示功圖技術(shù)在長(zhǎng)慶油田的應(yīng)用

李明江，李珍，邱亮，邱奇

(中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田油氣工藝研究院 低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，西安 710018)

信息技術(shù)

示功圖技術(shù)在長(zhǎng)慶油田的應(yīng)用

李明江，李珍，邱亮，邱奇

(中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田油氣工藝研究院 低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，西安 710018)

為改變傳統(tǒng)油井計(jì)量、巡檢、系統(tǒng)效率測(cè)試及動(dòng)液面測(cè)試方式，合理高效開發(fā)油井，提高油田生產(chǎn)管理水平，以油井示功圖為出發(fā)點(diǎn)開展了一系列技術(shù)研究，取得了油井液量自動(dòng)計(jì)量、動(dòng)液面在線監(jiān)測(cè)、含水率實(shí)時(shí)計(jì)算、油井結(jié)蠟及智能加藥周期判定等系列成果。示功圖技術(shù)的全面推廣應(yīng)用，在地面流程簡(jiǎn)化、勞動(dòng)組織架構(gòu)優(yōu)化等方面，為油田數(shù)字化管理提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

示功圖 動(dòng)液面 低滲透 數(shù)據(jù)采集 油井計(jì)量

長(zhǎng)慶油田屬于典型的低滲、特低滲油田，大部分油氣生產(chǎn)分布在荒山野嶺、溝壑、沙漠、戈壁深處，需要投入大量的人力、財(cái)力管理，許多偏遠(yuǎn)井站必須住人守護(hù)。油氣井間隔距離遠(yuǎn)，只有徒步或乘車巡井才能了解到生產(chǎn)狀態(tài)，導(dǎo)致油氣水井管理效率低、節(jié)奏慢、時(shí)率差，無法適應(yīng)油田大發(fā)展的需要。在這樣的背景下，數(shù)字化管理應(yīng)運(yùn)而生，該油田大發(fā)展為示功圖技術(shù)的應(yīng)用提供了平臺(tái)，同時(shí)示功圖技術(shù)的全面推廣應(yīng)用也為長(zhǎng)慶油田數(shù)字化管理提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

1 示功圖技術(shù)在長(zhǎng)慶油田的發(fā)展

1) 1999年起長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院開展了“低滲透油田油井計(jì)量建模與測(cè)試系統(tǒng)”研究和攻關(guān)，積極探索出了一種新的井口計(jì)量技術(shù)——抽油機(jī)井功圖法油井計(jì)量技術(shù)。

2) 2001年取得了技術(shù)上的突破，計(jì)量精度顯著提高，并在不同區(qū)塊進(jìn)行了100多口井、400多井次的驗(yàn)證試驗(yàn)。

3) 2003年成功開發(fā)出集計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)采集及傳感器技術(shù)于一體的功圖法油井計(jì)量系統(tǒng)。

4) 2004年開始在西峰油田全面推廣應(yīng)用，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和不斷改進(jìn)完善，已成為長(zhǎng)慶油田工藝模式的主體技術(shù)之一。

5) 2008年功圖法油井計(jì)量裝置獲得國(guó)家發(fā)明專利和“集團(tuán)公司自主創(chuàng)新重要產(chǎn)品”認(rèn)證。

截至2014年8月底，基于示功圖技術(shù)開發(fā)的工況分析與功圖計(jì)產(chǎn)系統(tǒng)已在該油田12個(gè)采油單位共建數(shù)據(jù)處理點(diǎn)1 074個(gè)，管理近34 000口油井，占到了該油田開井?dāng)?shù)的86%，功圖計(jì)量及工況診斷技術(shù)已經(jīng)成為長(zhǎng)慶油田實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理的重要一環(huán)。

2 示功圖工況診斷與計(jì)量原理

功圖法油井計(jì)量技術(shù)是依據(jù)抽油機(jī)井深井泵工作狀態(tài)與油井產(chǎn)液量變化的關(guān)系，把定向井有桿泵抽油系統(tǒng)視為1個(gè)復(fù)雜的三維振動(dòng)系統(tǒng)(包含抽油桿、油管和液柱3個(gè)振動(dòng)子系統(tǒng))，該系統(tǒng)在一定的邊界條件和一定的初始條件(如周期條件)下，對(duì)外部激勵(lì)(地面功圖)產(chǎn)生響應(yīng)(泵功圖)。因此，首先需建立定向井有桿泵抽油系統(tǒng)的力學(xué)、數(shù)學(xué)模型，該模型能計(jì)算出給定系統(tǒng)在不同井口示功圖激勵(lì)下的泵功圖響應(yīng)，然后對(duì)此泵功圖進(jìn)行分析，確定泵工況及有效沖程，進(jìn)而求出地面折算有效排量[1]。功圖法油井技量分析流程如圖1所示。

圖1 功圖法油井計(jì)量系統(tǒng)分析流程示意

3 示功圖技術(shù)在長(zhǎng)慶油田的應(yīng)用

通過在每口油井抽油機(jī)上安裝載荷位移傳感器，獲取光桿的載荷和位移數(shù)據(jù)，將采集的光桿示功圖數(shù)據(jù)傳輸至井場(chǎng)RTU，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)鏈路將數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸军c(diǎn)。站點(diǎn)安裝了數(shù)據(jù)接收裝置、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)軟件和功圖法油井計(jì)量分析軟件，接收從各井場(chǎng)采集的光桿示功圖數(shù)據(jù)，借助功圖法油井計(jì)量技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)的工況分析與功圖計(jì)產(chǎn)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、產(chǎn)量自動(dòng)計(jì)量、工況遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、油井故障診斷、報(bào)告自動(dòng)生成、故障實(shí)時(shí)預(yù)警等功能。

3.1 示功圖疊加分析判斷結(jié)蠟周期

把新檢泵或剛采取清蠟措施后測(cè)取的油井示功圖作為標(biāo)準(zhǔn)示功圖，建立標(biāo)準(zhǔn)示功圖庫(kù)，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況制訂結(jié)蠟報(bào)警界限，每次新采集的油井示功圖均與該井標(biāo)準(zhǔn)示功圖進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比值超過報(bào)警界限的即認(rèn)為結(jié)蠟，需采取清蠟措施，由此便可得到該井大概的清蠟周期[2]，如圖2所示。

圖2 統(tǒng)計(jì)對(duì)比判斷結(jié)蠟流程示意

由以上思路編制了示功圖疊加分析預(yù)警油井蠟卡軟件，該軟件的主要功能： 顯示每口井的示功圖，預(yù)測(cè)每口井的清蠟周期和清蠟時(shí)間；單井示功圖查詢，近期單井示功圖查詢，人工制訂報(bào)警界限，單井載荷差查詢，單井階段載荷差輸出，分油藏查詢和預(yù)警結(jié)果輸出等。

3.2 示功圖技術(shù)計(jì)算動(dòng)液面

油井動(dòng)液面數(shù)據(jù)直接反映了地層的供液情況及井下供排關(guān)系，是進(jìn)行采油工藝適應(yīng)性評(píng)價(jià)和優(yōu)化的重要依據(jù)。

長(zhǎng)久以來，抽油機(jī)井環(huán)空動(dòng)液面都是使用回聲儀測(cè)試的，測(cè)試方法是人工定期進(jìn)行操作，使用的設(shè)備比較危險(xiǎn)、笨重，而且也很難長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)試。目前所采用的動(dòng)液面測(cè)試儀器由于受油井套管環(huán)空內(nèi)死油環(huán)、井下狗腿等因素的影響，造成測(cè)試分析結(jié)果與實(shí)際液面情況不符，另外也有使用其他測(cè)量方法(諸如電動(dòng)氣槍、電動(dòng)氮?dú)馄?，但因工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，使用周期短，推廣比較困難，現(xiàn)場(chǎng)缺少一種有效的動(dòng)液面實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)方法[3]。長(zhǎng)慶油田自2008年實(shí)施油田數(shù)字化以來，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了每10 min采集1張示功圖數(shù)據(jù)。用示功圖數(shù)據(jù)求取動(dòng)液面在很多文獻(xiàn)中都已涉及，因而通過示功圖的實(shí)時(shí)獲得也可以實(shí)時(shí)獲得動(dòng)液面，并且不增加成本。

通過柱塞受力分析，以泵沉沒壓力為節(jié)點(diǎn)，建立了油井動(dòng)液面數(shù)學(xué)模型，并以此為依據(jù)開發(fā)了示功圖計(jì)算動(dòng)液面軟件，實(shí)現(xiàn)了示功圖實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)液面，取消了員工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.3 示功圖技術(shù)實(shí)現(xiàn)油井智能加藥

通過實(shí)時(shí)采集的示功圖，對(duì)油井懸點(diǎn)最大最小載荷進(jìn)行跟蹤分析，判斷載荷變化量，制訂相應(yīng)判定標(biāo)準(zhǔn)，由此實(shí)現(xiàn)了油井智能加藥[4]。自2012年以來，已累計(jì)應(yīng)用120套，管轄油井600多口,該裝置的應(yīng)用徹底改變了現(xiàn)有低效率的傳統(tǒng)井口加藥作業(yè)方式。

3.4 示功圖實(shí)時(shí)計(jì)算含水率

在油田生產(chǎn)中，為了掌握每口油井的產(chǎn)油量，必須測(cè)定油井產(chǎn)液中水的含量。傳統(tǒng)上油田對(duì)油井含水量的確定是通過井口取樣、實(shí)驗(yàn)室蒸餾、離心、電脫水化驗(yàn)等一系列程序才可獲得。該項(xiàng)工作由于油井?dāng)?shù)量巨大，而測(cè)定手段又相對(duì)落后，從而需要花費(fèi)員工大量的時(shí)間和精力，極大地增加了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，而且測(cè)定的含水量時(shí)效性不強(qiáng)，不能非常準(zhǔn)確地得知油井產(chǎn)油量[5]。

通過安裝在井口的載荷、位移傳感器，每10 min獲取1張油井示功圖，然后建立數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到油井泵功圖，由泵功圖求取泵有效沖程及其面積，由于泵功圖的面積相當(dāng)于把動(dòng)液面以上液體質(zhì)量舉升本次泵有效沖程高度所做的功，最后通過編程實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)獲取泵功圖面積，進(jìn)而可得到油井含水率。

3.5 示功圖技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

長(zhǎng)慶油田自2008年開始進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)、電參數(shù)據(jù)、功圖數(shù)據(jù)同步實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，產(chǎn)液量自動(dòng)計(jì)量，工況實(shí)時(shí)診斷等功能。

系統(tǒng)效率表達(dá)式：

η抽油=η地面×η井下=

(1)

式中：η抽油——抽油機(jī)系統(tǒng)效率；η地面——地面效率；η井下——井下效率；P水——有效功率；P入——輸入功率；qV——產(chǎn)液量；H液——?jiǎng)右好嫔疃?；ρ——產(chǎn)液密度；pt——油壓；pc——套壓；g——重力加速度。

由式(1)可以看出，只要能夠?qū)崟r(shí)獲取公式右邊各參數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)效率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1) 參數(shù)實(shí)時(shí)采集。電壓、電流、有功功率、無功功率等參數(shù)，通過安裝在井場(chǎng)上的參數(shù)采集模塊，可以實(shí)現(xiàn)與功圖同步采集，通過分析，可以實(shí)時(shí)獲得電機(jī)輸入功率。

2) 產(chǎn)液量實(shí)時(shí)計(jì)算。目前，功圖法油井計(jì)量已經(jīng)在長(zhǎng)慶油田大面積推廣應(yīng)用，成為該油田數(shù)字化核心技術(shù)之一，通過載荷位移傳感器、井場(chǎng)RTU、無線網(wǎng)橋，就可以把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳處理，通過功圖法油井計(jì)量就可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的實(shí)時(shí)分析計(jì)算。

3) 靜動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取。油套壓、動(dòng)液面、井液密度可從工況分析與功圖計(jì)產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)時(shí)獲取，基于以上基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)效率全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)分析，解決了人工測(cè)試瞬時(shí)值代表性不強(qiáng)的問題，為優(yōu)化工作參數(shù)、提高系統(tǒng)效率提供了技術(shù)依據(jù)。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

截至2014年8月，長(zhǎng)慶油田功圖覆蓋率已達(dá)86%，合計(jì)34 000多口油井，大幅提高了油田管理水平，降低了油井隱形趟井，改變了傳統(tǒng)巡井方式，輕點(diǎn)鼠標(biāo)即可完成過去幾天才能完成的工作，降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

從應(yīng)用的情況看，效果明顯，工況診斷結(jié)果的符合率達(dá)到85%以上，計(jì)量結(jié)果的符合率達(dá)到90%以上，達(dá)到了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的要求，配合其他工藝技術(shù)應(yīng)用，使單井綜合人井比由0.94人/井減少到0.55人/井[1]，是計(jì)量方式的一次變革，簡(jiǎn)化了流程、降低了投資、減少了用工總量。

5 結(jié) 論

1) 示功圖技術(shù)的應(yīng)用，適應(yīng)了長(zhǎng)慶油田發(fā)展的需要，是該油田實(shí)現(xiàn)50 Mt/a，用工總量控制在7萬人以內(nèi)的有力保障。

2) 示功圖技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了油井產(chǎn)液量自動(dòng)計(jì)量、報(bào)表自動(dòng)生成、故障自動(dòng)預(yù)警和系統(tǒng)效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等功能，變革了傳統(tǒng)計(jì)量方式和巡井測(cè)井方式，降低了成本和員工勞動(dòng)強(qiáng)度。

3) 示功圖技術(shù)的進(jìn)一步研究很有必要，而且潛力巨大，通過采集數(shù)據(jù)的深度挖掘，可以獲取更多有用的信息，為實(shí)現(xiàn)油井、井場(chǎng)和整個(gè)油田的智能化提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

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Application of Indicator Diagram Technique in Changqing Oil Field

Li Mingjiang， Li Zhen， Qiu Liang， Qiu Qi

(Oil & Gas Technology Research Institute CNPC & National Engineering Laboratory in Exploration and Development of Ultra-low Permeability Reservoir， Xi’an， 710018， China)

s： To change traditional oil well metering， routing inspecting， system efficiency testing and dynamic liquid level testing mode， develop oil well reasonably and efficiently， improve oil field production management， series of technical researches are carried out with indicator diagram technique as the starting point. Series of achievements were obtained， including automatic measurement of well fluid volume， online dynamic liquid level monitoring， real-time moisture computing， wax precipitation and intelligent material dosing cycle time determination. Overall popularization and application of indicator diagram technique has provided strong technical support for oilfield digital management on simplifying ground procedure and optimizing labor organization structure.

indicator diagram； dynamic interface； low permeability； data acquisition；oil well metering

李明江(1980—)，男，山東鄄城人，2007年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，獲工學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田油氣工藝研究院，從事采油工藝方面的研究工作，任采油工程師。

TP274

B

1007-7324(2015)01-0043-03

稿件收到日期： 2014-10-23。