谷麗娜

摘 要：目前油田抽油機(jī)井占油井總數(shù)的比例達(dá)到 90%以上，大部分油井通過人工測量，效率低，人工判斷不準(zhǔn)確，無法及時(shí)準(zhǔn)確掌握油井運(yùn)行狀況，從而對油井生產(chǎn)、日常管理帶來不便，嚴(yán)重制約了油田的發(fā)展。如何降低機(jī)械采油成本、提高油井正常生產(chǎn)時(shí)率、延長油井免修期等技術(shù)成為油田穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵，油井優(yōu)化診斷技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)油井故障，實(shí)現(xiàn)提高油井時(shí)率和單井產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：油井；優(yōu)化診斷；生產(chǎn)時(shí)率；油井免修期

油田開發(fā)經(jīng)歷了幾十年的歷程，隨著科技進(jìn)步，大量實(shí)用技術(shù)在石油的勘探、鉆井、測井、修井、采油、注水生產(chǎn)等領(lǐng)域被推廣應(yīng)用，有力推動(dòng)了石油工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。在采油生產(chǎn)管理方面，計(jì)量、監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制等電子技術(shù)和注水自動(dòng)控制也得到了一定的應(yīng)用，但目前多處于分散的、各自獨(dú)立的測控系統(tǒng)，且應(yīng)用程度進(jìn)展不一，未能充分發(fā)揮分項(xiàng)監(jiān)控技術(shù)的實(shí)用價(jià)值。油井優(yōu)化診斷技術(shù)將結(jié)合現(xiàn)場自動(dòng)化采集系統(tǒng)，應(yīng)用數(shù)字功圖綜合診斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)油井的實(shí)時(shí)工況診斷、實(shí)時(shí)報(bào)警等功能，由事后告知向事前預(yù)知轉(zhuǎn)變，由以往單一功圖診斷向綜合故障診斷轉(zhuǎn)變。

1 油井優(yōu)化診斷技術(shù)的研究

常規(guī)的功圖診斷技術(shù)有差分曲線、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷、數(shù)字功圖綜合診斷等方法。前兩種方法依賴于系統(tǒng)本身的固化知識，不具有較強(qiáng)的適應(yīng)性；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)類似于語音識別系統(tǒng)，自身帶有訓(xùn)練、學(xué)習(xí)的過程，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，可有效地提高診斷正確率，但受自身數(shù)學(xué)模型限制，存在應(yīng)用的局限性，診斷正確率普遍偏低。 油井優(yōu)化診斷技術(shù)以對自動(dòng)化采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析診斷優(yōu)化為核心，所采用的是數(shù)字功圖綜合診斷方法，輔

以 PVT 物性模型、多相管流模型、桿柱分析模型、波動(dòng)方程求解泵功圖等各種計(jì)算分析手段，推算出 30 種不同工況的功圖識別，實(shí)現(xiàn)對抽油機(jī)油井動(dòng)態(tài)分析的目的。該方法將功圖數(shù)字化，從數(shù)字中提取信息，判斷特征，結(jié)合油井其它工作參數(shù)對地面功圖、泵功圖、桿柱應(yīng)力、泵效組成、物性剖面等進(jìn)行綜合診斷分析。同時(shí)能提供油井實(shí)時(shí)診斷、實(shí)時(shí)故障報(bào)警、定量分析等功能，由過去的單一功圖診斷向綜合故障診斷方向發(fā)展，提高了油井的生產(chǎn)時(shí)率。

2.1 基本原理

PVT 物性模型研究的是，在一定的壓力、溫度下流體的物性特征。應(yīng)用黑油模型計(jì)算沿井筒不同壓力、溫度下的PVT 物性剖面，為多相管流計(jì)算提供可靠的物性數(shù)據(jù)。 多相管流模型研究的是多相流體在井筒中的流動(dòng)規(guī)律或分布形態(tài)，其中包括水平流動(dòng)、垂直流動(dòng)和傾斜流動(dòng)。油氣井生產(chǎn)時(shí)井筒壓力溫度剖面計(jì)算的基礎(chǔ)是油氣水多相管流計(jì)算，同時(shí)也是抽油機(jī)井下故障及示功圖計(jì)算單井產(chǎn)量研究的基礎(chǔ)。該項(xiàng)目研究的井筒多相流動(dòng)規(guī)律相關(guān)式是Beggs-Brill 相關(guān)式。該相關(guān)式是根據(jù)小型試驗(yàn)設(shè)施上所得的數(shù)據(jù)而建立起來的，不僅可以用來計(jì)算垂直多相管流的壓力降，還可以計(jì)算傾斜和水平多相管流的壓力降。 泵功圖模型：在分析斜井抽油桿柱動(dòng)態(tài)受力與變形的基礎(chǔ)上，建立了描述斜井抽油桿柱動(dòng)態(tài)行為的波動(dòng)方程，建立了相應(yīng)的數(shù)值求解方法。斜井診斷與直井診斷測試方法基本相同，首先都需要通過載荷傳感器和位移傳感器在地面測得不同時(shí)間光桿載荷和位移的變化關(guān)系，然后通過數(shù)學(xué)模型求得抽油桿柱任意位置處的載荷與位移，乃至泵處的載荷與位移關(guān)系，即泵功圖。 對泵效進(jìn)行分析，就涉及到泵的實(shí)際容積和理論排量。泵的實(shí)際容積是一個(gè)定值，在生產(chǎn)過程中被以下五部分所占據(jù)：實(shí)際產(chǎn)液量、進(jìn)泵氣體量、泵的漏失量、沖程損失和泵內(nèi)液體的體積變化影響。 為了確定合適的工作系統(tǒng)，需對一定條件下的抽油桿柱力學(xué)特性進(jìn)行分析，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)微分方程。與直井相比，斜井井眼軌跡在空間上的變化，會讓抽油桿柱工作環(huán)境變得更惡劣。

2.2 技術(shù)內(nèi)容

（1）接收采集系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及手動(dòng)錄入靜態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)； （2）建立 PVT 物性、多相管流、桿柱分析模型； （3）波動(dòng)方程及求解泵功圖； （4）數(shù)字功圖綜合診斷分析；（5）分析預(yù)警、診斷優(yōu)化。

3 油井優(yōu)化診斷技術(shù)應(yīng)用

通過在某油田采油站油井上應(yīng)用此技術(shù)?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集部分全部采用免費(fèi)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，油井的油壓、套壓、出井溫度、示功圖和電參量等數(shù)據(jù)傳輸至油井?dāng)?shù)據(jù)采集柜（一口井一套），再由油井?dāng)?shù)據(jù)采集柜無線傳輸至采油站的工控機(jī)上。結(jié)合現(xiàn)場自動(dòng)化采集系統(tǒng)，應(yīng)用油井優(yōu)化診斷技術(shù)，將功圖數(shù)字化，判斷特征，結(jié)合油井其它工作參數(shù)對地面功圖、泵功圖、桿柱應(yīng)力、泵效組成、物性剖面等進(jìn)行綜合診斷分析，得出油井的工況。根據(jù)系統(tǒng)給出的優(yōu)化建議年累計(jì)調(diào)整油井沖次、平衡、防沖距等生產(chǎn)參數(shù)139次，使得49井次進(jìn)入抽油機(jī)宏觀控制圖的合理區(qū)內(nèi)，使得油井的工作狀況更加合理，平均單井產(chǎn)液量增加2.76t/d。 應(yīng)用油井優(yōu)化診斷技術(shù)后，該區(qū)塊的89口油井平均產(chǎn)液量由24.6t/d提高到27.3t/d，泵效由58.2%提高到61.7%，躺井率由4.2%下降至3.8%，檢泵周期延長了37天。

4 結(jié)論及建議

（1）及時(shí)準(zhǔn)確的油井分析診斷功能。將采集的功圖圖形數(shù)字化，從數(shù)字中提取信息，判斷特征，結(jié)合油井其它工作參數(shù)進(jìn)行功圖分析、桿柱應(yīng)力分析、泵效組成分析、物性剖面分析等綜合診斷分析，得出油井的故障類型，并生成油井診斷報(bào)告。 （2）實(shí)現(xiàn)了油井的優(yōu)化功能。根據(jù)油井故障類型，提供相應(yīng)的優(yōu)化建議，使得油井始終在最佳的狀態(tài)下運(yùn)行。 （3）有效的提高油井管理水平。提高了油井的生產(chǎn)時(shí)率、產(chǎn)液量和泵效，延長了油井的檢泵周期，為油田的穩(wěn)產(chǎn)提供技術(shù)支持。 （4）實(shí)現(xiàn)了油井的數(shù)字化管理。形成了油井的監(jiān)測、診斷、計(jì)量、參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的平臺，可有效地輔助員工完成油水井的分析管理工作，在提高管理效率、增產(chǎn)、節(jié)能、促進(jìn)安全管理等方面綜合發(fā)揮作用。

參考文獻(xiàn)

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