利用大數據創(chuàng)建抽油機井系統效率評價模板

于大華

(中石化勝利油田分公司現河采油廠)

生產指揮系統(簡稱PCS)能夠實時提供海量的油水井監(jiān)控數據，技術人員利用PCS系統大數據建立了多種參數監(jiān)控預警模型，對生產管理水平的提升起到了較大推動作用。抽油機井系統效率作為衡量抽油機井能源利用效率的指標，涉及的測試數據較多，在PCS系統建成之前，系統效率的計算評價要通過現場對每口油井測試才能實現，工作量巨大。PCS系統建成后，油井系統效率的相關數據可以直接從PCS系統提取，對油井進行實時的系統效率分析評價成為可能。利用PCS系統大數據，創(chuàng)建系統效率評價模板，可以評價一類油藏、一個單元、一種采油舉升方式的系統效率，對于優(yōu)化油井工況、降低油井能耗、提升開發(fā)單位生產管理水平具有重要的意義。

一、抽油機井系統效率目標值測算

1. 抽油機井系統效率(η)的概念

抽油機井系統效率指抽油機井的有效功率與輸入功率的比值，以百分數表示[1]。

2. 系統效率子系統劃分

以光桿懸繩器為界，將系統效率分為:地面效率(ηs)和井下效率(ηw)兩部分。

地面效率包括：電機效率η1、皮帶減速箱效率η2、四連桿效率η3；井下效率包括：盤根盒效率η4、抽油桿效率η5、油管效率η6、抽油泵效率η7。

系統效率可表示為：

η=ηs×ηw=η1×η2×η3×η4×η5×η6×η7

3. 系統效率最大目標值測算

根據現場測試，η1≤80%、η2≤82%、η3≤95%。

地面效率最大目標值：

ηs-max=80%×82%×95%=62%

根據現場測試，η4≤90%、η5≤90%、η6≤80%、η7≤95%，井下效率最大值：。

ηw-max=90%×90%×80%×95%=62%

系統效率最大目標值：

ηmax=ηs-max×ηw-max=62%×62%=38.4%

鑒于以上測算結果，如果出現一口抽油機井測算出ηw>62%或ηs>62%或η>38.4%，就需要核實該井數據是否準確。

4. 單井耗電最大目標值測算

以現場常用的30 kW角形接法電機測算,運行電流一般不超過40 A，取Imax=40 A，功率因數取cosΦ=0.85，每天最大耗電量：

Wmax=P×T= 1.732×U×I×cosΦ=537 kW·h

如果PCS系統提取的單井日耗電量W>537 kW·h，可以斷定數據是不準確的。

二、系統效率評價模版的設計

1. 設計原則

以抽油機井的系統效率、日耗電量作為圖版的縱、橫坐標，依照有關標準和統計規(guī)律進行分區(qū)劃線，形成評價模板。

2. 系統效率分區(qū)劃線

參照ηmax的測算結果和中國石化集團勝利石油管理局企業(yè)標準Q/SH1020 1982-2009《提高低效抽油機井系統效率推薦做法》中高滲油藏抽油機井系統效率的合格范圍在16%～25%[2]。

最高線：前文已論述ηmax= 38.4%，取40%。

優(yōu)良線：優(yōu)良線設置為25%。

合格線：合格線設置為16%。

按照上述劃線，可分為四個區(qū)域，即資料不準區(qū)(η≥40%)、優(yōu)良區(qū)(η≥25%～40%)、合格區(qū)(η≥16%～25%)、低效區(qū)(η<16%)。

3. 耗電量分區(qū)劃線

最高線：前文已論述，Wmax=537 kW·h，取500 kW·h設置為最高線。

高耗線和低耗線：據現場測試統計，將300 kW·h設置為高耗線，將100 kW·h設置為低耗線。

按照耗電量劃線標準可將模板分為四個區(qū)域，即資料不準區(qū)(W≥500 kW·h)、高耗區(qū)(W≥300～500 kW·h)、常(中)耗區(qū)(W≥100～300 kW·h)、低耗區(qū)(W<100 kW·h)。

4. 評價模版分區(qū)設置

有了系統效率和耗電量的劃線標準，就對評價模板進行分區(qū)設置。按照日耗電量的劃線標準再細分為低效高耗區(qū)、低效常耗區(qū)、低效低耗區(qū)。低效區(qū)是治理的重點,其他區(qū)域系統效率較高，不再進行耗能劃分，這樣抽油機井系統效率評價模板分為6個區(qū)域(見圖1)。其他油藏類型系統效率評價模版,可參照有關標準以及現場測試統計，自行確定系統效率、耗電量的分區(qū)劃線標準，但結構不變。

圖1 抽油機井系統效率評價模板(中高滲)

三、模版的應用

2018年11月，利用系統效率評價模板對現河莊采油管理區(qū)的237口抽油機井進行統計分析(見表1)，并建立系統效率評價圖版(見圖2)。

表1 現河莊采油管理區(qū)抽油機系統效率分區(qū)統計表

從抽油機井系統效率評價圖版上可以清晰的看到不同區(qū)域內油井的分布。

1. 資料不準區(qū)原因分析與治理

1.1 資料不準的原因

資料不準區(qū)包括W≥500 kW·h和η≥40%兩類。造成資料不準原因主要體現在電量、日產液量、動液面采集不準確三種情況。原因為電表計量不準，功圖計產誤差大，動液面錄取日期和效率計算日期不匹配。

1.2 資料不準校核方法

電表校核：通過現場落實，對電表功率輸出參數、電壓和電流相序、功率輸出參數和相序對應、電流互感器參數設置四種錯誤排除后，電量計量即可恢復正常。

圖2 現河莊采油管理區(qū)抽油機井系統效率評價圖版

功圖計產校核：可進行罐車標產、分離器量油求取真實液量，并對功圖計產系數進行修正。

動液面校核：可加密動液面測試，使取值日期一致即可。

2. 低效區(qū)原因分析與治理

通過分析，造成油井低效的原因為：資料有誤、井下效率低、地面效率低。重點對井下效率低、地面效率低的原因進行分析并提出治理提升的措施。

2.1 井下效率低

從系統效率評價模板的低效常耗區(qū)油井PCS系統提取數據分析，有兩個明顯的特點：井下效率、地面效率都很低。

以XHH75-X75井為例，該井動液面深(1 722 m)，沉沒度小(78 m)，油井舉升高度高，但沉沒度小，泵效也低，造成井下系統效率低。此類油井在工況宏觀控制圖上對應著參數偏大區(qū)，功圖基本為供液不足(見圖3)。

此類油井下步的治理措施為：一是降低油井沖次改善工況；二是實施油水井井組動態(tài)調整調驅，改善供排關系。

圖3 XHH75-X75井地面功圖

2.2 地面效率低

通過低效低耗區(qū)6口井PCS系統提取數據分析(見表2)，除地面效率地外，明顯的特點為動液面淺，沉沒度大。

表2 低效低耗區(qū)抽油機井生產數據表

表3 抽油機井系統效率治理存在問題及治理措施匯總表

以XHH71-C19井為例，該井從 PCS系統提取泵效86.7%，功圖為正常功圖，液柱載荷小，在工況宏觀控制圖上對應著參數偏大區(qū)，具有提液增油、增效的潛力，見圖4。

圖4 XHH71-C19井地面功圖

此類井下步治理措施：一是上調參數；二是改大泵生產。

3. 制定治理措施表

通過以上分析，制定了這部分井治理措施匯總表(見表3)，可以有效指導抽油機井系統效率管理工作。

4. 取得的效果

現河莊采油管理區(qū)通過抽油機井系統效率模板應用，經過兩個月的治理，抽油機井系統效率得到了一定提升。

(1)提液單耗由6.4下降至5.76.4 kW·h/t，折合全天節(jié)電量9800 kW·h，日節(jié)電8330元，全年降低電費支出304萬元。

(2)利用系統效率評價指導調參60口，日增油59.2t，折合全年增加銷售收入445萬元。

四、結論

(1)利用PCS系統的大數據建立系統效率評價模板，可以使管理區(qū)的油井快速“對號入座”,進行系統效率分析治理，工作效率大大提高。

(2)實現了既能宏觀評價油田、單元井組的系統效率，又能借助PCS系統數據對單井進行解剖式的分析，拓展了PCS系統的應用范圍。

(3)創(chuàng)新了一種抽油機井效能管理手段，具有一定的通用性和推廣性，可有效促進油田精細管理提速提效。