油井動液面實時監(jiān)測技術(shù)進展

張立明（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

油井動液面實時監(jiān)測技術(shù)進展

張立明（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

當(dāng)前國際油價持續(xù)低迷，不斷壓縮生產(chǎn)成本是油田可持續(xù)開發(fā)的關(guān)鍵。尤其是老區(qū)油田面臨著低產(chǎn)、低滲、供液不足等諸多情況，采用創(chuàng)新的自動化技術(shù)降低生產(chǎn)成本，減少工人勞動強度是技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的方向。通過探討國內(nèi)外先進的動液面監(jiān)測技術(shù)，并結(jié)合油田實際選取低產(chǎn)低滲區(qū)塊，利用連續(xù)動液面監(jiān)測裝置探索優(yōu)化了間抽制度，現(xiàn)場試驗表明所確立的間抽生產(chǎn)制度合理，達到了節(jié)能降耗、降本增效的目的。

實時監(jiān)測；動液面；間抽生產(chǎn)；節(jié)能降耗

近年來，國內(nèi)外油井動液面監(jiān)測技術(shù)發(fā)展迅速，油田普遍采用的監(jiān)測方法一般包括聲波式液面測量、雷達式液面測量、激光式液面測量以及光纖式液面測量等，幾種技術(shù)在動液面測試的準(zhǔn)確性、實用性和成本等方面都各有優(yōu)勢[1]。比如，國外石油公司研發(fā)的EM液面監(jiān)測技術(shù)有著誤差小、安全性高、可帶壓監(jiān)測、實時性的技術(shù)優(yōu)勢。目前，國內(nèi)各大油田都在動液面監(jiān)測技術(shù)上加大研發(fā)力度，嘗試尋找一種適合低產(chǎn)低滲區(qū)塊確定合理間抽制度的方法，并取得了很好的應(yīng)用效果。

1 國內(nèi)油田動液面實時監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 長慶油田油井動液面在線連續(xù)監(jiān)測技術(shù)

長慶油田羅有剛等科研人員[2]構(gòu)建了油井動液面在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由井口監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸、液面監(jiān)控軟件三部分組成，其中井口監(jiān)測裝置包括井口連接器、機械發(fā)聲裝置、聲納傳感器、電磁控制裝置、信號處理模塊以及電路控制模塊等，其監(jiān)測的主要特點在于利用套管氣為發(fā)聲源，采用聲納回聲探測原理進行監(jiān)測，最大的誤差率為2.8%，測試資料比較可靠準(zhǔn)確。

1.2 大港油田油井動液面自動測試技術(shù)

大港油田陳津剛[3]提出一種液面自動測試設(shè)備，其設(shè)備的主要特點是具有液面回波自動識別功能，并設(shè)計在有無套壓的情況下都能測試動液面數(shù)據(jù)，提高了其適用范圍?，F(xiàn)場試驗驗證動液面數(shù)據(jù)采集精度較高，可以實現(xiàn)抽油機井的在線動態(tài)控制。

1.3 安塞油田油井動液面連續(xù)測試技術(shù)

安塞油田羅慶梅等科研人員[4]研發(fā)出一種適用于安塞油田的油井動液面連續(xù)監(jiān)測設(shè)備?，F(xiàn)場試驗驗證液面連續(xù)測試技術(shù)誤差低于20 m，并可完成液面曲線遠程傳輸、自動繪制、實時監(jiān)控，同時避免人工測試受很多因素的影響，提高了資料錄取的及時性和準(zhǔn)確性。

1.4 大慶油田油井動液面遠程在線監(jiān)測技術(shù)

大慶油田陳思維[5]研制開發(fā)出油井動液面遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)，其系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵在于采用微型氣泵作為無線遠程控制的電控氣爆脈沖聲源，實現(xiàn)自動計算動液面深度?，F(xiàn)場試驗驗證遠程在線監(jiān)測動液面數(shù)據(jù)與實際液面數(shù)據(jù)誤差小于1‰，能夠保證液面測量的準(zhǔn)確性及實時性。

2 動液面實時監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)場試驗

2.1 油井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)

油井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)是一款集數(shù)據(jù)采集、自動調(diào)整、啟停報警及遠程監(jiān)控于一體的多功能監(jiān)測系統(tǒng)。

2.1.1 現(xiàn)場安裝

該設(shè)備現(xiàn)場調(diào)控裝置僅通過一個高壓膠管與油井套管口連接，作為液面測試聲波信號的通道。同時在配電箱安裝電控遠傳裝置及自動回聲儀，前期需在現(xiàn)場進行參數(shù)設(shè)置，現(xiàn)場設(shè)備按預(yù)定參數(shù)對油井動液面進行測量，并通過GPRS把實時采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)遠傳到用戶監(jiān)測終端，便于技術(shù)人員實時了解油井動液面變化情況。

該設(shè)備的特殊結(jié)構(gòu)使得測試控制單元與井口之間不使用任何電源線和信號通訊線，井口安全無漏電隱患，同時套管口僅有1個三通與信號膠管連接，無附加設(shè)備（圖1）。

圖1 現(xiàn)場安裝結(jié)構(gòu)

如圖1所示，一體化設(shè)計使得井口干凈簡潔，防盜效果大大提高，不易遭人為破壞。但是，在安裝設(shè)備時要避開打開套管時井口向外噴油、油渣、水氣等雜物，當(dāng)有注水、加藥、作業(yè)等情況時，要在進行前先將設(shè)備與井口相連接的高壓膠管斷開（如井口安裝有三通，則要關(guān)閉三通上的閥門），否則易導(dǎo)致設(shè)備損壞。

2.1.2 技術(shù)原理

該監(jiān)測裝置主要有以下功能：

1）人工設(shè)定測試間隔時間，自動進行液面測試，并把動液面深度、回波曲線傳輸?shù)接脩舯O(jiān)測終端，其有效的監(jiān)測范圍在0～3000 m，液位的測量精度為±2%。

2）根據(jù)前期預(yù)設(shè)的啟機液面值和停機液面值實現(xiàn)自啟自停，并且技術(shù)人員考慮到無人值守設(shè)備運轉(zhuǎn)的安全問題，加裝了啟、停報警功能，經(jīng)現(xiàn)場試驗該設(shè)備能有效的避免安全事故的發(fā)生。

3）電動機運行狀態(tài)檢測功能：通過現(xiàn)場交流接觸器輔助觸點，裝置可檢測現(xiàn)場電動機處于運行或停止?fàn)顟B(tài)，并將電動機運行狀態(tài)通過GPRS遠傳到控制中心，其配電箱控制面板布局如圖2所示。

技術(shù)人員需要在現(xiàn)場做好前期調(diào)試，包括預(yù)設(shè)井號、采集間隔、復(fù)采間隔以及高低液面等信息，測試完成顯示測試液面曲線后，再根據(jù)實際曲線設(shè)置“回波時間”、“增益”、“發(fā)聲方式”、“采樣間隔”等參數(shù)，現(xiàn)場調(diào)試完成后便可通過用戶終端進行實時液面監(jiān)測。

2.1.3 用戶監(jiān)控界面

技術(shù)人員可以自行登錄網(wǎng)頁進行實時監(jiān)測，油井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)界面見圖3。在“運行狀態(tài)里”，彩色圖片表示油井在線，灰色圖片表示油井離線。在“歷史數(shù)據(jù)”中，選擇需要查詢的井號，選擇時間區(qū)間，便可列出符合條件的相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.2 動液面實時監(jiān)測技術(shù)在敖A區(qū)塊的應(yīng)用效果與評價

近期，在敖A區(qū)塊選取20口井安裝動液面連續(xù)監(jiān)測設(shè)備實時監(jiān)測液面動態(tài)數(shù)值，進而探索沉沒度變化規(guī)律。選取的20口試驗井在達到合理沉沒度上限值附近時均未出現(xiàn)沉沒度上升變緩的拐點。以敖A區(qū)塊合理沉沒度界限的上限值附近作為試驗井的最長停井時間，以出現(xiàn)沉沒度下降變緩的拐點確定為該井的最長啟抽時間。

2.2.1 利用連續(xù)液面監(jiān)測技術(shù)探索間抽規(guī)律

以南A井為例，根據(jù)監(jiān)測的動液面數(shù)值繪制了沉沒度變化曲線（圖4)。

圖2 配電箱控制面板布局

圖3 油井動液面連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)

圖4 南A井沉沒度變化曲線

結(jié)合不同區(qū)塊合理沉沒度界限值，將合理沉沒度上限值300 m確定為該井的啟抽沉沒度。該井初始沉沒度112.2 m，停井72 h后該井沉沒度恢復(fù)到326.07 m，達到合理沉沒度上限值附近，此時啟抽，該時間段確定為油井的最長停井時間；啟抽25 h后，該井沉沒度下降至96.5 m，出現(xiàn)沉沒度下降變緩拐點，此時停井，該時間段確定為油井的最長啟抽時間。因此，該井的間抽制度啟停比例約為1∶3。

2.2.2連續(xù)監(jiān)測技術(shù)確定間抽制度的可行性驗證

在敖A區(qū)塊優(yōu)選5口井進行不穩(wěn)定試井，20口不同排量級別的油井動液面進行了連續(xù)監(jiān)測，將連續(xù)液面監(jiān)測與不穩(wěn)定試井進行對比，對比結(jié)果見表1。

根據(jù)解釋資料確定井底流入動態(tài)方程及試驗井的理論間抽制度，與利用不穩(wěn)定試井資料得到的間抽制度進行相同排量級別橫向?qū)Ρ?，兩種方式得到的間抽制度有18口井相吻合，吻合率達到90%，因此，以連續(xù)液面監(jiān)測確定單井的合理間抽制度是可行的。

表1 兩種方法摸索間抽制度不同排量級別對比

2.2.3 連續(xù)監(jiān)測技術(shù)確定間抽制度的節(jié)能效果評價

利用連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)對低產(chǎn)低效井動液面進行了實時監(jiān)測，摸索單井泵排量與液面變化速度之間的最佳匹配關(guān)系；確定利用試井解釋計算出的理論間抽制度與實際液面恢復(fù)法確定的間抽制度之間的關(guān)系。確定合理的間抽制度后，從間抽井產(chǎn)量、能耗、功圖液面等方面對間抽制度的實施效果進行對比分析，進一步確定間抽制度的合理性。

表2 正常生產(chǎn)井轉(zhuǎn)間抽生產(chǎn)井效果評價

利用罐車模擬回壓量油準(zhǔn)確計量井口產(chǎn)液量，并分別計算出實施前正常生產(chǎn)時的日產(chǎn)液量和實施后的折算日產(chǎn)液量（在間抽生產(chǎn)的中間時間段進行罐車量油計量），進行產(chǎn)量分析對比；測試油井間抽前后的系統(tǒng)效率，計算出實施間抽前正常生產(chǎn)時的日耗電和實施間抽后的折算日耗電，進行能耗對比分析；測試油井間抽前后的功圖、液面數(shù)據(jù)，觀察功圖的供液不足程度是否有所改善。根據(jù)以上節(jié)能效果評價原則，從20口試驗井中又優(yōu)選出3口正常生產(chǎn)井，從間抽前后的產(chǎn)量、能耗、功圖變化等幾個方面進行了對比分析，如表2所示。

通過效果評價表2可知，3口試驗井在調(diào)大參數(shù)后執(zhí)行低液面間抽，利用模擬回壓量油錄取間抽前后的日產(chǎn)液量，測試間抽前后有功功率，對比3口井平均日產(chǎn)液下降0.11 t，日產(chǎn)油下降0.03 t，日節(jié)電38.88 kWh，功圖由氣影響恢復(fù)正常，沉沒度恢復(fù)90.9 m。在單井產(chǎn)量基本保持穩(wěn)定的前提下，節(jié)電率44.6%，節(jié)電效果明顯。通過試驗得出間抽制度制定合理及現(xiàn)場執(zhí)行到位的情況下，低液面間抽對產(chǎn)油量影響不大。

2.3 油井動液面實時監(jiān)測技術(shù)的推廣前景

與不穩(wěn)定試井相對比，應(yīng)用連續(xù)液面監(jiān)測裝置投入的成本較小，且連續(xù)液面監(jiān)測裝置能夠動態(tài)應(yīng)用，具有較強的推廣應(yīng)用前景，但是目前連續(xù)液面監(jiān)測裝置的膠皮連接管線和無線遠傳模塊極易被破壞，從而影響其推廣應(yīng)用前景。

與利用連續(xù)監(jiān)測油井動液面技術(shù)制定合理間抽制度相比，其他的還有不停井間抽制度、油井壓力監(jiān)測自動啟?？刂破鞔_定間抽制度[6]等技術(shù)在油田應(yīng)用，液面實時監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用提高了間抽制度制定的準(zhǔn)確性，并有著良好的節(jié)能效果。

3 結(jié)論與認(rèn)識

1）試驗的油井液面連續(xù)測量間抽控制裝置在保證油井供采平衡前提下，定時間段內(nèi)平均單井節(jié)電率達到40%以上，節(jié)能效果明顯，具有較好的應(yīng)用前景。

2）通過對比發(fā)現(xiàn)各個油田監(jiān)測技術(shù)各有利弊。面對老區(qū)油田產(chǎn)能日趨嚴(yán)峻的形勢，只有結(jié)合油田區(qū)塊特點，探索一套適合自身可持續(xù)發(fā)展的自動監(jiān)測技術(shù)，進而為油田的安全生產(chǎn)提供技術(shù)保障。

[1]王金磊，戴成林，張麗.油井液面監(jiān)測技術(shù)調(diào)研[J].新疆石油科技，2015，25（4）：22-26.

[2]羅有剛，程顥，呼蘇娟，等.動液面在線連續(xù)監(jiān)測技術(shù)在超低滲油田的應(yīng)用[J].石油化工應(yīng)用，2015，34（7）：57-59.

[3]陳津剛.油井動液面自動測試裝置的相關(guān)技術(shù)研究[J].化工管理，2015（8）：151.

[4]張波，羅慶梅，王智勇，等.安塞油田油井動液面連續(xù)測試技術(shù)研究與應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014（4）：96-97.

[5]陳思維.油井動液面遠程在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用[J].石油石化節(jié)能，2013（12）：18-19.

[6]李飛.油井壓力監(jiān)測自動啟?？刂破髟诘彤a(chǎn)低滲油田的應(yīng)用效果評價[J].石油石化節(jié)能，2015，6（8）：43-45.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.03.013

2016-11-29

（編輯 張馨怡）

張立明，2015年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)（油氣井工程專業(yè)），從事采油工程機采管理工作，E-mail：liming_fs@163.com，地址：黑龍江省大慶市大同區(qū)慶葡街道第七采油廠工程技術(shù)大隊，163517。