李明江，邱亮，李珍，張彬

(中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司油氣工藝研究院 低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，西安 710018)

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油井系統(tǒng)效率在線監(jiān)測(cè)研究與應(yīng)用

李明江，邱亮，李珍，張彬

(中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司油氣工藝研究院 低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，西安 710018)

摘要：傳統(tǒng)抽油機(jī)系統(tǒng)效率測(cè)試周期長(zhǎng)、影響因素多、測(cè)試誤差大、隨機(jī)性強(qiáng)，不能全面反映油井真實(shí)系統(tǒng)效率，不利于及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)和解決抽油機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題?；陂L(zhǎng)慶油田較為完善的計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行了系統(tǒng)效率在線監(jiān)測(cè)研究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得了預(yù)期效果，可為規(guī)?；瘧?yīng)用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)效率在線監(jiān)測(cè)數(shù)字化油井示功圖

目前，有桿泵抽油機(jī)系統(tǒng)能耗問(wèn)題日趨嚴(yán)重，直接影響原油的開(kāi)采成本。抽油機(jī)系統(tǒng)效率作為衡量抽油機(jī)井能耗的重要指標(biāo)，對(duì)油田節(jié)能降耗、原油增產(chǎn)、提升采收效益有著重要意義。隨著長(zhǎng)慶油田數(shù)字化應(yīng)用不斷深入，數(shù)字化建設(shè)規(guī)模增大，網(wǎng)絡(luò)通信和設(shè)備功能日趨完善，儀器儀表精度提高，具備了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)、參數(shù)遠(yuǎn)程分析的條件，因而在常規(guī)油井示功圖、抽油機(jī)電機(jī)電參數(shù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集的基礎(chǔ)上，拓展示功圖計(jì)產(chǎn)軟件功能，進(jìn)行系統(tǒng)效率在線監(jiān)測(cè)研究，在技術(shù)上是可行的。該項(xiàng)研究的應(yīng)用將提高采集數(shù)據(jù)的應(yīng)用廣度和深度，改變了油田傳統(tǒng)的系統(tǒng)效率測(cè)試方式，提高油田數(shù)字化管理水平。

1系統(tǒng)效率在線監(jiān)測(cè)裝置

系統(tǒng)效率在線監(jiān)測(cè)裝置包括示功圖采集傳感器、電參采集模塊、井口遠(yuǎn)程控制終端(RTU)、井場(chǎng)RTU、無(wú)線網(wǎng)橋、信號(hào)接收器、數(shù)據(jù)庫(kù)、上位機(jī)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等眾多軟硬件設(shè)施。長(zhǎng)慶油田自2008年進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)以來(lái)，已具備上述條件，為系統(tǒng)效率在線監(jiān)測(cè)研究的順利進(jìn)行打下了基礎(chǔ)。

1.1油井示功圖采集裝置

該研究采用的示功圖采集裝置包括載荷傳感器、角位移傳感器、井口RTU。井口RTU接收由井場(chǎng)RTU發(fā)出的指令對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，每10min同步采集一組示功圖數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)至少包含200點(diǎn)，其中示功圖數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)對(duì)(載荷、位移)構(gòu)成，載荷數(shù)據(jù)由載荷傳感器采集抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷獲得，位移數(shù)據(jù)由角位移傳感器采集抽油機(jī)懸點(diǎn)位移獲得。

1.2油井抽油機(jī)電參數(shù)據(jù)采集裝置

圖1　電參數(shù)據(jù)采集原理示意

電參數(shù)據(jù)采集裝置包括井口RTU、電參數(shù)據(jù)采集模塊、電流互感器。該研究采用了針對(duì)油田井口數(shù)據(jù)采集而生產(chǎn)的RTU，它采用了先進(jìn)的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品作為控制器和接口模塊，具有功能強(qiáng)、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、應(yīng)用靈活、操作方便等特點(diǎn)。電參數(shù)據(jù)采集原理如圖1所示。井口RTU接收由井場(chǎng)RTU發(fā)出的指令并以約定格式傳至電參數(shù)據(jù)模塊，對(duì)電參數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，每10min同步采集一組電參數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)至少包含200點(diǎn)。

1.3數(shù)據(jù)通信裝置

該研究數(shù)據(jù)通信采取無(wú)線傳輸?shù)姆绞?，設(shè)備由井口無(wú)線通信模塊、井場(chǎng)RTU、無(wú)線網(wǎng)橋、上層信號(hào)接收器等組成。采集的示功圖、電參數(shù)據(jù)經(jīng)井口RTU無(wú)線傳輸至井場(chǎng)RTU，由無(wú)線網(wǎng)橋?qū)⑿盘?hào)傳輸至上層信號(hào)接收器，然后存儲(chǔ)至工況分析與功圖計(jì)產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.4數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

1.4.1工況分析與功圖計(jì)產(chǎn)系統(tǒng)

該系統(tǒng)已經(jīng)在長(zhǎng)慶油田實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用，截至2014年8月，應(yīng)用油井已達(dá)3×104余口，實(shí)現(xiàn)了油井產(chǎn)液量自動(dòng)計(jì)量、工況自動(dòng)診斷預(yù)警功能。

該技術(shù)從采集油井光桿示功圖入手，把定向井有桿泵抽油系統(tǒng)視為一個(gè)復(fù)雜的三維振動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)建立桿、管、液柱的力學(xué)、數(shù)學(xué)模型及算法，計(jì)算在不同井口示功圖激勵(lì)下的泵功圖響應(yīng)，采用矢量特征法對(duì)泵功圖進(jìn)行分析及故障識(shí)別，確定泵的有效沖程，得出油井地面折算有效排量。

1.4.2系統(tǒng)效率計(jì)算模塊

為了進(jìn)行系統(tǒng)效率在線監(jiān)測(cè)，在工況分析與功圖計(jì)產(chǎn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上研發(fā)了系統(tǒng)效率計(jì)算模塊。系統(tǒng)效率計(jì)算通過(guò)采集的電參數(shù)據(jù)，可以求得有功功率：

電機(jī)有功功率：

(1)

抽油機(jī)系統(tǒng)效率：

(2)

式中： ρ——井液密度，t/m3；qV——油井實(shí)際產(chǎn)液量，m3/d；Hd——?jiǎng)右好嫔?，m；pt——油管壓力，MPa；pc——套管壓力，MPa；g——重力加速度，m/s2；U——電機(jī)線電壓有效值，V；I——電機(jī)線電流有效值，A；φ——有功與視在功率的比值。

式(1)中的所有參數(shù)均可以在工況分析與功圖計(jì)產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)及油田公司A2數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得。

2結(jié)果分析

前期選取了1 000口井進(jìn)行了系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，取得了較好的效果，利用PMTS測(cè)試儀現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的參數(shù)、功圖曲線如圖2所示，在線監(jiān)測(cè)裝置同時(shí)刻采集數(shù)據(jù)繪制的參數(shù)、功圖曲線如圖3所示。

圖2　PMTS測(cè)試儀現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的電參數(shù)及功圖曲線示意

圖3　在線監(jiān)測(cè)裝置同時(shí)刻采集數(shù)據(jù)繪制的參數(shù)及功圖曲線示意

圖2，圖3中實(shí)測(cè)曲線均從下死點(diǎn)開(kāi)始測(cè)試，通過(guò)上述參數(shù)、功圖曲線對(duì)比可以看到，兩種測(cè)試數(shù)據(jù)繪制曲線趨勢(shì)總體是一致的，表明在線監(jiān)測(cè)裝置采集數(shù)據(jù)是可信的。由于測(cè)試儀實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)是某一沖程周期數(shù)據(jù)，由此計(jì)算出的系統(tǒng)效率只能反映測(cè)試時(shí)刻的抽油機(jī)系統(tǒng)效率值，而長(zhǎng)慶油田屬于低滲、特低滲油田，油井產(chǎn)液不規(guī)律，油井系統(tǒng)效率值是動(dòng)態(tài)變化的，因而傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)某時(shí)刻油井系統(tǒng)效率不能準(zhǔn)確反映該井系統(tǒng)效率。相比測(cè)試儀測(cè)試，在線監(jiān)測(cè)裝置每10min測(cè)試一組數(shù)據(jù)，據(jù)此計(jì)算出油井系統(tǒng)效率值，最終取全天計(jì)算的系統(tǒng)效率均值作為該井的真實(shí)系統(tǒng)效率，此方法相對(duì)利用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算的瞬時(shí)系統(tǒng)效率更能代表油井的實(shí)際系統(tǒng)效率，與傳統(tǒng)系統(tǒng)效率測(cè)試儀測(cè)試相比差值在3%以內(nèi)。

該技術(shù)的研究應(yīng)用有效解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)效率測(cè)試隨機(jī)性強(qiáng)、代表性差、間隔周期長(zhǎng)、工作量大等問(wèn)題，有利于油田高效、合理開(kāi)發(fā)及整體管理水平的提升。

3結(jié)論

1) 抽油機(jī)井系統(tǒng)效率在線監(jiān)測(cè)技術(shù)上可行、效果良好，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

2) 系統(tǒng)效率在線監(jiān)測(cè)與傳統(tǒng)人工測(cè)試相比，能夠提供更及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)，降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度及作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。

3) 結(jié)果表明，抽油井系統(tǒng)效率在線監(jiān)測(cè)能夠及時(shí)準(zhǔn)確反映油井系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)油井系統(tǒng)效率在線監(jiān)測(cè)，有利于提高油田綜合管理水平。

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Research and Application of On-line Monitoring of Oil Well System Efficiency

Li Mingjiang, Qiu Liang, Li Zhen, Zhang Bin

(Oil & Gas Technology Research Institute CNPC & National Engineering

Laboratory in Exploration and Development of Ultra-low

Permeability Research, Xi’an, 710018, China)

Abstract：The traditional oil well system efficiency testing can’t represent overall actual system efficiency with long cycle, more influence factors, large testing errors and strong randomness. It is not conducive to timely and accurately discover and solve problems occurred during operation. On-line monitoring studies and on-site tests for system efficiency are carried out based on perfect computer information network in Changqing oil field. The expected result is achieved. It can be used as the reference for large scale applications.

Key words：system efficiency; on-line monitoring; digitization; oil well indicator diagram

中圖分類號(hào)：TP274

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1007-7324(2015)02-0038-03

作者簡(jiǎn)介：李明江(1980—)，男，山東鄄城人，2007年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣田開(kāi)發(fā)工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于長(zhǎng)慶油田公司油氣工藝研究院，從事采油工藝及油田數(shù)字化研究工作。

稿件收到日期：2014-10-23，修改稿收到日期： 2015-01-20。