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1、ICS 75.020 E 14 中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 7492-2020 抽油机井示功图法产液量计算技术规范Technical specification of beam pumping well production calculation with dynamometer card 2020-10-23发布2021-02-01实施国家能源局发布SY/T 7492-2020 目次前言.rn 1 范围-2 规范性引用文件.3 术语和定义4 技术要求.24.1 地面示功图采集2 4.2 计算产液量方法.2 4.3 计算日产液量误差范围.2 4.4 油井基础数据2附录A(资料性
2、附录)抽油机井示功图法计算产液量方法.3 附录B(资料性附录)油井基础数据.12SY/T 7492-2020 目IJ1=1 本标准按照GB!f1.1-2009 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。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由采油采气专业标准化委员会提出并归口。本标准起草单位:中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司油气工艺研究院、中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院采油采气工程研究所、中国石油大港油田采油工艺研究院、中国石油天然气股份有限公司新疆油田分公司工程技术研究院、大庆油田有限责任公司采油工程研究院、中国石
3、油天然气股份有限公司新疆油田分公司数据公司、中国石油天然气股份有限公司吉林油田分公司开发部、中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术研究院、贵州航天凯山石油仪器有限公司、北京长森石油科技有限公司、北京安控科技股份有限公司。本标准主要起草人:黄伟、李明江、李永长、辛宏、甘庆明、张喜I田、任桂山、王梓亟、张德实、吴斌、孔凡、刘丙生、王先鹏、雷长森、金钟辉、黄天虎、李珍、张彬。III SY/T 7492-2020 抽油机井示功图法产液量计算技术规范1 范围本标准规定了抽油机排地面示功国采、计算产液量误差等技术要求，推荐了计算产液量方法。本标准适用于利用示功图计算产液量的拍证机井。2 规范性
4、引用文件下列文件对于本文件的应用是必主耳莎的。凡是注日期的引用文件，i)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)适用于杏文件。./SY IT 5166-2007 抽油啊，井测试仪器技术条性，而l|子，用适义中尼义um晴和目明术3.1 抽油机井示功图法计算产液量beam ppmping well production calcula)ion with dynamometer card 通过地面示功图求解告到井下泵示功时，应用泵示功图识别技术计算主液量的一种方法。3.2 地面示功图surface pynanmd r card 抽油机悬点载荷与其他移的关系副线
5、。3.3 3.4 3.5 有效;中程effective siroke 在一个冲程周期内，有效排滑的丰f塞行稽。3.6 井液体积系数well fluid volume factor 井液在地下的体积(即地层液体体积)与其在地面脱气后的体积之比。3.7 析、定日产液量calibration daily liquid volume 采用计量装置核定的油井日产液量。SY/T 7492-2020 4 技术要求4.1 地面示功图采集4.1.1 在一个冲程周期内等时间间隔测取数据组点数，应不少于144个点:载荷、位移传感器精度应不低于0.5%FS，冲次偏差应不大于1%(见SYIT 5166-2007中的3工
6、1、3工2)。4.1.2 载荷与位移应同步采集，间隔应小于25ms。4.1.3 根据油井产液量和出液规律，确定每一口油井采集地面示功图数据的频次:a)液量小于5m切的井，宜每IOmin采集一次地面示功图，一天有效地面示功图数量应不少于110张。b)液量5m3/d-lOm3/d的井，宜每30min采集一次地面示功图，一天有效地面示功图数量应不少于44张。c)液量大于10m坷的井，宜每仙由1采集一次地面示功图，一天有效地面示功图数量应不少于22张。4.2 计算产液量方法4.2.1 宜采用有效冲程法，但不限于此法。4.2.2 宜采用波动方程或MSD模型将地面示功图转化为泵示功图，参见附录A。4.2.
7、3 宜综合采用泵阀启闭判断、多边形逼近和矢量特征法确定泵示功图有效冲程。4.2.4 宜采用时间加权平均法计算平均日产液量。4.3 计算日产液量误差范围日产液量小于5m坷，计算误差不大于20%;日产液量5m3/d-lOm3/d，计算误差不大于15%;日产液量大于lOm3/d，计算误差不大于10%，计算见公式(I):%hu h l标一二-1咽1-。-一一n.(I)式中:6一一计算误差;Q，十计算日产液量，单位为立方米每天(m3/d);Q标标定日产液量，单位为立方米每天(m子d)0 4.4 油井基础数据4.4.1 数据录取内容参见附录B。4.4.2 数据发生变化应在24h内进行更新。4.4.3 油井
8、动态测试及化验后，应在2d内更新油井动态数据，主要包括动液面、含水、油压、套压等。4.4.4 油井修井作业应在完井生产5d内进行基础数据的更新。2 SY/T 7492-2020 附录A(资料性附录)抽油机井示功图法计算产液量方法A.l 技术原理抽油机井示功图出十*酷依据有杆泵工作状态与油井产液量变化关系，在一定的边界条件.和初始条件下，通过采集地面示功图，利-用有杆泵抽油系统的力学、数学模型求解出泵示功图，对泵1、飞示功图进行分析，确定泵的有效冲程，进而订算出地面有妓排量(如图A.l所示)。A.2 数学模型A.2.1 波动方程图A.l抽油机井示功图法计算产液量流程示意图地面示功图转化为泵示功图
9、可用Gibbs提出的带黠滞阻尼的波动方程见公式(A.l)描述:3 SY/T 7492-2020 a2u(x,t)2 a2U(X,t)U(X，t)一一一一一一一一一一一一一一-ctL aXLt.(A.1)式中:U(X,t)抽油杆柱在x断面不同时刻t的位移函数，单位为米(m);G一一应力波在抽油杆柱中的传播速度，单位为米每秒(m/s);C一一茹滞阻尼系数。用以截尾傅氏级数表示的悬点动载荷函数D(t)及光杆位移函数U(t)作为波动方程见公式(A.1)的边界条件，见公式(A.2)、公式(A.3):D(t)二?+艺(11COSnt+叩nwt).(A.2)U(t)=旦+亏(vcos nwt+sin nwt
10、)2芒fMM/O 王三t T.(A.3)描述光杆动载和位移变化的傅氏系数由实测D(t)和U(t)曲线数值积分求得:n=72川叫子pJ(n=O,1，豆)t=72叫刊于p)(n=l，豆)飞Ill-/P M-k/ttlttttt飞、口、uo p-、，/P J飞、U KTJ-M 2-k 一-VF(n=O,1，王)飞Ill-lt/Jpa n-K 7&一/il-1 n 03、/p/飞、U KY-M 2-k 一一内(n=l，豆)式中:卢傅氏级数所取的项数(可取10);一一曲柄角速度，单位为弧度每秒(rad/s);t一一时间，单位为秒(s);T一一抽吸周期，单位为秒(s);k-2n周期内等分的份数(不少于14
11、4);p一一从O到k各点序号。以公式(A.2)和公式(A.3)为边界条件，用分离变量法求解方程见公式(A.1)，可得抽油杆任意深度x断面的位移随时间的变化U(工，t)，见公式(A.4):hhix+LDOMU)snwt叩sinnwt2EA,2 .(A.4)根据胡克定律，抽油杆柱任意深度x断面上的动载荷随时间的变化F衍，t)为见公式(A.5)、公式(A.6):aU(x,t)F(x,t)二EA.Ix.(A.5)4 厅川川日hH一1i号。(X)iP(X).F(x.t)=二()十EA)I，-cosnt十一-smnt1 2且Lx x J 公式(A.5)和公式(A.6)中的函数和系数如下:Gn(x)干.hx
12、+onshx)sinaxx+(nsh卢川vnchnx)sanx(x)=f Cknsh卢nx+;chf3x)cosxx-(nch卢x十vnsh卢nx)sina a一一=a2 L _(Jnf)FnPn.n卢n飞n飞?营f4材(:+t圳)川EAr(a十卢点t圳习:汗)季占滞阻力系数公式见公式(A.7):CJ旦-t-+(B.七J71古rAr I叫mB2 J I B.=m2-1 21nm 式中:E 非杆弹性模量，单位为帕斯卡(Pa);Ar-抽油杆的截面积，单位为平方米(m2)一一由柄的角速度，单位为弧度每秒(rad/s);鸟，Di一一抽油杆直径、油管内径，单位为毫米(mm);一一液体动力布度，单位为帕斯
13、卡秒(Pa.s);r 抽油杆密度，单位为千克每立方米(kg/m3);SY/T 7492-2020(A.6).(A.7)d SY/T 7492-2020 L一一抽油杆柱长度，单位为米(m)。以上公式只适用于单级抽油杆体，在实际计算时应附加接箍引起的阻尼。在t时间，x断面上的总载荷等于动载荷F(x,t)力Ox断面以下的抽油杆柱在井液中的重力。对于多级杆柱，根据杆柱上载荷的连续性原理，第二级杆柱顶部载荷和位移的傅氏系数与第一级顶部(地面)的系数的关系为:式中:02=吼:n2=EArO:Tn2=EAr P:九二三L，+Vn;V町、二。.(x);礼、二贝(x)EAr Ll一一第一级杆柱长度，单位为米(m
14、)。A.2.2 MSD模型A.2.2.1 概述建立考虑油井杆液站滞摩阻力和杆管库仑摩擦力的计算模型，模型包括抽油杆柱质量(Mass)弹簧(Spring)一阻尼(Damping)单元模型和抽油杆柱MSD连续模型。A.2.2.2 MSD单元模型将抽油杆柱离散化，分为m个单元(m趋近于无穷大且最长单元的长度趋近于O时，最后的解答趋近于问题的精确解)，然后对每个单元作如下的等效处理:去掉单元的弯曲刚度(弯由刚度所引起井身各处的杆管侧压力单独考虑)，将单元的质量分配到单元下端结点，形成一些集中质量mi，而各个集中质量之间用拉压刚度为此的弹簧代替，杆管侧压力Ni就作用在集中质量mi上，把杆液之间的薪性摩阻
15、等效成阻尼系数为Ci的阻尼器。由于弹簧没有质量，所以它两端的作用力相同，而集中质量可认为是一个质点，所以它两端的位移可看作是相同的。如图A.2所示，抽油杆柱的离散化方程为公式(A.8):山二十J.(A.8)式中:Si一一第i个单元位移，单位为米(m);Fi一一第l个单元所受载荷，单位为牛(N);叫一一第i个单元的等效杆柱质量，单位为千克(kg);r 时间，单位为秒(s);h 第i个单元的等效弹性系数，单位为牛每米(N/m);Ci 第i个单元的等效阻尼系数，单位为千克每秒(kg/s);g一一重力加速度，单位为米每二次方秒(m/s2)z一一井斜角，单位为弧度(rad);Fi一1一一第1一1个单元所
16、受载荷，单位为牛(N);6 SY/T 7492-2020 F()=Fo()=FpR()80二SII()二SlR()C,tll 1 FiJ F,=Fm()二Frump()图A.2抽油料柱MSD离散模型咱1(Sj)速度才I的.正负号skj一一杆管间库仑动璋擦系数zM 杆管间侧压力，I单位为牛(N);在一一曲柄转角，单位协弧度(rad。A.2.2.3 MSD模型求解方法抽油杆柱作纵向振动【如图A.3所示)l见公式(.9)、公式(A.IO)F=叫R22(A.9).(A.lO)得到运动微分方程，见公式(A.ll):2S 8s(由1rArd.x:=ArEr:d.x-Cd.x，ul一+gArd.xcosa-
17、sgnl:l,ukqd.x 8t r r 8xo t).(A.ll)qr=，A，7 SY/T 7492-2020 EA，.，r x 明ilS S+专-dxrJX 制dxcos S一位移(m);t一时间(s);q一杆管问分布侧压力(N/m)，F一轩柱所受载荷(N);g一重力加速度(m/s2)图A.3抽油杆柱MSD连续模型式中:r一一抽油杆柱材料的密度，单位为千克每立方米(kg/m3);Er-抽油杆柱材料的弹性模量，单位为帕斯卡(Pa);l 井掖的动力秸度，单位为帕斯卡秒(Pa.s);Ar 抽油杆柱的横截面面积，单位为平方米(时);C 和杆管环形空间横截面形状尺寸有关的系数;井斜角，单位为弧度(r
18、ad);k一一杆管间库仑动摩擦系数:q一一杆管间分布侧压力，单位为牛每米(N/m);qr一一抽油杆柱的单位长度杆重(质量)，单位为千克每米(kg/m)。抽油杆柱的运动是有阻尼的强迫振动，运动微分方程的解由两部分组成:自由振动和强迫振动，前者由于阻尼的存在，会很快衰减消失，后者由于外部激扰的周期作用，会一直存在，为问题的稳态解。抽油杆柱的上部边界条件为见公式(A.12):lij=lzA.(A.12)把S;-1、Fi-1、S;、Fi展开为Fourier级数见公式(A.13):8 SY/T 7492-2020 Si_1=Si_1(e)=2:=1a 十亏Ia,cos i+b(i_l)i sin j8)
19、=(i-I)j 2(i阳台飞(i-I)jU JV,V(i_l)j U,JV J.(A.13)气主C(川二jG(l斗(i-I)jcos J叶(i-I)jSInJ)悬点位置的So=So()1=与PR()和Fo=Fo()=FpR()是已知的，通过把它们展开为Fourier.吨级数，可以获得系数机吗?1 170，1，2，N和bojeOj尸，j=l,2,N，最后通过Fourier级数的计算.%公式(A.12)川式(A.13)就可以求出泵处的Spump()=-S,()和Fpump()=凡(的，即得宅示功图Fpump吼叫l(S;mp)。电飞可A.3 有效;中程识别A.3.1 泵阀启闭判断法/从泵的工作过程上
20、分析，根据薛上所承受的载荷的变化特性及泵呻开闭点位置，可将泵示功图分为以下几个阶段，如图d至图A.9所示。回国图A.4回图A.6国j国回图A.8游动阔漏失回rIJ 回供在不足和气体影晌因二开图A.脱筒E 汇因图A.9固定阀漏失通过分析抽油泵的工作原理、观察理论泵示功图的几何特征可知，泵示功图阀启闭点处由率变化较大，且固定阀启问点在上冲程的高载荷段，游动阀的启问点在下冲程的低载荷段。泵示功图曲线上任意一点Pi的曲率Ki根据与其相邻的五个数据点Pi-2(Si-2，五2)、Pi-I(Si-I,/;-1)、Pi(屿，川、Pi+1(S;+I儿1)、P;+2(s山h+2)之间的几何关系计算，如图A.lO所
21、示。9 SY/T 7492-2020 P,-I P;+,Pi-2 Pi+1 图A.I0离散点曲率计算示意图则R点的曲率计算见公式(A.14):K一生旦-111,.(A.14)式中，118;是直线P;-2P;到直线P;P凶的有向旋转角度，计算见公式(A.15):A=arc叫(兀k2)(S;-S;_2)-(兀兀2)(Si-Si+2111+(si-Si_2)(Si-S川.(A.15)弧长111;的近似计算见公式(A.16):111,=I1-2I1-1+I1-1I1+I1I1+1+I1+1I1+2.(A.16)则点P;处的曲率变化量8K;根据Pi、P;+l两点的曲率Ki、K川由公式(A.17)计算:8
22、K;=IKi+l-K;I.(A.17)泵示功图曲线是通过数值方法计算得到的，曲线中含有复杂的频率成分。在实际计算中，为了降低或消除其引起的曲率变化量的波动，一般采用相邻5点取平均值的方法计算中间点的曲率变化量8K;，以提高计算精度，见公式(A.18):8K;=(8Ki_2+8Ki-1+8Ki+8K，什1+8Ki+2)/5 oo tEA A 在泵示功图的高载荷段找出由率变化最大的两个尖峰点，位移小者为固定间开启点，反之为固定阀关闭点;在低载荷段找出曲率变化最大的两个点，位移小者为游动阀关闭点，反之为游动阀开启点，分别计算固定阀启闭点的位置差和游动阀启闭点的位置差，则有效冲程为其中较小者。A.3.
23、2 多边形逼近和矢量特征法采用多边形逼近法对泵示功图进行预处理，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。具体步骤如下:a)泵示功图多边形逼近:由于计算得到的泵示功图数据点很多，而泵示功图的几何特征仅仅集中在某些点上，其他点对泵示功图的几何特征影响不大，因此采用多边形逼近法对泵示功图数据点进行预处理，过滤掉某些对泵示功图的几何特征影响不大的数据点。b)矢量特征法:将处理过的泵示功图标准化(无因次化)，再用一系列连续的矢量把它描述出10 SY/T 7492-2020 来，即建立该泵示功图的矢量链，把它和标准故障矢量链库中矢量链对比，来判别
24、出一个或多个故障，剔除抽油杆断脱、间失灵、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，如图A.11所示。i市见故障泵示功罔实际泵示功图A.4 计算产液量A.4.1 单张示功图计算日f液量根据泵的有效冲程，式中:标准故障矢量链!车图1.11有效冲程识别d2S Q、.=1440 X二-c千叫d叮一坷Q实油井产液量，悻位为立方米每夫(m切);d 泵径，单位为米I(m);Se-有效冲程，单位为米(时，冲次，单位为次每分钟(次1min)/Bj 井液体积系数1无因次;圆周率，取3.14oA.4.2 日产液量平均值特殊工况井(抽油杆断脱、卡东、气锁、脱筒等)工作正常井结合生产
25、参数.I lJ.l 每张示功图计算日产液量对时间加校手均，日产液量ff均值见公式(.20):Q=(Q实IT1+Q7;2 T2+.-tQ kmT,式中:Q一一示功图计算日产液量，单位为立方米每天(m3/d);.(A.19).(A.20)QJ:m 采集第m张示功图工况不变，持续T，n时间产液量，单位为立方米每天(m3/d);F 每采集两张示功图时间间隔，单位为分钟(min)。11 SY/T 7492-2020 附录B(资料性附录)油井基础数据油井基础数据见表B.l至表B.3。表B.lx x x井基础数据表井型序号井深斜深井斜角m 日1n 1 2 注:井型分直井、定向井、斜直井、水平井等。表B.2x
26、 x x井生产数据表杆柱组合(自上而下)层抽泊中凡泵径泵挂冲程含水动;夜面油压位型号mm 日1m 杆径mm 表B.350C原油站度mPa S 12 长度材料U/也I 等级xx井流体物性数据表l 口1MPa 原油密度kg/m 方位角C)套压当前修井MPa 完井日期笃笃-R守卜电医中华人民共和国石油天然气行业标准抽油机井示功图法产液量计算技术规范SYfT 7492-2020 石油工业出版杜出版(北京安定门外安华里二区一号楼)北京巾石油彩色印刷有限责任公司排版印刷新华书店北京发行所发行880 x 1230毫米16开本l.25印张30千字印1-4002021年1月北京第1版2021年1月北京第1欠印刷书号:155021 8193 定价:25.00元版权专有不得翻印