功圖量油技術(shù)在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用

高 曦，曹培旺，別勇杰，嚴昌鵬，王文剛，楊志淑

（中國石油長慶油田分公司第九采油廠，寧夏銀川 750006）

功圖量油計產(chǎn)是近年來長慶油田數(shù)字化油田建設(shè)中大力推廣的新興技術(shù)，它是通過安裝在懸繩器上的有線（無線）載荷傳感器、安裝在游梁上的位移傳感器、無線電臺，進行油井示功圖的連續(xù)采集、集輸，應(yīng)用功圖計量軟件，實現(xiàn)了油井功圖全天候采集、產(chǎn)量連續(xù)計量。它簡化了地面集輸流程，減少了地面建設(shè)投資，降低了工作人員勞動強度，以數(shù)字化的形式實現(xiàn)了遠程監(jiān)控，為扁平化管理奠定了基礎(chǔ)。

1 功圖量油計產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀

本廠目前油井總數(shù)2 783 口，實際開井數(shù)2 420口，已建油井總數(shù)2 473 口，數(shù)字化油井在用井數(shù)1 919口，已建關(guān)停油井423 口，已建轉(zhuǎn)注油井121 口，已建轉(zhuǎn)注后停注油井25 口。

目前日均上線1 800 口，功圖上線率91.1 %，分析成功油井1 692 口，各作業(yè)區(qū)使用功圖量油計量結(jié)果1 662 口，上線功圖量油使用率93.3 %。

1.1 功圖量油技術(shù)適用性研究

通過對調(diào)研區(qū)某日上線功圖量油數(shù)據(jù)與單量數(shù)據(jù)跟蹤監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)如下特點：

1.1.1 功圖計量誤差與單井液量呈現(xiàn)相關(guān)性

（1）泵況正常且產(chǎn)液量低（液量小于1.00 m3）的油井功圖量油計量誤差偏大，最大誤差達到427 %，平均誤差為116 %。

表1 上線功圖量油數(shù)據(jù)監(jiān)控表

（2）泵況正常且產(chǎn)液量較高（液量大于5.00 m3）的油井功圖量油計量誤差較小，平均誤差24 %，現(xiàn)有的功圖量油技術(shù)可以較好地計量結(jié)果。

1.1.2 嚴重供液不足油井和漏失油井功圖計產(chǎn)偏高由于油井的泵況為嚴重供液不足、漏失, 實際產(chǎn)量接近0 m3，而功圖計量的產(chǎn)量偏高。

通過整理、分析調(diào)研區(qū)塊已上線且可對比的156口供液不足油井的功圖計產(chǎn)結(jié)果與功圖充滿程度，結(jié)合歷史單量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)供液不足井功圖量油計產(chǎn)與功圖充滿程度呈相關(guān)性（見圖1）。

1.1.3 結(jié)蠟油井功圖計產(chǎn)偏高 對于結(jié)蠟井，由于管壁結(jié)蠟，造成流體流動時產(chǎn)生阻力作用，導(dǎo)致最小載荷減小，最大載荷增大，抽油機的載荷差增加，示功圖有效沖程增大，導(dǎo)致功圖計產(chǎn)產(chǎn)量偏高。

1.1.4 氣體影響油井、抽噴油井功圖計產(chǎn)偏低 氣體影響和氣鎖會產(chǎn)生供液不足，抽噴油井由于固定凡爾和游動凡爾無法完全閉合，造成抽油機無法正常加載，載荷差減小，示功圖有效沖程減小，導(dǎo)致功圖計產(chǎn)產(chǎn)量偏低。

圖1 供液不足油井功圖量油計產(chǎn)與功圖充滿程度線性關(guān)系

圖2 旗53-118 井功圖計產(chǎn)液量變化曲線

1.1.5 功圖計量能一定程度反應(yīng)井口實際液量的變化趨勢 從圖2 趨勢來看，旗53-118 井功圖計產(chǎn)數(shù)據(jù)變化幅度與單量車單量液量變化趨勢基本吻合，說明功圖計量數(shù)據(jù)能在一定程度上反映井口實際產(chǎn)液量的變化趨勢。

以此為基礎(chǔ)，通過收集421 口數(shù)字化上線且可對比油井的歷史單量數(shù)據(jù)與功圖計產(chǎn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)同樣的規(guī)律。

2 功圖量油與單量結(jié)果誤差原因分析

功圖量油結(jié)果是通過功圖計量系統(tǒng)計算所得，造成系統(tǒng)計量誤差的主要因素包括功圖量油設(shè)備、錄入終端基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準確性和采集數(shù)據(jù)。

2.1 設(shè)備影響

（1）載荷傳感器：該設(shè)備處于連續(xù)工作狀態(tài)，由于受到外界因素影響（天氣、人為因素），傳感器發(fā)生損壞或漂移，造成采集功圖失真，影響計量精度。

（2）位移傳感器：安裝在游梁與支架之間，當位移傳感器安裝位置發(fā)生偏差時，會發(fā)生測試不到位移信號或測試位移數(shù)據(jù)與載荷數(shù)據(jù)不同步，影響功圖計量結(jié)果的準確性。

（3）遠程控制終端（RTU 模塊）：主要表現(xiàn)為數(shù)據(jù)無法存儲或者存儲數(shù)據(jù)錯亂。

2.2 油井錄入終端基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準確性

通過對研究區(qū)域的油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，重點是對泵徑泵掛、桿柱組合、井深數(shù)據(jù)、油管規(guī)格、液體密度、液體粘度等影響計量結(jié)果的關(guān)鍵參數(shù)進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入錯誤率達到12.7 %，從而影響了功圖計量結(jié)果的準確性。

功圖量油產(chǎn)量：Q=nSρπD2tK/4

從公式可見，n、S 為實測數(shù)據(jù)，功圖計量結(jié)果的準確性與人為錄入數(shù)據(jù)泵徑、混合液密度呈正相關(guān)。（其中式中：n 表示沖次；S 表示有效沖程；ρ 表示混合液密度；D 表示泵徑；t 表示開井時間；K 為標定系數(shù)）。

2.3 功圖數(shù)據(jù)采集量影響

無線傳輸計量系統(tǒng)是通過通信部分進行數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)換的。功圖數(shù)據(jù)采集量的影響因素有：油井工況、外界因素干擾、天氣影響等。

（1）油井工況：對于間歇性出液油井和嚴重供液不足油井，其采集量通常低于工況正常的油井，從而不能保證技術(shù)要求規(guī)定的最少10 min 采集一組數(shù)據(jù)的要求。

（2）載荷傳感器安裝不規(guī)范、調(diào)試不合適，電壓不穩(wěn)定、上修等因素影響油井功圖數(shù)據(jù)采集數(shù)，造成功圖回傳數(shù)降低，功圖計產(chǎn)不能反映油井全天的真實產(chǎn)進，也會造成與實際產(chǎn)量偏差。

（3）氣候影響：氣候影響主要包括溫度和濕度影響兩個方面，溫度的變化引起的壓力傳感器輸出量的變化，影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性；濕度的變化引起的壓力傳感器靈敏度，影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。

3 解決途徑及標定系數(shù)的確定

3.1 解決途徑

針對分析造成誤差的原因，通過更新基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、維護基本設(shè)備，確保數(shù)據(jù)分析的準確性。

3.2 有效沖程的確定

在柱塞的一個沖程內(nèi)，由于泵內(nèi)充氣、泵筒充不滿、柱塞脫出工作筒等影響，有一部分行程沒有起到抽汲作用，真正起到抽汲作用的沖程稱之為有效沖程（見圖3）。

圖3 有效沖程

依據(jù)抽油泵工作過程，圖中A、B、C、D 依次為游動閥關(guān)閉點、固定閥開啟點、固定閥關(guān)閉點和游動閥開啟點。ABC 為上沖程，CDA 為下沖程，AB 為柱塞加載段，BC 為泵吸入過程的高載荷段，CD 為柱塞卸載段，DA為泵排出過程的低載荷段。

柱塞加載階段：游動閥關(guān)閉到固定閥開啟，柱塞上行，柱塞上所承受的載荷在短時間內(nèi)迅速增大，但是，相對于泵筒的位移變化量較小。

高載荷階段：固定閥開啟到固定閥關(guān)閉，柱塞上行，柱塞上載荷維持在一個高的水平，同時相對于泵筒的位移變化量較大。

柱塞卸載階段：固定閥關(guān)閉到游動閥開啟，柱塞下行，柱塞上所承受的載荷在短時間內(nèi)迅速減小，但是，相對于泵筒的位移變化量較小。

低載荷階段：游動閥開啟到游動閥關(guān)閉，柱塞下行，柱塞上載荷維持在一個低的水平，同時相對于泵筒的位移變化量較大。

綜合分析可得出如下結(jié)論：（1）圖形特征上：閥開、閉點處，泵示功圖曲線曲率變化顯著；（2）閥開、閉點位于泵示功圖的高、低載荷段，而高、低載荷段分別在上、下沖程；（3）柱塞有效沖程取固定閥開、閉點位移差與游動閥開、閉點位移差的較小值。

3.3 標定系數(shù)的確定

目前本廠生產(chǎn)中使用的油井產(chǎn)量計量手段主要有：進罐井組大罐單量、流程井組干線單量、質(zhì)量流量計單量、罐車單量及功圖計量。

目前較為普遍的方法是標定系數(shù)法。設(shè)某口井的罐車單量液量為Q，功圖量油結(jié)果為Q1、Q2、Q3…Q10（設(shè)油井單量周期為10 d，所以同一個罐車單量數(shù)據(jù)會對應(yīng)10 個功圖量油數(shù)據(jù)），兩者比值為標定系數(shù)，記作Ki。

第一天日報數(shù)據(jù)采用Q1與K1的乘積（即罐車單量數(shù)據(jù)）。第二天日報數(shù)據(jù)采用Q2與K1、K2求平均值的乘積，第三天的日報數(shù)據(jù)采用Q3與K1、K2、K3平均值的乘積。以此類推，直到下輪單量開始，10 天一循環(huán)。（另：在計算標定液量時，功圖量油計產(chǎn)結(jié)果采用扣除波動較大計量結(jié)果后的平均值）。

為驗證該方法的實用性，現(xiàn)以調(diào)研區(qū)域的旗64-113 井為例進行討論（見表2）。

表2 旗64-113 油井功圖計產(chǎn)液量統(tǒng)計表

通過整理、分析156 口上線供液不足油井的功圖計產(chǎn)結(jié)果與功圖充滿程度對比，發(fā)現(xiàn)如下特點（見表3）。

表3 供液不足、氣體影響油井功圖計產(chǎn)與泵充滿程度關(guān)系

4 結(jié)論與認識

本廠超低滲透油藏目前實現(xiàn)功圖量油的1 800 口油井中，通過不斷更新系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)和標定系數(shù)法應(yīng)用的基礎(chǔ)上，大力推廣使用后平均誤差僅為6.1 %。充分證明了該方法在桿柱組合更新及時、基礎(chǔ)設(shè)備維護及時的情況下，能夠較好地克服功圖量油自身存在的誤差對計量結(jié)果的影響，同時發(fā)揮功圖量油定性準確的優(yōu)勢，較為準確的求得油井的日產(chǎn)液量。

（1）低產(chǎn)井功圖計產(chǎn)結(jié)果與實際單量結(jié)果偏差較大，但是可以反映變化趨勢，通過標定系數(shù)法可大幅度降低誤差。

（2）加強功圖量油的系統(tǒng)維護、定期校正傳感器，及時更新基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以提高功圖量油精度。

（3）供液不足井功圖量油計產(chǎn)與泵充滿程度呈現(xiàn)相關(guān)性：σ≤20 %對應(yīng)標定系數(shù)0.08～0.22；20 %＜σ≤50 %對應(yīng)標定系數(shù)0.22～0.65；50 %＜σ≤70 %對應(yīng)標定系數(shù)0.6～0.89。

［1］ 鐵成軍，燕云，等.長慶八廠功圖計量系統(tǒng)校正方法研究與應(yīng)用［J］.石油工程技術(shù)，2011，（3）：57-59.

［2］ 王偉，楊若谷，等.大慶油田提高功圖量油精度的研究［J］.石油工程技術(shù)，2011，（9）：56-58.

［3］ 楊偉. 功圖法在油井產(chǎn)量計量中的應(yīng)的研究［J］. 機械，2011，（4）：70-73.