油井產(chǎn)量計(jì)量技術(shù)探討與研究

鄭娟，桂博翔

（西安石油大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，西安 710065）

0 前言

油井產(chǎn)量計(jì)量是油田生產(chǎn)管理工作中一項(xiàng)長(zhǎng)期而又繁瑣的基礎(chǔ)工作，綜合反映了原油生產(chǎn)管理水平，其精準(zhǔn)、穩(wěn)定的計(jì)量技術(shù)，對(duì)掌握油田的油藏狀況，制定經(jīng)濟(jì)合理的開(kāi)采方案具有重要意義。因此，建立可靠的油井計(jì)量系統(tǒng)，組織實(shí)施合理有效的油井計(jì)量管理，準(zhǔn)確掌握油井日產(chǎn)液量和油井運(yùn)行狀況是對(duì)油田原油正常、持續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)的基礎(chǔ)保障。目前，國(guó)內(nèi)的油井計(jì)量方式普遍存在計(jì)量精度不準(zhǔn)確、穩(wěn)定性差，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作復(fù)雜，不能實(shí)時(shí)連續(xù)自動(dòng)化計(jì)量等缺點(diǎn)。隨著開(kāi)采地不斷深入，華慶油田中，低滲、超低滲油田比例不斷增加，增大了油田開(kāi)采難度，從而對(duì)油井產(chǎn)量計(jì)量的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、連續(xù)性提出了更高的要求。

1 計(jì)量裝置對(duì)比分析

1.1 玻璃管量油法

1）玻璃管量油原理[1]：在分離器側(cè)壁裝一高壓玻璃管和分離器構(gòu)成連通器，根據(jù)連通器平衡原理，將分離器內(nèi)液柱的壓力與玻璃管內(nèi)水柱壓力相平衡，原油進(jìn)入分離器內(nèi)，分離器使氣液分開(kāi)，玻璃管內(nèi)水柱上升的高度與分離器內(nèi)油柱上升的高度和關(guān)系，進(jìn)而得到分離器內(nèi)油的重量，再根據(jù)玻璃管內(nèi)水柱上升高度所需的時(shí)間就可以求得每日油井產(chǎn)量。

2）優(yōu)缺點(diǎn)分析：

a.優(yōu)點(diǎn)：玻璃管量油法基礎(chǔ)設(shè)施簡(jiǎn)單，操作方法簡(jiǎn)便，資金投入少，計(jì)量技術(shù)容易掌握等。

b.缺點(diǎn)：操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，計(jì)量精度受人為因素干擾，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)計(jì)量油井產(chǎn)液量，僅僅適用于油田開(kāi)發(fā)初期含水率低的油井。

1.2 翻斗計(jì)量法

1）翻斗計(jì)量原理[2]：翻斗計(jì)量裝置主要由量油器、計(jì)數(shù)器等組成。分離器首先將原油中的氣體和液體分離，氣體上升，液體流入量油翻斗中，當(dāng)量油翻斗流入液體后，翻斗因重心偏移而失去平衡翻轉(zhuǎn)排油，此時(shí)翻斗處于排油狀態(tài)，另一個(gè)翻斗處于進(jìn)油狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)油翻斗重心偏移產(chǎn)生力矩使其中的液體流出，此時(shí)的進(jìn)油翻斗變成排油狀態(tài)，如此循環(huán)反復(fù)，記錄時(shí)間以及翻斗翻動(dòng)的次數(shù)，根據(jù)翻斗容積、翻動(dòng)次數(shù)計(jì)量時(shí)間即可計(jì)算出油井的日產(chǎn)量。

2）優(yōu)缺點(diǎn)分析：

a.優(yōu)點(diǎn)：計(jì)量設(shè)備簡(jiǎn)單，計(jì)量方法簡(jiǎn)便，易于管理，資金投入少，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)計(jì)量油井產(chǎn)液量。

b.缺點(diǎn)：翻斗因長(zhǎng)時(shí)間工作容易出現(xiàn)計(jì)量精度不準(zhǔn)、翻斗不翻的現(xiàn)象；冬季計(jì)量油井產(chǎn)液量易出現(xiàn)油體在翻斗內(nèi)掛壁，使翻斗的容積發(fā)生改變，影響計(jì)量精度；后期維修維護(hù)成本高。

表1 油井產(chǎn)量計(jì)量方式數(shù)據(jù)對(duì)比表Table 1 Flow metering data contrast table

1.3 示功圖量油法

1）功圖量油原理：根據(jù)抽油桿柱的振動(dòng)特性，建立桿柱系統(tǒng)的數(shù)學(xué)、力學(xué)模型，得到抽油桿運(yùn)動(dòng)的波動(dòng)方程，在一定的初始條件和邊界條件下，將地面示功圖轉(zhuǎn)化為井下泵的示功圖，根據(jù)這些示功圖可以對(duì)油井生產(chǎn)系統(tǒng)的工作狀況作出分析和判斷，其中包括計(jì)算柱塞沖程、充滿(mǎn)系數(shù)、泵效、泵排量、判斷各種漏失程度，進(jìn)而求出油井產(chǎn)量，同時(shí)結(jié)合示功圖遠(yuǎn)傳技術(shù)，實(shí)現(xiàn)油田產(chǎn)量的連續(xù)自動(dòng)化計(jì)量。

2）功圖量油模型：有桿抽油系統(tǒng)模型選取時(shí)只考慮抽油桿柱振動(dòng)的影響，忽略液柱和管柱振動(dòng)的影響建立一維帶阻尼的波動(dòng)方程：

式中：u(x,t)為抽油桿柱任意時(shí)刻t，截在任意面x處的位置；

c為應(yīng)力波在抽油桿中的傳播速度；

v為阻尼系數(shù)；

Gf為抽油桿在液體中的重量。

3）泵示功圖分析：在一個(gè)抽汲的循環(huán)過(guò)程中，忽略抽油桿柱變形、粘滯阻力、振動(dòng)和慣性等的影響，在正常工況下，油管錨定時(shí)，泵示功圖為矩形，柱塞沖程Sp即為有效排出沖程Spe；油管未錨定時(shí)，泵示功圖為平行四邊形，柱塞沖程Sp大于有效排出沖程Spe；而在實(shí)際工作中，有桿抽油系統(tǒng)處在復(fù)雜的工況下，示功圖會(huì)受到氣體、供液不足、排出部分漏失、吸入部分漏失等因素的影響，使其形狀發(fā)生變化，使得柱塞沖程Sp小于有效排出沖程Spe。其中柱塞的有效排出沖程Spe是計(jì)算油井產(chǎn)液量的關(guān)鍵，而有效排出沖程Spe主要由泵示功圖當(dāng)中閥開(kāi)閉點(diǎn)的位置來(lái)確定。

4）功圖量油系統(tǒng)組成[3]：該計(jì)量系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)兩部分組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由安裝在抽油機(jī)上的載荷傳感器、位移傳感器和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)單元、供電模塊、移動(dòng)存儲(chǔ)模塊組成，通過(guò)傳感器、存儲(chǔ)模塊和數(shù)據(jù)處理單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集和分析。計(jì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)數(shù)傳電臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)量分析軟件對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析診斷，計(jì)算出油井產(chǎn)液量。

5）優(yōu)缺點(diǎn)分析：

a.優(yōu)點(diǎn)：示功圖量油方法操作簡(jiǎn)便，資金投入量低，便于油田生產(chǎn)管理，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量連續(xù)自動(dòng)計(jì)量，并能實(shí)時(shí)掌握井下工況。

b.缺點(diǎn)：示功圖形狀易受井下工況影響，對(duì)于工況不穩(wěn)定、含氣量大、不能連續(xù)出油的低產(chǎn)井不適用。

從表1可以看出，與玻璃管量油和翻斗量油相比，示功圖量油較及時(shí)、準(zhǔn)確地反映了單井產(chǎn)液量，優(yōu)于玻璃管量油和翻斗量油，是目前較好的計(jì)量方式。

2 結(jié)論

隨著抽油井有桿抽油系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)油井計(jì)量方式從傳統(tǒng)的非連續(xù)油井玻璃管計(jì)量方法到翻斗計(jì)量方法，再到新型的連續(xù)在線示功圖計(jì)量方法，油井計(jì)量技術(shù)不斷向自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展，不但提高了油井產(chǎn)量計(jì)量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，還能夠?qū)崿F(xiàn)油井計(jì)量的連續(xù)性和實(shí)時(shí)性，同時(shí)地面計(jì)量流程也得到簡(jiǎn)化，減少了油田的開(kāi)發(fā)投資以及運(yùn)行成本。試驗(yàn)證明，新型的示功圖計(jì)量方法與傳統(tǒng)的玻璃管計(jì)量方法和翻斗計(jì)量方法相比較，能準(zhǔn)確及時(shí)地反映油井產(chǎn)液量，計(jì)量精度較高，并且可以連續(xù)在線計(jì)量，更適合油田的生產(chǎn)管理，能夠適應(yīng)油田的“數(shù)字信息化”發(fā)展及管理。

[1]崔振華,余國(guó)安.有桿抽油系統(tǒng)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994:119-120.

[2]洪河,楊遠(yuǎn)東.翻斗量油分離器防淹措施初探[J].江漢石油科技,2013,23(3):11-12.

[3]李建華.安塞油田油井集群"功圖法"計(jì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].石油儀器,2005,19(6):28-30.