變參數(shù)計(jì)量方式在油田的應(yīng)用

薄其貴

中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠 （黑龍江 大慶 163513）

某油田于1981年投入開發(fā)，2013年年產(chǎn)量突破200×104t，主要的采油方式有抽油機(jī)、螺桿泵、電泵、提撈等，產(chǎn)量計(jì)量主要采用分離器法、功圖法、翻斗法及估產(chǎn)的方式。隨著該油田開發(fā)的逐步深入，螺桿泵井?dāng)?shù)逐年增多，由于螺桿泵采油技術(shù)的特殊性不能采用功圖法進(jìn)行計(jì)量，而分離器、翻斗法存在著測試時(shí)間長、生產(chǎn)防盜差、井口油氣分離影響大等問題[1-4]，不方便現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用且需要大量的人力及物力的投入，因此，目前540口螺桿泵井中225口估產(chǎn)日產(chǎn)液量，給生產(chǎn)管理和動(dòng)靜態(tài)分析帶來了極大的不確定性。該油田開展了電參數(shù)法計(jì)量螺桿泵日產(chǎn)液量研究。通過變參數(shù)前后扭矩等參量變化計(jì)算日產(chǎn)量，形成了一種便捷的計(jì)量方式。

1 變參數(shù)計(jì)量技術(shù)概述

根據(jù)不穩(wěn)定試井的原理，通過可直接測試的電參數(shù)（扭矩），反映不同參數(shù)下，環(huán)空動(dòng)液面的變化情況（井底流壓的變化值），可以直接反映不同生產(chǎn)參數(shù)下，油井產(chǎn)量的變化，實(shí)現(xiàn)計(jì)量診斷[5]。產(chǎn)液量Q0的計(jì)算公式如下：

式中：n0為變參數(shù)前電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；P1為變參數(shù)瞬間電機(jī)功率，kW；P2為變參數(shù)t時(shí)間后電機(jī)功率，kW；S環(huán)為油套環(huán)空截面面積，m2；fx為續(xù)流量修正函數(shù)系數(shù)，無量綱；a為油套環(huán)空液體平均密度，g/cm3；t為變參數(shù)時(shí)間間隔，min；q為螺桿泵轉(zhuǎn)排量，mL/r；n2為變參數(shù)后電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；fb為泵效修正函數(shù)系數(shù)，無量綱；η1η2為變參前后驅(qū)動(dòng)裝置的傳動(dòng)效率，%。

2 現(xiàn)場應(yīng)用具體做法

依據(jù)上述原理設(shè)計(jì)了螺桿泵井變參數(shù)計(jì)量裝置，該裝置主要由單片機(jī)、有功變送器、環(huán)空壓力變送器、油壓壓力變送器、附件及其他配件組成。將壓力、電壓、電流、有功功率信號轉(zhuǎn)化為電信號，由單片機(jī)對AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號進(jìn)行處理，測試數(shù)據(jù)及計(jì)量診斷結(jié)果存儲(chǔ)于SD卡中，如圖1、圖2所示。

圖1 計(jì)量裝置設(shè)計(jì)原理圖

裝置運(yùn)行時(shí)，螺桿泵井的工況改變前轉(zhuǎn)速n0，測量電參有功功率值；變頻調(diào)參工況改變后轉(zhuǎn)速n2,采油井持續(xù)該工況狀態(tài)下運(yùn)行一段時(shí)間，再恢復(fù)到工況改變前狀態(tài)運(yùn)行,測量電參有功功率值。有功功率前、后測量值的變化量與環(huán)空液面前、后的變化量建立模型，結(jié)合測量的時(shí)間t,即可轉(zhuǎn)換成螺桿泵井單井日產(chǎn)液量。

圖2 計(jì)量裝置外觀圖

該計(jì)量儀經(jīng)過設(shè)計(jì)與理論計(jì)算，室內(nèi)模擬工況的實(shí)驗(yàn)，達(dá)到如下技術(shù)指標(biāo)。

1）參數(shù)指標(biāo)：有功功率 0～37kW；電流 0～100A；電壓 0～500V；壓力 0～5MPa；硬盤容量 2G；工作溫度范圍-30～40℃。

2）功能指標(biāo)：GPRS（可選）傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括電壓、電流、有功功率、產(chǎn)量、液面等，每間隔120min左右傳輸一次，GPRS（可選）調(diào)參時(shí)暫不傳輸數(shù)據(jù);液面誤差≤15%；單井日產(chǎn)量0～100t/d；使用壽命≥2年。

3）數(shù)據(jù)回放：取回?cái)?shù)據(jù)可在上位機(jī)上回放，查看油井運(yùn)行情況曲線連續(xù)或間斷形成，同時(shí)顯示采油井計(jì)量診斷分析情況；數(shù)據(jù)計(jì)量診斷情況網(wǎng)上共享，結(jié)合數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)化管理軟件，歷史數(shù)據(jù)上位機(jī)回放網(wǎng)絡(luò)化管理。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

該產(chǎn)液量計(jì)量儀在完成室內(nèi)測試實(shí)驗(yàn)后，進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)，現(xiàn)場驗(yàn)證測試10口井，1口井由于泵況影響誤差較大，不符合實(shí)際情況，其他9口井符合實(shí)際情況，總測試符合率為90%（表1）。螺桿泵井產(chǎn)液量計(jì)量儀操作簡單、投入費(fèi)用低、可以不需要考慮防盜問題，與液面恢復(fù)測試法對比，測試時(shí)間短，對生產(chǎn)影響小。

表1 電參數(shù)法測試井號表

4 結(jié)論

1）變參數(shù)計(jì)量法其實(shí)就是通過監(jiān)測扭矩變化，結(jié)合不穩(wěn)定試井理論，對產(chǎn)量準(zhǔn)確計(jì)量的方法。從某種程度上說它是動(dòng)態(tài)計(jì)量，通過一段時(shí)間的連續(xù)計(jì)量采用PC電子設(shè)備高精高敏的特性采集數(shù)據(jù)，求取平均值的一種方法。

2）變參數(shù)計(jì)量法的應(yīng)用，有效地解決了螺桿泵單井產(chǎn)量計(jì)量的難題，有效地規(guī)避了測試時(shí)間長、生產(chǎn)防盜差、井口油氣分離影響。

[1]張建偉.井下采油單螺桿泵的現(xiàn)狀及發(fā)展 [J].石油機(jī)械，2000，22（8）：34-35.

[2]劉合，閏建文，薛鳳云，等.大慶油田特高含水期采油工程研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向 [J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2004，23（6）：65-67.

[3]師國臣，張佳民，魏紀(jì)德，等.大慶油田高效舉升與節(jié)能技術(shù)的新發(fā)展[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2009，28（5）：246-252.

[4]張連山.國外螺桿泵采油系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].國外石油機(jī)械，1997，13（10）：8-10.

[5]段禮祥，師國臣，何易.螺桿泵驅(qū)動(dòng)裝置磨損狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)[J].潤滑與密封，2007，26（5）：61-63.