专利名称：抽油机井节能潜力测算方法
技术领域：
本发明涉及石油开采技术领域，具体是一种抽油机井节能潜力测算方法。
背景技术：
作为抽油机井的一个重要经济运行指标，机采系统效率当前广泛应用于油田机采系统管理和节能考核中。现有的行业标准是根据机采系统效率的绝对值来判定各油井、油田的节能水平。然而，机采系统效率指标除了受管理水平的影响，其本身还受地质条件、油层物性、原油物性、供液能力等诸多客观因素的影响，这使得各抽油机井的机采系统效率各不相同。因此，无论是分时段还是分单位，仅凭机采系统效率的绝对值来判定油田的生产效率不尽合理。其突出问题在于仅靠机采系统效率的绝对值难以掌握特定油井系统效率的提高潜力，即难以掌握油井的节能潜力。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，即克服现有技术中仅采用机采系统效率的绝对值来判定特定油井节能水平的局限性。为此目的，本发明提供一种抽油机井节能潜力测算方法。根据本发明的一个方面，所述抽油机井节能潜力测算方法包括下列步骤计算抽油机井的当前机采系统效率；计算产能相同并且能耗最低的情况下抽油机井的最优机采系统效率；以及根据所述当前机采系统效率和最优机采系统效率，测算抽油机井的节能潜力值。在优选实施方式中，计算抽油机井的当前机采系统效率进一步包括下列步骤计算抽油机井的有效功率；计算抽油机井的当前输入功率；以及计算所述有效功率与所述当前输入功率的比值，作为抽油机井的当前机采系统效率。当前输入功率意指特定油井在当前生产条件下生产一定量的原油所耗费的总功率，而有效功率意指所述总功率中用于生产所述一定量原油的功率，该有效功率可根据各种原油参数以及其他相关参数、通过现有测算方法以及任何其他合适的方法计算出来。例如，有效功率&可通过下列公式计算出来Pef=IAe^ow1*Pgh，其中， Q1= J17^m2Pgsnllp，在该式中，P为混合液密度(kg/ m3);g为重力加速度(m/s2);h为有效扬程(m);D为泵径(m); ηρ为泵效(％)。由此可见，当前机采系统效率能够反映出总功率中有多少功率被用于生产原油以及有多少功率被损耗；该效率不仅受油井自身特性一例如地质条件、油层物性、原油物性、供液能力等因素的影响，同时还受油田生产管理水平的影响。在更优选的实施方式中，计算抽油机井的最优机采系统效率进一步包括下列步骤计算产能相同的情况下抽油机井的最低输入功率；以及计算所述有效功率与所述最低输入功率的比值，作为抽油机井的最优机采系统效率。最低输入功率意指特定油井在理想生产条件下生产相同量的原油所耗费的最低总功率，而有效功率如上所述，意指所述最低总功率中用于生产所述相同量原油的功率。相应地，最优机采系统效率能够反映出最低总功率中有多少功率被用于生产原油以及有多少功率被损耗。因此，最优机采系统效率反映的是特定油井所能实现的最高系统效率，该效率主要受油井自身特性一例如地质条件、油层物性、原油物性、供液能力等因素的影响。在进一步优选的实施方式中，所述抽油机井的节能潜力值表示为百分数，并且计算为所述最优机采系统效率与所述当前机采系统效率之间的差值除以所述最优机采系统效率。举例来说，假设特定油井在理想生产条件下的最优机采系统效率为30%，而其当前机采系统效率为M %，则该油井的节能潜力值为(30% — ) /30% = 20%。也就是说，尽管该油井的当前机采系统效率绝对值仅为对％，属于低效油井，但是由于受自身特性所限，该油井能实现的最优(最高)机采系统效率也只有30%，因此，其已经实现了 80%的潜在系统效率，在未来的生产中，即便大幅改进设备和提升管理水平，该油井最多也只能再有 20%的系统效率潜力可挖(在实际生产中剩余20%的系统效率潜力通常不能被完全挖掘)。在进一步优选的实施方式中，所述抽油机井的节能潜力值表示为功率值，并且计算为所述当前输入功率与所述最低输入功率的差值。同样举例来说，假设特定油井在理想生产条件下生产相同量原油的最低输入功率为6KW，而其当前输入功率为10KW，则该油井的节能潜力值为IOKW - 6KW = 4KW。也就是说，该油井还可以通过改进设备、提升管理水平等措施来使输入功率最多降低4KW，同理，在实际生产中剩余4KW的系统效率潜力通常也不能被完全挖掘。在更进一步优选的实施方式中，所述当前输入功率计算为抽油机井的当前生产状态下的电机功耗，该电机功耗的计算包括下列步骤计算抽油机井的溶解气膨胀功率；计算抽油机井的地面损失功率；计算抽油机井的粘滞损失功率；计算抽油机井的滑动损失功率；以及将上述有效功率与所述地面损失功率、粘滞损失功率以及滑动损失功率相加并减去所述溶解气膨胀功率，所得结果作为抽油机井的当前输入功率。换句话说，特定油井的当前输入功率按照下列公式计算-.Pi = Pa+ Pr + Pi+ Pef -兄，其中Λ为当前输入功率，/νΛ、/\分别为地面损失功率、粘滞损失功率以及滑动损失功率，兄为溶解气膨胀功率，而^f为有效功率。此处，溶解气膨胀功率意指在原油举升过程中溶解气因所受压力降低而产生的体积膨胀能量，该能量有助于原油的举升，因此作为有用功率从当前功率消耗中减去；地面损失功率意指地面设备的功率损耗，主要包括抽油机机械损耗和电机自身的损耗；粘滞损失功率意指在原油举升过程中由于原油粘度所导致的功率损耗；而滑动损失功率主要是指在原油生产过程中抽油杆与抽油管以及油泵活塞与泵筒之间的滑动损失功率。上述溶解气膨胀功率和各种损失功率均可通过现有测算方法以及任何其他合适的方法获得。在更进一步优选的实施方式中，所述最低输入功率计算为产能相同的情况下抽油机井的最低电机功耗，该最低电机功耗的计算包括下列步骤在抽油机额定载荷、额定扭矩允许的范围内，确定能够抽汲相同产量的所有机采系统；确定每种机采系统的参数组合； 根据上述计算当前输入功率的方法，分别计算出每种机采系统的参数组合所对应的输入功率；以及从所有机采系统的参数组合所对应的输入功率中找出数值最低的输入功率，作为所述最低输入功率。更具体地说，所述最低输入功率/最低电机功耗的计算过程为在抽油机额定载荷、额定扭矩允许的范围内，找出能够抽汲相同目标产量的所有机采系统，每个机采系统的主要参数均包括管径、泵径、泵深、杆柱钢级、杆柱组合、冲程、冲次。即为抽汲同一目标产量，将各种管径、各种泵径、各种泵深、各种杆柱钢级、各种科学的杆柱组合、各种冲程及能够生产目标产量的相应冲次一一组合，每种参数组合对应着一种能耗，即对应着一种系统效率。然后，根据输入功率计算公式Λ = Pa+ Pt+八+ Pet ~ Pe分别计算出每种机采参数组合所对应的输入功率，接着从所有机采参数组合的输入功率中找出输入功率最低者即为所述最低输入功率，其对应的系统效率为最优系统效率。此外，由于对油井节能潜力值的测算是在产能相同的前提下进行的，对同一口抽油机井而言，产能相同则表明实际用于生产原油的有效功率相同，因此，可将理想生产条件下的有效功率设定为等于当前生产条件下的有效功率，既不会影响节能潜力值的测算，又可以简化计算过程。也就是说，无需再像上面计算当前生产条件下的有效功率那样来计算理想生产条件下的有效功率。在更进一步优选的实施方式中，还可以根据所述输入功率的计算过程和结果，使所述地面损失功率、粘滞损失功率以及滑动损失功率中的至少一项最小化，从而最大程度地降低所述当前输入功率。具体而言，特定油井的地面损失功率、粘滞损失功率以及滑动损失功率可以通过改进设备或工艺、提升生产管理水平等措施来降低，计算这些功率不仅可以为测算节能潜力值提供依据，还可以在特定油井的节能状况需要改进时为具体改进措施的采取提供依据。例如，当地面损失功率过大时，可以对地面抽油设备一诸如抽油机和电机进行改进；而当滑动损失功率过大时，可以对抽油杆和/或抽油管、油泵活塞和/或泵筒等进行材料或结构方面的改进。根据本发明的另一个方面，提供一种抽油机井节能潜力测算方法，该方法包括下列步骤计算抽油机井的当前机采系统效率；计算产能相同并且能耗最低的情况下抽油机井的最优机采系统效率；以及根据所述当前机采系统效率和最优机采系统效率，测算抽油机井的节能潜力值，其中，所述抽油机井的节能潜力值表示为百分数，并且计算为所述最优机采系统效率与所述当前机采系统效率之间的差值除以所述最优机采系统效率。根据本发明的又一个方面，提供一种抽油机井节能潜力测算方法，该方法包括下列步骤计算抽油机井的当前输入功率；计算产能相同的情况下抽油机井的最低输入功率；以及根据所述当前输入功率和最低输入功率，测算抽油机井的节能潜力值，其中，所述抽油机井的节能潜力值表示为功率值，并且计算为所述当前输入功率与所述最低输入功率的差值。由于本发明的上述方法将当前机采系统效率和最优机采系统效率相结合来测算抽油机井的节能潜力，因此避免了现有技术在进行能效测算时不考虑油井自身特性的问题，提高了特定油井节能潜力测算的合理性。本发明的意义还在于获得节能潜力并指导技术改造方向，通过准确找出特定油井在生产相同液量的情况下，可实现的最佳系统效率值， 应用系统效率潜力值指标来判断特定油井的系统效率实现状况，明确系统效率的提高潜力。
通过结合附图来描述本发明的优选实施方式，本领域技术人员将能更充分地理解本发明的上述以及其他特征和优点，附图中
图1是根据本发明的方法的一个优选实施方式的流程图。
具体实施例方式下文对本发明的优选实施方式的描述本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本发明、其应用或用途。应当指出的是，尽管该优选实施方式披露了本发明的各种具体参数和细节，但是本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围不限于这些参数和细节，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域技术人员能够对这些参数和细节做出修改、调整或等同替换，例如可以不同顺序执行所述方法中的各个步骤。如图1所示，根据本发明的抽油机井节能潜力测算方法包括下列步骤计算抽油机井的当前机采系统效率，该步骤又包括计算有效功率、计算当前输入功率以及计算有效功率与当前输入功率的比值作为抽油机井的当前机采系统效率；计算产能相同并且能耗最低的情况下抽油机井的最优机采系统效率，该步骤又包括计算产能相同的情况下抽油机井的最低输入功率以及计算所述有效功率与最低输入功率的比值作为抽油机井的最优机采系统效率；以及根据当前机采系统效率和最优机采系统效率测算抽油机井的节能潜力值， 该步骤又包括用最优机采系统效率与当前机采系统效率之间的差值除以最优机采系统效率从而算出抽油机井的节能潜力值(百分数)。替代性地，抽油机井的节能潜力值还可以表示为功率值，并且计算为当前输入功率与最低输入功率之间的差值。可选地，本发明的方法还可包括根据输入功率的计算过程和结果，针对性地采取措施以便最大程度地降低当前输入功率。下面结合附图对上述步骤分别予以说明。根据本发明，可按照下列公式计算出当前生产条件下的当前输入功率、对应的当前机采系统效率以及能够生产相同产量的能耗最低的系统输入功率一即最低输入功率以及对应的最优机采系统效率
Pi = Pa+ Pt+ 八+ Pet - Pe
η = Pei /Pi X 100%= Pei / (Pu +Pt+ Pk+ Pei - Pe) X 100%
其中，Λ为电机输入功率(kw) .,Pu为地面损失功率(kW) ；^为粘滞损失功率(kW) -,Pk为滑动损失功率(kw)必为溶解气膨胀功率(kW) Wef为有效功率(kW)；而η为机采系统效率。上述两个公式既可用于计算理想生产条件下的最优机采系统效率，也可用于计算当前生产条件下的当前机采系统效率。此外，无论是在当前生产条件下，还是在理想生产条件下，当前输入功率Pn。w和最低输入功率Pbest均可按照抽油机的电机功耗计算，该电机功耗可以是实际测得的，也可以是通过上述公式Λ = Pa+ Pt +八+ Pet - Pe计算出来的。有效功率Pei可根据各种原油参数以及其他相关参数、通过现有测算方法以及任何其他合适的方法计算出来。例如，有效功率Z7ef可通过下列公式计算出来^#1/86400%· P gh，其中，Q1=JI^-D2Pgsn ηρ，在该式中，P为混合液密度(kg/ m3);g为重力加速度(m/s2);h为有效扬程(m);D为泵径(m); ηρ 为泵效(％)。再者，最低输入功率Pbest可计算为产能相同的情况下抽油机井的最低电机功耗。 具体地说，与当前输入功率通过当前生产条件下的参数进行计算不同，最低输入功率的计算必须考虑能够抽汲相同产量的所有机采系统的每种参数组合。更具体地说，所述最低输入功率/最低电机功耗的计算过程为在抽油机额定载荷、额定扭矩允许的范围内，找出能够抽汲相同目标产量的所有机采系统，每个机采系统的主要参数均包括管径、泵径、泵深、 杆柱钢级、杆柱组合、冲程、冲次。即为抽汲同一目标产量，将各种管径、各种泵径、各种泵深、各种杆柱钢级、各种科学的杆柱组合、各种冲程及能够生产目标产量的相应冲次一一组合，每种参数组合对应着一种能耗，即对应着一种系统效率。然后，根据输入功率计算公式 Pi = Pa+ Pt+ P^ Pei - Pe分别计算出每种机采参数组合所对应的输入功率，接着从所有机采参数组合的输入功率中找出输入功率最低者即为所述最低输入功率，其对应的系统效率为最优系统效率。接下来，可根据下列公式计算出系统效率潜力值一即节能潜力值(百分数)R
R = ( nbest- nnow)/nbest x ιοο%
其中，ηn。w为当前机采系统效率，而nbest为最优机采系统效率。举例来说，假设特定油井在理想生产条件下的最优机采系统效率nbest为30%，而其当前机采系统效率iln。w为对％，则该油井的节能潜力百分数为(30^-^^)/30%= 20%。也就是说，尽管该油井的当前机采系统效率绝对值仅为，属于低效油井，但是由于受自身特性所限，该油井能实现的最优(最高)机采系统效率也只有30 %，因此，其已经实现了 80 %的潜在系统效率，在未来的生产中，即便大幅改进设备和提升管理水平，最多也只有20%的系统效率潜力可挖(在实际生产中剩余20%的系统效率潜力不可能被完全挖掘)。由此可见，应用系统节能潜力值来判断一口油井、一个区块或一个采油厂的系统效率实现状况，可以明确在油井的现有技术、油藏和设备条件下，实际能够达到的节能量化值。同时，可以明确改善哪些条件能够提高多少机采系统效率值。具体而言，特定油井的地面损失功率怂、粘滞损失功率Pt以及滑动损失功率可以通过改进设备或工艺、提升生产管理水平等措施来降低，计算这些功率不仅可以为测算节能潜力值提供依据，还可以在特定油井的节能状况需要改进时为具体改进措施的采取提供依据。例如，当地面损失功率过大时，可以对地面抽油设备一诸如抽油机和电机进行改进；而当滑动损失功率过大时，可以对抽油杆和/或抽油管、油泵活塞和/或泵筒等进行材料或结构方面的改进。如上所述，节能潜力值还可替代性地表示为(Pn。w - Pbest),这样一来，节能潜力值便表示为当前实际功耗与理想最低功耗之间的差值。同样举例来说，假设特定油井在理想生产条件下生产相同量原油的最低输入功率为6KW，而其当前输入功率为10KW，则该油井的节能潜力值为IOKW - 6KW = 4KW。也就是说，该油井还可以通过改进设备、提升管理水平等措施来使输入功率降低4KW，同理，在实际生产中剩余4KW的系统效率潜力不可能被完全挖掘。相应地，本发明克服了现有技术中采用系统效率绝对值指标评估生产的缺陷，引入了系统效率潜力值(节能潜力值)的概念，排除了特定油井自身因素的影响，从而使各抽油机井在系统效率测算中具有相同的起点，从而使不同油井、区块、采油队、采油厂和采油公司之间的系统效率水平比较变得更加科学和公平。也就是说，无需按照上面计算当前生产条件下的有效功率的方式来计算理想生产条件下的有效功率。尽管已参照优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围并不局限于这些优选实施方式，在不偏离本发明的基本原理的情况下，可以对所述实施方式以及其中的具体技术特征一例如各个测算步骤进行拆分、组合或改变，拆分、组合或改变后的技术方案仍将落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种抽油机井节能潜力测算方法，其特征在于包括下列步骤 计算抽油机井的当前机采系统效率；计算产能相同并且能耗最低的情况下抽油机井的最优机采系统效率；以及根据所述当前机采系统效率和最优机采系统效率，测算抽油机井的节能潜力值。
2.如权利要求1所述的抽油机井节能潜力测算方法，其特征在于，计算抽油机井的当前机采系统效率进一步包括下列步骤计算抽油机井的有效功率； 计算抽油机井的当前输入功率；以及计算所述有效功率与所述当前输入功率的比值，作为抽油机井的当前机采系统效率。
3.如权利要求2所述的抽油机井节能潜力测算方法，其特征在于，计算抽油机井的最优机采系统效率进一步包括下列步骤计算产能相同的情况下抽油机井的最低输入功率；以及计算所述有效功率与所述最低输入功率的比值，作为抽油机井的最优机采系统效率。
4.如权利要求3所述的抽油机井节能潜力测算方法，其特征在于，所述抽油机井的节能潜力值表示为百分数，并且计算为所述最优机采系统效率与所述当前机采系统效率之间的差值除以所述最优机采系统效率。
5.如权利要求3所述的抽油机井节能潜力测算方法，其特征在于，所述抽油机井的节能潜力值表示为功率值，并且计算为所述当前输入功率与所述最低输入功率的差值。
6.如权利要求2至5中任一项所述的抽油机井节能潜力测算方法，其特征在于，所述当前输入功率计算为抽油机井的当前生产状态下的电机功耗，该电机功耗的计算包括下列步骤计算抽油机井的溶解气膨胀功率； 计算抽油机井的地面损失功率； 计算抽油机井的粘滞损失功率； 计算抽油机井的滑动损失功率；以及将所述有效功率与所述地面损失功率、粘滞损失功率以及滑动损失功率相加并减去所述溶解气膨胀功率，所得结果作为抽油机井的当前输入功率。
7.如权利要求3至5中任一项所述的抽油机井节能潜力测算方法，其特征在于，所述最低输入功率计算为产能相同的情况下抽油机井的最低电机功耗，该最低电机功耗的计算包括下列步骤在抽油机额定载荷、额定扭矩允许的范围内，确定能够抽汲相同产量的所有机采系统；确定每种机采系统的参数组合；根据权利要求6所述的计算当前输入功率的方法，分别计算出每种机采系统的参数组合所对应的输入功率；以及从所有机采系统的参数组合所对应的输入功率中找出数值最低的输入功率，作为所述最低输入功率。
8.如权利要求6所述的抽油机井节能潜力测算方法，其特征在于，根据所述输入功率的计算过程和结果，使所述地面损失功率、粘滞损失功率以及滑动损失功率中的至少一项最小化，从而最大程度地降低所述当前输入功率。
9.一种抽油机井节能潜力测算方法，其特征在于包括下列步骤 计算抽油机井的当前机采系统效率；计算产能相同并且能耗最低的情况下抽油机井的最优机采系统效率；以及根据所述当前机采系统效率和最优机采系统效率，测算抽油机井的节能潜力值， 其中，所述抽油机井的节能潜力值表示为百分数，并且计算为所述最优机采系统效率与所述当前机采系统效率之间的差值除以所述最优机采系统效率。
10.一种抽油机井节能潜力测算方法，其特征在于包括下列步骤 计算抽油机井的当前输入功率；计算产能相同的情况下抽油机井的最低输入功率；以及根据所述当前输入功率和最低输入功率，测算抽油机井的节能潜力值， 其中，所述抽油机井的节能潜力值表示为功率值，并且计算为所述当前输入功率与所述最低输入功率的差值。
全文摘要
本发明涉及石油开采技术领域，具体是一种抽油机井节能潜力测算方法。该方法旨在克服现有技术中仅采用机采系统效率的绝对值来判定特定油井节能水平的局限性。为此，本发明的方法包括计算抽油机井的当前机采系统效率；计算产能相同并且能耗最低的情况下抽油机井的最优机采系统效率；以及根据当前机采系统效率和最优机采系统效率，测算抽油机井的节能潜力值。由于本发明的方法将当前机采系统效率和最优机采系统效率相结合来测算抽油机井的节能潜力，因此避免了现有技术在进行能效测算时不考虑油井自身特性的问题，提高了特定油井节能潜力测算的合理性。
文档编号G06F19/00GK102323999SQ20111030781
公开日2012年1月18日 申请日期2011年10月12日 优先权日2011年10月12日
发明者郑海金 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司江苏油田分公司, 扬州江苏油田瑞达石油工程技术开发有限公司