功圖計量誤差原因分析及對策探討

陳中偉 侯斌 李正偉 唐曼（長慶油田分公司第八采油廠地質研究所，陜西西安 710018）

功圖計量誤差原因分析及對策探討

陳中偉 侯斌 李正偉 唐曼（長慶油田分公司第八采油廠地質研究所，陜西西安 710018）

本文通過查閱文獻及深入分析功圖計量原理，得出影響功圖計量準確度的3個主要因素—柱塞的有效沖程Spe、泵的漏失量ΔQ、泵排出壓力下的油水混合物的體積系數B，并通過選用W地區F采油作業區X14、X7、X3、X16增壓站這4個站點某一天的實際產液量與功圖計量液量之和進行對比分析，對這3個主要因素的影響程度進行了定量分析，求解出了這3個影響因素的具體誤差值或者計算公式。

功圖計量；誤差；有效沖程；泵漏失；體積系數

1 功圖計量原理

1.1 功圖計量原理

示功圖量油方法將油井有桿泵抽油系統視為一個復雜的振動系統，該系統包含抽油桿、油管和井液三個振動子系統。在一定邊界條件和一定的初始條件下，對外部激勵（地面示功圖）產生響應（泵的示功圖）。

通過建立油井有桿泵抽油系統的力學數學模型（波動方程），計算出給定系統在不同井口示功圖激勵下的泵功圖響應，然后對此泵示功圖進行定量分析，判斷游動閥、固定閥開閉點的位置，確定泵的有效沖程，充滿系數等參數，計算泵的排液量，然后利用油管內混合液的PVT關系計算出體積系數，進而求出地面折算的有效排量。

圖1-1 有桿抽油系統功圖計量流程圖

1.2 井口產液量計算

抽油機井的理論產液量指假設柱塞沖程長度等于懸點沖程長度，泵內為油水兩相混合物且充滿時的井口產液量。其計算表達式為：

式中：Qth：理論產液量，m3/d；

N：沖次，min-1；

D：泵徑，mm；

S：沖程，m。

綜合考慮沖程損失、泵的充滿程度、泵漏失、泵內油水混合物的體積變化，經推導求得抽油井井口產液量的計算公式［1］為：

式中：Spe：柱塞有效沖程，m；

ΔQp：泵一個沖次的漏失量，m3/次；

B：泵排出壓力下的油管內油水混合物的體積系數；

2 功圖計量誤差統計

2.1 功圖計量系統采用的計量公式

由于泵一個沖次的漏失量ΔQp很小，對于高液量油井，其影響可以忽略不計；而泵排出壓力下的油管內油水混合物的體積系數B，與油井的靜、動態資料有關，不同的油井其B值不同。因此目前的功圖計量系統，在初始狀態下，都未對ΔQp及B值的影響進行修正。

F采油作業運行的功圖系統，計量出來的數據也未剔除ΔQp及B的影響，因此F采油作業區運用的功圖計量系統，其計量數據實際采用的計算公式為：

2.2 功圖計量誤差

按照理論計算，功圖計量適用于除連噴帶抽工況外的所有油井工況，但在實際運用中，發現現有功圖計量系統的計量準確率跟油井工況有關，不同油井工況下準確率不同。

2.3 油井工況異常

通過觀察統計，油井在油漏、固漏、游漏等工況異常情況下，功圖計量得出的數據與實際差距特別大。功圖計量不適用于油漏、固漏等異常工況下的油井。

例如：X3-34井，該井功圖顯示固漏，現場核實日產液0方，但是功圖計量結果為10.3方（圖2-1）；X3-27井，該井功圖顯示為油管漏失（已經檢泵核實），現場核實日產液量為0方，而功圖計量結果為14.1方。

圖2-1 x3-34井固漏（有效沖程2.31m，功圖計產10.30 m3，實際日產0 m3）

圖2-2 x3-27油管漏失（有效沖程2.40m，功圖計產14.11m3，實際日產0 m3）

3 功圖計量誤差分析

3.1 誤差原因分析

從公式（1-2）可以看出，功圖計量與油井沖次、沖程、泵徑、漏失量、體積系數、柱塞有效沖程有關，柱塞有效沖程與油井的泵掛、含水、桿柱組合、取值辦法等密切相關。

從圖2-1中看出，功圖計量的準確性與油井的工作參數等基礎數據息息相關，本文在分析時，這些基礎數據已全部更新，因此基礎數據不是影響F采油作業區功圖計量誤差的原因。

綜合對比功圖計量的正確公式（1-2）及F作業區功圖計量采用的計算公式（2-1），可知影響功圖計量準確性主要有以下3個因素：

3.1.1 柱塞的有效沖程Spe；

3.1.2 泵的漏失量ΔQ；

3.1.3 泵排出壓力下的油水混合物的體積系數B。

3.2 泵的漏失量ΔQ

從式（1-2）中，泵的漏失量取決于泵1個沖次的漏失量ΔQp，由于ΔQp求解復雜，且泵處于24小時工作中。因此對于泵的漏失量的分析，本文采用泵的日漏失量ΔQ進行整體分析。

經查閱資料得知，F作業區所用的抽油泵，泵筒與活塞的配合間隙為Ⅰ級，即28mm泵最大間隙漏失量為170ml/min，32mm泵最大間隙漏失量為200ml/min，38mm泵最大間隙漏失量為250ml/min。

F作業區油井以32mm泵為主，綜合考慮抽油泵的高溫、高壓、高腐蝕的工作環境，因此按照抽油泵的最大間隙漏失量200ml/min進行分析，因此抽油泵的日間隙漏失量ΔQ=200*60* 24/1000000=0.29m3/d。

用ΔQ對4個站點的功圖計量數據進行了矯正，4個站點功圖計量的誤差率明顯降低，平均降低5.4%。

4 誤差校正

本文經過分析計算，求解出了影響功圖計量準確率的3個主要因素的誤差值或者計算公式：油井工況正常時柱塞有效沖程Spe取值誤差為+0.084mm；泵日漏失量ΔQ為0.29m3/d；各油層油井泵排出壓力下油水混合物的體積系數B的計算公式為（3-16）、（3-17）、（3-18）。

通過對這3個影響因素分別進行誤差校正，X7增等4個站點的功圖計量誤差率都成功下降至10%以內或者接近10%（表3-4），誤差已控制在合理范圍以內。

因此，本文求解出的3個影響因素的誤差值或者計算公式較為準確，可以用于功圖計量數據的誤差校正。鄂爾多斯盆地油井單井產量較低，采用此方法校正后的功圖計量數據已基本能滿足生產現場及試驗分析的要求。

5 結語

5.1 功圖法計量不適用于固漏、油漏等工況異常下的油井。

5.2 油井工況正常時，未經誤差校正的功圖計量數據的誤差率為+18%-+34%。

5.3 柱塞的有效沖程Spe、泵的漏失量ΔQ、泵排出壓力下油水混合物的體積系數B，是影響功圖計產準確率的主要原因。油井工況正常時柱塞有效沖程Spe取值誤差為+0.084mm；泵日漏失量ΔQ為0.29m3/d；泵排出壓力下油水混合物的體積系數B的計算公式為（3-16）、（3-17）、（3-18）。

5.4 油井生產參數、井身結構、管柱組合等基礎數據的準確錄入，是保證功圖計產準確度的前提。

［1］高銀中.用示功圖計算抽油機井井口產液量方法研究.北京交通大學，2007.

［2］董宏艷等.抽油機示功圖量油原理及應用.油氣田地面工程，2009，28（7）：31-32.

［3］楊瑞等.功圖法油井計量技術在長慶油田的應用.油氣田地面工程，2010，29（2）：55-57.