抽油机井功图法产液量计量 the measurement of pumping oil well fluid production with dynamometer diagram根据有杆泵

6、抽油机井工作原理.建立定向井有杆泵抽油系统的力学、数学模型，对实时采集功图 数据进行分析，求解泵功图.通过识别泵的有效冲程，计算产液量的一种方法。3. 2抽油机井功 图法产液量计量系统 the measurement system of pumping oil well fluid production with dynamometer diagram使用抽油机井功图法产液量计量技术，对抽油机井生产过程进行数据采集、传输、计算、分析， 实现油井产液量在线计量的系统(以下简称系统)。3.3数据采集单元 data acquistion unit由载荷、位移传感器和井场RTU远程控制设备组成，每口油

7、井作为一个数据采集单元。3. 4数据传输 data transmission由通信设备、电缆线和安装附件组成，指数据采集单元与数据处理单元之间的数据传送、交换的 过程。3. 5数据处理单元 data processing unit由通信设备、计算机、抽油机井功图法产液量计量分析软件组成，对各数据采集单元实现远程监 测和数据处理的转油站、增压点和联合站。3. 6抽油机井功图法产液量计量分析软件 the measurement analysis software of pumping oil well fluid production with dynamometer diagram根据抽油机井功

8、图法产液量计量技术原理，开发的具有油井产液量计量功能的应用软件(以下简 称计量分析软件)。3. 7载荷位移一体化传感器 force and distance integrated sensor将载荷、位移传感器集成在一起，实现载荷和位移同步采集的一体化传感器。3. 8采集示功图 collecting dynamometer diagram通过载荷、位移传感器在井口实时测试的示功图。9测试示功图 measured dynamometer diagram使用便携示功仪在井口测试的示功图。4基本要求1对有杆栗抽油机井日产液量进行计量。4.2系统误差应符合GB 5()3502()05的要求，应控制在

9、10%以内，低产井应用软件计量时，最 大允许误差宜在土 15 %以内。4.3系统的建立和设备的选择应符合国家、行业相关技术标准要求，并按照相关的检定规程进行周 期检定和校准。5抽油机井功图法产液量计量1计量原理计量原理见附录A。5.2工艺设计原则5.2. 1根据油田产能建设规模.结合油田地理环境、工艺流程，按照相对集中、方便管理、经济合 理的原则进行设计。5.2.2应以保证计量精度为前提.选择设备、装置和元器件等.同时需要充分考虑系统的运行成本 和可操作性。5.3系统结构和组成5.3.1采用数据分散采集、集中处理的结构。3.2由多个数据采集单元、数据传输和一个数据处理单元组成。5.4油井产液量

10、的计算5. 4. 1计算步骤运行计量分析软件，对实时采集的示功图数据进行分析，求解泵功图，确定泵的有效冲程.计算Q/SY 14552012(2) #Q/SY 14552012(2) 油井产液量。5.4.2 基础数据的建立油井基础数据的收集和录人见表1表3。表1 XXX井井身数据表序号斜深m井斜角()方位角()12表2 XXX井数据收集表井号井别层位抽油机型号泵径mm泵挂m冲程m冲次min - 1杆柱组合(自上而下)含水%动液面m油压MPa套压MPa上次检泵日期规格X长度材料等级表3 XXX井井液数据收集表原油黏度mPa s原油密度 kg/m3气油比m3 / m35.4.3日产液量计算根据泵的有

11、效冲程，同时考虑到不同区块原油物性不同，溶解气含量不同，含气原油脱气体积收 缩引起的地层原油与地面原油的体积差，计算油井井口日产液量，见公式(1):q= 113It/2 Se n/B (1)式中：q油井井口产液量，m3/d;d栗径，m；Se有效冲程，m；n冲次，min-1 ；Bi一一原油体积系数，量纲为1 o注：原油体积系数根据该区块原油物性测取。5. 4.4日产液量的修正考虑到不同区块原油物性不同，在每个区块应用前应选取一些井进行油井测试，然后经对比分析 得出这个区块对功图计算结果进行修正，可根据油田实际应用情况，设定修正周期，每半年应至少修 正一次，见公式(2)公式(4)oQrQ/SY 1

12、4552012Q/SY 145520124 n，丄Sk n ,= !Q二 K q （4）式中：Q 油井产量，m3/d;K修正系数，量纲为1;Qr实际日单量液量，m3/d6技术要求6. 1 设计要求系统设计、设备选择、现场施工及安装、使用，应按照GB 501832004, GB 503502005, SY/T 00912006 和 SY/T 52321999 的要求执行。6.2数据采集单元6. 2.1示功图数据采集要求：a）以单口油井作为一个数据采集单元，同步采集抽油机井的瞬时悬点载荷、位移参量。b）根据油田产量和出液规律，确定每一口油井巡测一组示功图数据的频率，对低产井宜采用 10mm的频率，

13、且一天采集的有效功图数不少于110张。c）载荷与位移采集同步，不同步时间间隔=C60msod）在一个冲程周期内等时间间隔测取数据组点数，6（:）ms采集功图数据点间隔时间15（:）ms， 200数据点组数250。e）采集示功图与测试示功图形状相吻合。6. 2.2传感器要求：a）宜使用具有重力加速度原理的载荷位移一体化传感器。b）根据油井安装游梁式抽油机机型选择载荷、位移传感器，防爆等级不应低于ExdnBT4,防 护等级不低于IP65,见表4。c）与RTU有无线传输。d）要求一年内应标定一次。e）在应用过程中，发现传感器发生漂移时应及时进行标定。表4载荷传感器、位移传感器选择推荐表抽油机型号载荷

14、传感器位移传感器量程，kN精度,%F. S满量程量程，m精度，F. S满量程3型抽油机0 4()0. 502. 01. 04型抽油机0 5()0. 502. 01. 05型抽油机0600. 503. 01. 06型抽油机0800. 5()3. 51. 0Q/SY 14552012 Q/SY 14552012 表4 （续）抽油机型号载荷传感器位移传感器量程，kN精度-%F. S满量程量程，m精度,%F. S满量程7型抽油机()900. 503. 51.08型抽油机0 1000. 504. 01. 09型抽油机()11()0. 504. 51.01（）型抽油机()12()0. 504. 51.01

15、2型抽油机0 1500. 505. 51. 014型抽油机0 1700. 506. 51. 06.2.3 RTU控制器要求：a）具有模块化硬件结构。b）可靠性高，且适用于井场露天安装环境。c）其中CPU模块应具备一路以太网（RJ45）、一路RS485和一路RS232通信接口，数据存储 模块的容量不小于8M。d）对丛式井组，宜采用一个RTU控制多口油井模式。6.2.4井场硬件设备温度适用范围-40C80C，环境湿度95%RH。6.3软件要求6.3.1监控软件应具备组态、显示、监控、报警、系统自检等功能。6.3.2单机版软件：a）具有油井静态数据、动态数据、井身数据、示功图数据、抽油机数据、抽油杆

16、数据、抽油泵 数据、油管数据等数据库。其井身数据存储格式见表2,示功图数据按附录B规定格式存 放，便于读取和共享。b）设置井身数据、各种示功图数据（便携示功仪格式、二进制格式、特定格式）的导人接口， 并为油井自动监测预留导人接口。c）根据采集示功图数据对一口油井或多口油井进行产液量计算，汇总生成日报表。d）提供对管理油井基础数据、动态数据、示功图数据、井身数据、生产日报表、计算过程跟 踪等相关数据的查询、浏览、打印和编辑。e）可按预先设定的时间及井号自动导人示功图采集数据、可自动剔除采集错误示功图、自动提 示抽油机超载、自动提示计算、分析过程记录、根据预先设置发送生产日报表、可成批修改 油井基

17、础数据和动态数据。6.3.3网络版软件：a）主要采用B/S和C/S相结合结构.由应用服务器、客户端、数据维护等多个应用系统程序 组成。b）实时产液量计量。c）实时显示油井生产参数：冲程、冲次、日产液量、泵效、泵工作状况等。d）提供油井基础数据、示功图数据、载荷趋势查询。6.4数据传输要求数据传输要求参见附录C。6.5数据处理单元要求数据处理单元要求参见附录D。7 系统调试要求7.1数据采集7. 1. 1传感器标定：a）传感器产品出厂时，必须按设计特性指标进行标定，具有性能鉴定合格证的产品才能采用。b）施工前应对选用传感器产品进行1（）%的抽检，达到技术要求的才能投人安装施工。7. 1. 2 调

18、试：a）采集井口示功图图形准确、线条连贯、图形封闭、无异常现象。b）采集时间间隔、数据组数和张数达到技术标准要求。c）采集示功图数据存放格式与附录B中提供的格式相同。d）调试后的采集示功图形状与测试示功图形状吻合。7. 1.3 调试方法：a）使用已标定的便携式示功仪，对油井井口示功图进行测试。b）待抽油机运行平稳后，每口井等时间间隔（时间15min）测取3张5张示功图。c）依据测试示功图冲程对系统管理油井逐个进行冲程初始化设置。d）依据测试示功图对采集示功图进行校准，要求冲次偏差0. Imin-1 ,冲程偏差0. 02m,载 荷偏差测试载荷的5%。7. 2数据传输7. 2. 1 调试：a）按照

19、设定时间进行油井数据采集。b）将采集数据正常发送到数据处理单元。c）发现硬件问题及时解决或更换。7. 2.2 调试方法：a）按技术要求设定巡检时间。b）在计量分析软件上观察巡检油井的示功图图形及系统运行情况。8系统维护 8.1硬件维护：a）系统运行中示功图载荷值出现漂移和连续工作满一年的载荷传感器，必须进行校准和标定。b）RTU、传感器、电缆接头等损坏时要及时更换。O出现数据传输故障时.要及时进行传输设备及相关链路检查和维护。d）定期对计算机系统进行系统维护、数据备份和杀病毒。8.2数据维护：a）对油井油压、套压、含水、动液面等动态参数及时更新。b）检泵、修井作业之后及时对杆柱组合、泵径、泵挂

20、等参数进行修正。8.3使用管理：a）系统使用过程中请勿对系统所在目录的文件进行随意删除和增添。b）为了保持系统的正常使用.请勿随意使用外来磁盘或外存储器。c）油井修井、维护、保养时，注意保护安装在井场上的有关设备及器件，不得随意损坏。严禁 震动、碰撞和敲击载荷传感器及其他设备。9其他说明9.1对油井工况为抽油杆断脱、阀失灵、卡泵、气锁、脱筒工况的井，不进行产液量计算。 9.2对连抽带喷、油管上部漏失、黏度大于50mPa - s,相对密度大于（.92的稠油等油井判断失准、 无法计产，需采取其他计量方式。附录 A（资料性附录）抽油机井功图法产液量计量技术A. 1 技术原理抽油机井功图法产液量计量技

21、术是依据有杆泵工作状态与油井产液量变化关系，即把有杆泵抽油 系统视为一个复杂的振动系统，该系统在一定的边界条件和一定的初始条件下，对外部激励（地面功 图）产生响应（泵功图）。应用有限元方法研究建立有杆泵抽油系统的力学、数学模型，计算出系统 在不同井口示功图激励下的泵功图响应，然后对泵功图进行分析，确定泵的有效冲程，进而求出地面 折算有效排量（见图A. 1）。图A. 1抽油机井功图法产液量计量技术示意图A. 2数学模型把有杆泵抽油系统视为一个复杂的三维振动系统.考虑抽油杆、液柱及油管三个子系统在三维空 间的振动耦合及液柱可压缩性，以及在三维空间的振动耦合与抽油杆位移、速度、应变、应力和载荷 之间

22、随时间变化的因素，建立相关模型.应用有限元法及有限差分法进行模型求解，计算流程见图2。相关模型描述如下：a）抽油杆振动有限元力学模型。应用有限元梁单元法将抽油杆离散，在忽略了材料的阻尼及抽油杆的扭矩后，梁单元在局部坐标抽油机运动分析抽油杆柱离敗化点度 结速 该加 到. 得度 法速 方的 分刻 微时 值个 数各 用处亲功囲说明：jco井口位置某时刻位移，m；Po井口位置某时刻载荷，kN； z,某节点位置某时刻位移，m；P.某节点位置某时刻载荷，kN。图A. 2栗功图计算流程系中的有限元平衡方程见公式（A. 1）:M+ K=F + Q （A. 1）式中：M质量矩阵；K刚度矩阵；8单元位移矩阵；F单

23、元内力矩阵；Q单元外载矩阵。b）油管振动有限元力学模型。Pt ， At 春 /26 |_1油管单元有限元平衡方程见公式（A.2）:(A. 2)式中:（0（油管材料密度，kg/m3;At油管截面积，m2；Et油管材料拉伸弹性模量，dyn/cm2 ；I抽油杆单位长度，m。油管位移边界条件在井口，力的边界条件在井底。c）流体摩阻与液体振动力学模型。流体与抽油杆和流体与油管之间的摩阻力见公式（A. 3）:Ft =4ACI dr=cr (vr -巩)(A. 3)2k /z(vf vt) _ r、(A. 4)(A. 5)_ vr -vn(dt/d)Vf - vtln(d/dr)式中：cr井液和抽油杆之间的

24、摩擦系数，kg/s；ct井液和油管之间的摩擦系数，kg/s；Fr流体和抽油杆之间的摩擦阻力，N；Ft流体和油管之间的摩擦阻力，N；d中间变量，m；流体动力黏度，mPa s；Ac扶正器横截面积，m2 ；抽油杆轴向运动速度，m/s；流体运动速度，m/s;油管速度，m/s；dr抽油杆直径，m；d t油管内径，m。d）泵功图计算流程见图A. 2。3泵功图有效冲程识别模型采用多边形逼近法对泵功图进行预处理，再采用特征矢量法进行故障识别，充分考虑其他影响因 素判断泵有效冲程，然后根据判断的有效冲程计算产液量。a）泵功图多边形逼近：由于计算得到的泵功图数据点很多，而泵功图的几何特征仅仅集中在某 些点上，其他

25、点对泵功图的几何特征影响不大，因此采用多边形逼近法对泵功图数据点进行 预处理，过滤掉某些点对泵功图的几何特征影响不大的数据点。b）矢量特征法识别泵有效冲程：将处理过的泵功图标准化（无因次化），再用一系列连续的矢 量把它描述出来，即建立该泵功图的矢量链，把它和标准故障矢量链库中矢量链对比，来 判别出一个或多个故障，剔除抽油杆断脱、阀失灵、卡泵、气锁、脱筒等特殊工况井，对 其余工作正常油井结合生产参数，确定有效冲程，见图A. 3。Q/SY 14552012Q/SY 14552012A. 4抽油机井功图法产液量计量系统的建立在抽油机井功图法产液量计量技术研究的基础上，开发了由数据采集单元、数据传输和

26、数据处理 单元组成的抽油机井功图法产液量计量系统.见图A.4,实现了生产数据实时采集、产液量自动计 量、工况远程监测、油井故障诊断、报告自动生成、故障实时预警等功能。图A. 4系统结构不意图Q/SY 14552012 Q/SY 14552012 附录B(规范性附录)示功图数据存放标准格式1单机版系统示功图存储格式文件名为NODYYMMDD. ERG,其中NOD为油井对应的节点号(通常每个站点有一套节点编 号方案，由硬件厂商提供)，YY为数据采集日期中的年份后两位(如08代表2008年)，MM为月 份，DD为日期，约定光杆示功图文件(二进制)的扩展名为ERG。文件中以二进制格式连续存放一口油井一

27、段时间内按先后顺序采集的示功图数据，每2560个字 节为一个示功图，顺序存放着油井工作状态标志F、数据采集时间YYYY-MM-DD hh： mm： ss、 冲次z? (min_1)、位移载荷数据对个数N (509)、位移载荷数据5 (m)和F (kN),具体格式见 表 B. 1。表B. 1示功图数据存放标准格式字节代表数据实际存放值0油井工作状态标志F0 工作1 停电2停井3数据传输错误4测压5罐满6检泵7新井8连头9不采集10不清楚，缺少必要的生产井数据11其他工况1年（19802235）YYYY- 19802月MM3曰DD4时（24h制）hh5分mm6秒ss7冲次的高字节n* 1024/2

28、568冲次的低字节n* 1024 - n* 1024/256 * 2569位移载荷数据对个数N (509)的高字节N/25610位移载荷数据对个数N 509)的低字节N- N/256 * 256表B. 1 （续）字节代表数据实际存放值11第1对位移载荷数据的位移值h的高字节s i * 4096/25612第1对位移载荷数据的位移值、：的低字节si * 4096 - si * 4096/256 * 25613第1对位移载荷数据的载荷值F:的高字节Fl * 65536/256/25614第1对位移载荷数据的载荷值F,的中字节Fl * 65536/256 - Fl * 65536/256/256 *

29、 25615第1对位移载荷数据的载荷值F.的低字节Fl * 65536 - Fl * 65536/256 * 2565 * (i+ 1) + 1第i对位移载荷数据的位移值的高字节si* 4096/2565 * (i+ 1) +2第，对位移载荷数据的位移值h的低字节si * 4096 - si * 4096/256 * 2565 * (i+ 1) +3第/对位移载荷数据的载荷值F,的高字节Fi* 65536/256/2565 * (i+ 1) + 4第/对位移载荷数据的载荷值F,的中字节Fi* 65536/256 - Fi * 65536/256/256 *2565 * (i + 1) + 5第

30、z对位移载荷数据的载荷值F,的低字节Fi* 65536 - Fi* 65536/256 * 2562556保留2559注：为取整。按表B. 1格式存放，各种数据的表示范围和有效位数见表B. 2。表B. 2数据的表示范围和有效位数数据表示范围有效位数年 YYYY19802235冲次 n， min- 106434位移载荷数据对个数N0) F/= MaxF - MinF; F * = Oxffff;Buffer 15 = F/0 x100 ；Buffer 16 = F - Buffer 15 * 0 x100附录C（资料性附录）数据传输要求1传输方式：采用无线传输方式，主信道可选用数传电台、无线网桥、光缆、以太网、CDMA和 GMS/GPRS等通信方式