一种实时采集油田注水井井口压力的方法
技术领域
本发明专利涉及油田注水地面系统效率的测试、计算、分析领域。特别涉及一种实时采集油田注水井井口压力的方法。
背景技术
长庆油田注水系统耗电量大，占到油田总耗电量22％，注水系统效率偏低，平均注水系统效率低于行业平均水平，开展注水系统效率实时监测分析诊断工作意义重大，而传统的注水系统效率测试是人工测试，一般一年进行一次，有的注水系统甚至2-3年才能测试一次，然后根据测试的结果进行优化调整。这种测试方式得到的结果只能代表测试当时的注水系统效率情况，因为单井配注会根据地质情况调整，注水系统的井口压力也会随着时间缓慢上升，单井实际注水量会因为井口压力的变化而波动，这些参数的变化都会导致注水系统效率的变化，所以这种注水系统效率的监测方法时效性很差，优化调整不及时，导致注水系统效率降低。
为了解决这个问题，开展注水系统效率实时监测、分析、诊断非常重要，根据GB/T33653-2017油田生产系统能耗测试和计算方法，在计算油田注水系统效率的过程中需要测试以下数据：
a)注水系统耗电量；
b)注水站出站压力；
c)注水站出站流量；
d)注水站内回流量；
e)配水间分水器压力(即单井阀前压力)；
f)配水间单井管压(即单井阀后压力)；
g)注水井井口压力；
h)注水井井口流量；
要实时监测注水系统效率，就要实时采集注水系统的这些数据，其中a)
注水系统耗电量、b)注水站出站压力、c)注水站出站流量、d)注水站内回流量，这些数据通过在注水站内安装功率采集模块、流量采集模块、压力采集模块和数据传输模块可实现实时采集；其中e)配水间分水器压力(即单井阀前压力)、f)配水间单井管压(即单井阀后压力)、h)注水井井口流量，这些数据通过在配水间(阀组)内安装流量采集模块、压力采集模块和数据传输模块可实现实时采集；其中最难采集的就是g)注水井井口压力，注水单井井场一般安装指针压力表检测井口压力，不具备数据传送功能，只能通过巡井工现场观察。一般一个注水系统包含50-100口注水井，但注水井位置分散，如果在每口井安装压力采集模块和数据传输模块，硬件投入成本巨大，而且部分注水井无电力供应，也无法安装压力采集和数据传输模块。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前无法实时监测注水井井口压力的问题，最终实现注水系统效率实时监测、分析、诊断，为注水系统节能改造提供决策依据。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：
一种实时采集油田注水井井口压力的方法，通过在配水间内安装流量采集模块、压力采集模块和数据传输模块实时采集分压、管压和单井流量；包括以下步骤：
步骤1：采集注水站、配水间、注水井的海拔高度，同步测试注水井管压P2和井口压力P3，以注水站所在的海拔高度为基准，计算管压P2的折算压力P2z和井口压力P3的折算压力P3z，计算单井管线沿程压力损失ΔP＝P2z-P3z；
步骤2：收集单井管线的长度和单井流量等基础数据，结合步骤1实测的单井管线沿程压力损失ΔP，根据简单长管的流动方程，计算单井管线等效内径d；
步骤3：根据单井管线等效内径d，以实时采集的管压P2的折算压力P2z和瞬时流量Q1计算管线沿程压力损失ΔP，进而得到井口压力P3z。
作为本发明的进一步改进，所述配水间管压通过读取压力采集模块管压显示数值，持续一段时间，取一段时间内管压变化的中间值作为注水井管压。
作为本发明的进一步改进，所述折算压力的计算公式为：
Pz＝ρg(z-z0)×10-6+P
式中：
Pz--表示折算压力；
ρ--表示液体密度；
P--表示实测压力；
z--表示测试点海拔高度；
z0--表示基准面海拔高度。
作为本发明的进一步改进，对于单井管线为旧钢管或旧铸铁管，管线等效内径d推导方法为：
当管内流速v≥1.2m/s，属紊流粗糙区，管线沿程压力损失
作为本发明的进一步改进，考虑到单井管线长时间运行，内径结垢变细，需要定期开展一次等效内径d的测试计算工作，以保证井口压力P3计算结果的准确性。
本发明具有如下的有益效果：
本发明通过实时采集分压与流动方程相结合，同步测试注水井管压P2和井口压力P3进行计算单井管线沿程压力损失，并结合单井管线等效内径，反推算出井口压力P3z，该方法解决了注水井井口压力无法实时采集的问题，为注水能耗监测系统提供了实时数据，实现了注水系统参数自动采集、实时计算注水系统的能耗指标，分析、评价注水系统的运行情况的目标，为促进注水系统管理向精细化、自动化、数字化方向发展，奠定了一定的基础。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：
图1注水系统示意图；
图1为注水系统示意图，主要由注水站、配水间、注水井组成，其中配水间1中P1是分压，配水间1中P2是管压，配水间1中Q1是单井流量，注水井1中P3是井口压力。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，通过在配水间(阀组)内安装流量采集模块、压力采集模块和数据传输模块可实现实时采集分压(见配水间1中P1)、管压(见配水间1中P2)和单井流量(见配水间1中Q1)。通过对注水系统管网结构分析可知，井口压力P3等于单井的管压P2减去管线沿程压力损失ΔP。
本发明的方法包括以下步骤：
步骤1：
采集注水站、配水间、注水井的海拔高度差，同步测试注水井管压P2和井口压力P3，以注水站所在的海拔高度为基准，计算管压P2的折算压力P2z和井口压力P3的折算压力P3z，计算单井管线沿程压力损失ΔP＝P2z-P3z；
为了保证了测试压力的客观、准确。在配水间和注水井井口安排两组人员，配水间管压通过读取“注水井智能监控装置”上管压显示数值，持续1分钟，取1分钟内管压变化的中间值作为注水井管压。注水井井口压力采用“XTZH-III注水系统效率测试仪”测试，在井口管线上安装压力变送器，仪器按1秒采集1个井口压力值的速度，持续采集100个值，计算平均值作为注水井井口压力。两组人员保持沟通，提前做好测试准备工作，同步采集测试，保证数据准确性。
步骤2：
收集单井管线的长度和单井流量等基础数据，结合步骤1实测的单井管线沿程压力损失ΔP，根据简单长管的流动方程，对于旧钢管、旧铸铁管，实用上可认为当管内流速v≥1.2m/s，属紊流粗糙区，管线沿程压力损失
步骤3：
根据单井管线等效内径d，存入能耗监测软件作为一个固定参量，以实时采集的管压P2的折算压力P2z和瞬时流量Q1计算管线沿程压力损失ΔP，进而得到井口压力P3z。这样即使日配注发生变化也不会影响系统效率计算结果的准确性。
以下结合具体实施例对发明进行详细说明。
实施例
在长庆油田张一注建设注水能耗监测分析系统，采用以上方法，以东36-30井为例，实时采集注水井井口压力。
步骤1：
采集注水站、配水间、注水井的海拔高度差，其中张一注海拔高度1378m、配水间海拔高度1372m、东36-30注水井海拔高度1376m。
同步测试注水井管压P2和井口压力P3，其中管压P2测试值为10.1MPa、井口压力P3测试值为9.91MPa。
因为地势起伏不平，必须把各测压点的实测压力折算到同一平面上，才能真实反映管线的沿程压力损失情况，一般选注水站所在平面为基准平面，把所有实测压力都折算到这个基准平面。
根据折算压力的计算公式，计算管压P2的折算压力P2z等于10.0412MPa
Pz＝ρg(z-z0)×10-6+P
式中：
z--表示测试点海拔高度，m；
z0--表示基准面海拔高度，m。
计算井口压力P3的折算压力P3z等于9.8904MPa
管线沿程压力损失ΔP＝P2z-P3z＝0.1508MPa
步骤2：
收集东36-30井单井管线的长度l为1463m、单井流量Q1为1.25m3/h等基础数据，结合步骤1实测的管线沿程压力损失ΔP＝0.1508MPa，根据公式
步骤3：
把步骤2推导出的管线等效内径d＝35.27mm，存入软件作为一个固定参量，以实时采集的管压P2和瞬时流量Q1计算管线沿程压力损失ΔP，进而得到井口压力P3，这样即使日配注发生变化也不会影响系统效率计算结果的准确性。例如在管压P2＝10.1MPa不变的情况下，管压P2的折算压力P2z等于10.0412MPa，单井流量Q1变为1.5m3/h，计算管线压差ΔP＝0.2159MPa，计算井口压力P3的折算压力P3z等于9.8252MPa，井口压力P3等于9.8448MPa。
要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。
