油水井生產管理系統(tǒng)的數(shù)據采集及應用優(yōu)化

李彤蔚，韓 濤，康治華，高建峰

（中國石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750006）

油水井生產數(shù)據主要包含井口壓力、載荷、溫度、沖程、沖次、電流等數(shù)據，是直接反映油水井實時生產狀況的基本信息。采集的數(shù)據通過錄入油水井生產管理系統(tǒng)，軟件可識別運算出實時單井液量計算及工況監(jiān)測診斷。這對油水井的安全生產、日常維護、措施制定有著重要的意義。隨著油田地面工藝簡化優(yōu)化的完成，傳統(tǒng)分離計量設備已全部廢除。目前使用的油水井生產信息采集與指揮系統(tǒng)優(yōu)化了之前的傳統(tǒng)人工計量錄入方式，采用數(shù)字化“功圖法”產液量計量技術，以采油工程技術、通訊技術和計算機技術相結合，實現(xiàn)油水井自動監(jiān)測和控制、實時示功圖、壓力、電參數(shù)等數(shù)據采集、油水井液量計量、油水井工況診斷、系統(tǒng)效率優(yōu)化設計等功能[1，2]。

該系統(tǒng)以實時數(shù)字化功圖為基礎采用“功圖法”產液量計量技術、油水井遠程實時綜合故障診斷技術、結合“單井單管流程”計量技術等幾項油水井遠程實時計量關鍵技術為保障，實現(xiàn)保證98%以上的井計量誤差控制在0.5%以內，能夠準確反映出單井產液量的動態(tài)變化。目前已經形成以油水井單井生產數(shù)據采集為核心，并輔以對油水井進行工況監(jiān)控，對采集的數(shù)據進行分析診斷優(yōu)化，實現(xiàn)簡化地面流程作用的同時，還實現(xiàn)了提高油水井系統(tǒng)效率的目的，為實現(xiàn)數(shù)字化油田建設奠定了堅實的基礎。

1 系統(tǒng)功能及特點

1.1 油水井生產數(shù)據采集系統(tǒng)原理

油水井生產數(shù)據采集及工況分析系統(tǒng)以抽油機井數(shù)字化“功圖法”產液量計量技術、油水井遠程實時綜合故障診斷技術、單管流程計量技術等幾項油水井遠程實時計量關鍵技術為保障，通過建立抽油泵（整筒泵）系統(tǒng)工作原理的數(shù)學模型計算出理論系統(tǒng)在不同井口示功圖采集下的泵功圖反饋，然后對此示功圖功圖周期內工作效率進行定量計算分析，確定泵的有效沖程、沖次、充滿系數(shù)（功圖飽滿度）、在結合單管流程計量折算修正系數(shù)、進而求出采油井有效地面有效采出量。該項技術對示功圖的識別，可以準確地確定固定凡爾、游動凡爾的開啟、關閉四個關鍵點，描述出示功圖關鍵的點、線、面的幾何特征，計算產液量，并運用幾何特征法、矢量特征法、神經網絡法實現(xiàn)對示功圖計量、故障診斷等油井基礎信息的準確判斷[3，4]。

1.2 油水井生產數(shù)據采集系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)主要由數(shù)據采集傳輸設備（由壓力傳感器、載荷傳感器、電參傳感器、測控主機RTU等組成）、傳輸網絡（依托測控主機RTU內集成的GPRS模塊通過電信服務商的移動網絡傳輸）和監(jiān)控中心服務器（生產數(shù)據通過GPRS網絡傳輸?shù)焦揪W關的服務器，數(shù)據處理發(fā)布服務器經整理分析運行在企業(yè)網內部客戶端發(fā)布展示）三部分組成（見圖1）。該系統(tǒng)具備生產數(shù)據采集的統(tǒng)一入庫、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一計算、統(tǒng)一發(fā)布等功能[5-8]。

1.3 系統(tǒng)功能

油水井工況數(shù)據遠傳計量管理系統(tǒng)具有強大的功能，主要功能概況如下：

（1）可根據實時數(shù)據變化監(jiān)測現(xiàn)場設備，當設備發(fā)生故障時實時報警。

（2）根據示功圖報警信息，及時搶修趟井，提高生產時率。一般人工監(jiān)控狀態(tài)處理時間4 h，自動監(jiān)控處理可縮短到1 h之內。

圖1 油水井生產數(shù)據采集工況分析系統(tǒng)構成示意圖

（3）通過工況分析優(yōu)化功能，及時進行有機參數(shù)調整，利用有機工況遠傳計量系統(tǒng)，跟蹤油水井每小時功圖變化，確定優(yōu)化的間開周期；實施參數(shù)調整措施，實現(xiàn)單井的高效、低能耗；實現(xiàn)單井技術措施的優(yōu)化跟蹤，對油水井工況變化分析做到五個及時：“變化發(fā)現(xiàn)及時，原因分析及時，措施制定及時，措施執(zhí)行及時，效果評價及時”。

（4）實現(xiàn)油水井實時故障停井報警、提高開井時率；通過報警系統(tǒng)的應用，實現(xiàn)了油水井生產信息自下而上的傳遞和管理考核壓力自上而下的傳遞。

（5）功圖法計算產液量，及時準確反映采油井產液量變化；通過示功圖數(shù)據的資源共享，使技術人員由過去每天對采油井工況進行診斷變?yōu)閷崟r對采油井工況進行診斷，對疑似故障井做出細致深入的分析診斷，使工況優(yōu)化、措施制定的及時率得到了革命性的提高。

（6）通過示功圖的自動錄取遠傳，大大節(jié)省了現(xiàn)場操作人員數(shù)據采集的工作量，大大降低了勞動力成本。同時，油水井量油由過去的每天取時量油轉變?yōu)槿爝B續(xù)量油，計量準確度得到大幅提高。

1.4 系統(tǒng)特點

（1）設備簡單：每口井只需安裝一個二合一傳感器和一個信號發(fā)送器，每口井安裝時間為10 min左右。

（2）節(jié)約成本：每個RTU可以管理500 m以內的所有井的數(shù)據測試，同時實現(xiàn)了有線測量向無線傳輸轉變，運行費用低，維護方便。

（3）維護方便：作業(yè)時，只需將傳感器拆下，維護完畢后將傳感器重新安裝上后重新標定沖程、沖次、位移等參數(shù)即可。

（4）可靠性高：二合一傳感器安裝在懸繩器與方卡子之間，信號發(fā)生器安裝在游梁底部，保護器保護，RTU有專門的變壓柜安裝存放，設備防盜防破壞。

（5）準確度高：傳感器采用起點位置加拉線式標定獲取位移，保證測試的準確性，每次作業(yè)后只需使用標定機標定即可。傳感器與信號發(fā)送器之間一一對應，保證源頭數(shù)據的準確性。

該系統(tǒng)改變了原來系統(tǒng)安裝設備多，前期投入資金多，后期維護成本多，出現(xiàn)問題的幾率較高的特點，使用價值得到充分的體現(xiàn)。

2 現(xiàn)場應用及效果評價

油水井生產數(shù)據管理系統(tǒng)的設計是以簡化地面計量流程和提高系統(tǒng)效率為目標，使油田自動化和生產分析設計工作有機的結合，從而為油田地面工藝系統(tǒng)的優(yōu)化設計提供強有力的技術支撐。

在實際生產中，因“三低”油藏的特性物性導致油水井采出率低、泵筒供液不足、間歇性出油、高含水地層氣等影響油井生產波動較大的油井普遍存在。而傳統(tǒng)方法不能有效準確地計量求產導致采油井產能不能真實反映，從而影響油藏穩(wěn)產調整決策。目前比較有效的單井產能計量方式以功圖法結合單管流程計量能夠較為準確地反映油井的實際生產動態(tài)。以下就該系統(tǒng)關鍵技術結合現(xiàn)場實際應用總結其效果評價并提出優(yōu)化方案。

2.1 數(shù)字化生產指揮平臺主要應用功能

2.1.1 油井實時工況分析

（1）采集功能：實時對抽油機井抽油泵的功率、沖次、沖程；地面抽油機工作電壓、電流、井口壓力等生產參數(shù)，可實時網絡檢測（見表1）。

（2）故障報警功能：針對異常停電、停井、回壓異常、缺相及電流異常、抽油機抽空及其他意外故障進行警報提示（見表2）。

2.1.2 數(shù)據管理提取功能

（1）生產報表自動生成上傳功能：通過對現(xiàn)場采集的圖形數(shù)據計算，自動導出油井生產工況分析系統(tǒng)下油井計量生產報表，以日報、月報匯總出油井統(tǒng)計分布（見表 3）。

（2）生產管理及遙控指揮功能：自動記錄生產參數(shù)超限報警及設備故障報警，對預測出的故障位置和故障原因進行相應提示，技術人員可及時處理（見圖2）。

（3）油水井生產系統(tǒng)分析與優(yōu)化決策功能：依據以上現(xiàn)場檢測數(shù)據，進行生產井參數(shù)優(yōu)化設計、在線診斷、抽油井系統(tǒng)效率分析，為后續(xù)油田生產動態(tài)分析提供參考依據（見表4）。

表1 B1井組油井單井實時生產數(shù)據報表（2017-10-20）

表2 B1井組油井實時預警信息報表（2017-10-20）

表3 C增壓站油井計量生產報表（2017-10-26）

圖2 油水井生產數(shù)據工況分析統(tǒng)計圖

表4 D區(qū)塊異常油井措施建議表（2017-10-26）

2.2 效果評價

通過油水井生產數(shù)據采集及工況分析系統(tǒng)全面應用到油田實際生產中，目前已基本達到24 h對油水井進行實時監(jiān)測、診斷分析、計量，準確及時地反映了油水井現(xiàn)場實際工作情況，實現(xiàn)了遠程監(jiān)控油水井生產工況管理油田的新模式。通過現(xiàn)場應用總結出以下幾個方面：

2.2.1 大幅提升生產時率 油井的功圖和產液量每時每刻都在發(fā)生變化，之前傳統(tǒng)定性計量方式通過一段時間的間斷計量計算求得全天產量，存在較大誤差和不精準度。而現(xiàn)在用油水生產數(shù)據采集及工況分析系統(tǒng)可以定時定量地反映油井產液量的變化。

以B2井組為例，數(shù)字化“功圖法”產液量計量技術某日求出井組內總產液量比傳統(tǒng)計量方式累計少計量近2 m3產出。實際全區(qū)日產液量2 441.79 m3，作業(yè)區(qū)日報折算日產液量2 427.11 m3，以當日全區(qū)綜合含水59.2%計算，實際比報表多產出原油近5.03 t/d（見表5）。

2.2.2 有效降低生產成本 該系統(tǒng)可基于示功圖特征診斷出油水井故障實時報警。監(jiān)控異常油井工況對故障井診斷結果進行實時報警。比如：抽油桿斷脫、供液不足、氣鎖、氣體影響、凡爾漏失、泵故障等。盡量減少故障油井對產量波動的影響。進而從設備及人員方面節(jié)約成本，實現(xiàn)最大化盈利（見表6）。

2.2.3 大大降低勞動強度

2.2.3.1 現(xiàn)場操作人員 功圖法計量技術使油井產液量連續(xù)計量成為現(xiàn)實；在線功圖給出的油井診斷結果，為現(xiàn)場生產工礦分析和管理提供了有力的保證；改變了傳統(tǒng)的油井計量方式，能夠簡化地面計量流程，降低油田開發(fā)投資；生產現(xiàn)場遠程自動數(shù)據采集和分析，減少交通車輛配備數(shù)量和運行時間，降低生產運行費用；提高勞動生產率，減少生產管理人員，改善工人的勞動環(huán)境。

2.2.3.2 管理技術人員 對抽油井進行生產分析、優(yōu)化和決策，減少停產時間，提高油井生產時率；自動化測控系統(tǒng)與分析優(yōu)化決策系統(tǒng)聯(lián)用，提高油田科學化管理水平和系統(tǒng)效率。

最終實現(xiàn)操作員工看的會用的慣，操作簡單，好用方便，管理人員應用熟練，時效快捷，準確判斷，從而全面有效應用系統(tǒng)到油田生產管理評價中，制定出全面系統(tǒng)的油藏調整策略。

2.2.4 系統(tǒng)后期優(yōu)化升級空間

（1）該系統(tǒng)運行環(huán)境受限：該系統(tǒng)目前是在油田內部網絡系統(tǒng)虛擬環(huán)境下才能運行，沒有成型的操作界面，這就要求操作人員必須具有一定的命令輸入和類型查詢指令才能熟練操作該系統(tǒng)，且該系統(tǒng)個人賬號管理權限分界明顯，不得越級操作后臺數(shù)據。

（2）前期數(shù)據錄入量大：由于開發(fā)數(shù)據實行月度制統(tǒng)計核查機制，所以每月都需要手動依次錄入所有生產油水井基礎數(shù)據，并且新井添加時必須當日限時手動錄入，否則超時或錄入錯誤時，需要后臺解說才能重新錄入，增加了數(shù)據錄入的難度和工作量，實際上每口油水井自投產后其數(shù)據是在母系統(tǒng)中都存在有數(shù)據備份，這樣就導致數(shù)據重復錄入，數(shù)據修改難度較大。

表5 B2井組油井單井功圖法計量生產報表（2017-09-15）

表6 全區(qū)2017年10月成本統(tǒng)計表（2017-11-01）

（3）操作流程繁瑣：該系統(tǒng)由于是采用的分級分時段的數(shù)據表文件形式進行數(shù)據的儲存和提取，在數(shù)據處理過程中，系統(tǒng)處理和人工數(shù)據操作相互重疊，不僅造成數(shù)據錄入和提取緩慢，尤其是當大面積用戶同時操作界面時會出現(xiàn)長期卡頓和系統(tǒng)未響應，而且當操作人員遺漏或輸入錯誤信息時系統(tǒng)沒有提示界面，導致后期數(shù)據提交后臺時才能顯示錯誤信息，導致所有操作全部重新處理，在時效性和準確度上受到很大程度上的制約。

對此該系統(tǒng)在后期的優(yōu)化升級上還有很大的提升空間。

3 結論與認識

油水井生產數(shù)據采集及工況分析系統(tǒng)通過在長慶油田的推廣應用，相比傳統(tǒng)的非連續(xù)性計量方式具有數(shù)據更準確、傳輸更及時、成本更低廉等特點。

（1）在相同工藝條件下，功圖法計量油的計量精度是傳統(tǒng)計量方式的萬倍級，誤差率始終穩(wěn)定在5‰，從而能夠精細反映區(qū)塊動態(tài)變化、井組的總產液量；能較準地計量非疑難井的單井產量。

（2）這套系統(tǒng)通過無線遠程傳輸數(shù)據、批量計算功圖數(shù)據，及時準確地得出油井的時段產量、累計產量和平均產量。節(jié)約了人力、物力；并迅速為油田提供豐富的計算數(shù)據。

（3）在生產實際中，間歇性出油、高含水、生產波動大等類型油井，傳統(tǒng)的計量技術已顯不適應性，功圖法量液技術能夠更好地反映油井的實際生產動態(tài)。

（4）油水井生產數(shù)據采集及工況分析系統(tǒng)技術的實施，簡化了油田的地面流程，為長慶油田的生產管理和提高優(yōu)化設計水平提供了可靠的技術手段。該技術開創(chuàng)了長慶油田地面建設三級布站的新模式，開創(chuàng)了老油田地面流程簡化優(yōu)化新模式，對地面流程改造、新油田投產、老油田高效開發(fā)提供十分有益的參考和技術支撐。

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