范曉晶　（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

抽油機(jī)井系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件在油田開發(fā)中的應(yīng)用

范曉晶（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

在油井生產(chǎn)過(guò)程中，為了達(dá)到抽油機(jī)井節(jié)能降耗、提高系統(tǒng)效率的目的，應(yīng)用了抽油機(jī)井系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，通過(guò)建立抽油機(jī)動(dòng)態(tài)仿真模型，產(chǎn)能預(yù)測(cè)的仿真分析計(jì)算，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用100口井驗(yàn)證，平均單井沖速降低2.6 min-1，產(chǎn)液量增加2.5 t/d，最大載荷降低7.32 kN，最小載荷上升2.83 kN，單井消耗功率降低1.90 kW，系統(tǒng)效率提高8.10百分點(diǎn)，節(jié)電率28.78%，節(jié)能降耗效果顯著。

抽油機(jī)；系統(tǒng)效率；優(yōu)化軟件

抽油機(jī)井系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件是一個(gè)中文版，基于B/S構(gòu)架的抽油機(jī)井系統(tǒng)效率分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件。該軟件的數(shù)據(jù)基于ORACLE的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同用戶職能,實(shí)現(xiàn)分級(jí)授權(quán)。系統(tǒng)具有一般查詢、高級(jí)查詢功能，主要實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)井參數(shù)敏感性分析,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行地面、井下效率方面的優(yōu)化的若干經(jīng)典方法、經(jīng)驗(yàn)方法、現(xiàn)代方法[1-2]。

1　抽油機(jī)井系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)及功能

軟件系統(tǒng)由4個(gè)功能模塊組成，分別是：數(shù)據(jù)管理、油井分析、參數(shù)優(yōu)化仿真和系統(tǒng)管理[2]（圖1）。

◇數(shù)據(jù)管理模塊：實(shí)現(xiàn)手動(dòng)輸入、ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用和自動(dòng)化系統(tǒng)采集；

◇油井分析模塊：實(shí)現(xiàn)油井工況診斷、參數(shù)敏感性和系統(tǒng)效率的分析；

◇參數(shù)優(yōu)化仿真模塊：實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)斜、直井優(yōu)化設(shè)計(jì)；

◇系統(tǒng)管理模塊：主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)維護(hù)，出于系統(tǒng)運(yùn)行的安全考慮，系統(tǒng)管理只有程序管理員有權(quán)對(duì)程序進(jìn)行維護(hù)與管理，其他應(yīng)用人員無(wú)法進(jìn)入。

圖1　抽油機(jī)井系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)機(jī)構(gòu)框圖

1.1數(shù)據(jù)管理

由于該模塊產(chǎn)能預(yù)測(cè)、優(yōu)化設(shè)計(jì)涉及許多運(yùn)行參數(shù)，為方便用戶操作，提高速度，將數(shù)據(jù)管理分成3部分：手動(dòng)錄入、批量上傳和ORACLE數(shù)據(jù)導(dǎo)入。

在批量上傳和ORACLE數(shù)據(jù)導(dǎo)入過(guò)程中，數(shù)據(jù)上傳很快，但往往傳入數(shù)據(jù)不全，因此，需要手動(dòng)錄入缺少的數(shù)據(jù)。手動(dòng)錄入又包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)、井況數(shù)據(jù)。

1.1.1生產(chǎn)數(shù)據(jù)

生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理的是測(cè)試當(dāng)天相對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，主要數(shù)據(jù)項(xiàng)為：日產(chǎn)液、日產(chǎn)油、日產(chǎn)氣、套壓、油壓、動(dòng)液面、井口溫度、含水率、含砂率等。

1.1.2井況數(shù)據(jù)

井況數(shù)據(jù)管理的是現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備，包括抽油泵、抽油機(jī)、油管、電動(dòng)機(jī)和抽油桿組合等與相應(yīng)的工作環(huán)境如：泵深、油層中深、沖程、沖速，以及平衡狀態(tài)的數(shù)據(jù)。

1.2參數(shù)優(yōu)化仿真

優(yōu)化設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)功能模塊中最重要的一部分，它針對(duì)不同的目標(biāo)函數(shù)，對(duì)抽油機(jī)井的工況參數(shù)和設(shè)備參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合，計(jì)算每種組合的系統(tǒng)效率相關(guān)參數(shù)，從而確定更好的優(yōu)化方案，主要流程如圖2所示。

圖2　參數(shù)優(yōu)化仿真流程

1.2.1新建仿真

新建仿真模塊主要功能：

◇選擇仿真井號(hào)：即前面所輸入的基本數(shù)據(jù)的井號(hào)；

◇打開歷史仿真：打開從前優(yōu)化的井號(hào)數(shù)據(jù)；◇保存仿真：保存當(dāng)前所優(yōu)化的仿真。

1.2.2查看油井?dāng)?shù)據(jù)

查看油井?dāng)?shù)據(jù)模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)所需要的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽、修改和保存。主要數(shù)據(jù)包括：油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、油藏?cái)?shù)據(jù)、井況數(shù)據(jù)、電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)、抽油機(jī)數(shù)據(jù)、抽油桿數(shù)據(jù)、抽油泵數(shù)據(jù)和油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)[3]。

1.2.3產(chǎn)能預(yù)測(cè)

產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法包括 采油指數(shù)算法、Vogel算法、Vogel/Darcy算法、油水復(fù)合算法、所有算法。5種算法都是通過(guò)配置生產(chǎn)數(shù)據(jù)，利用圖形方式間接設(shè)置配產(chǎn)數(shù)據(jù)，產(chǎn)能預(yù)測(cè)是根據(jù)設(shè)置好的配置數(shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)能預(yù)測(cè)，繪制IPR曲線。

1）采油指數(shù)算法：適合于自噴井、高滲透砂巖或天然裂縫性灰?guī)r油田。

2）Vogevl算法：適合于油氣兩相水驅(qū)方式，生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用表明,當(dāng)油井的綜合含水小于50%時(shí),應(yīng)用效果較好。

3）Vogel/Darcy算法：在油田實(shí)際中 ,油井絕大多數(shù)是在Pr＞Pb＞Pwf條件下生產(chǎn)的。在進(jìn)行油井產(chǎn)能計(jì)算時(shí),其流入特性關(guān)系應(yīng)當(dāng)采用Vogel/Darcy結(jié)合式來(lái)表達(dá)。在此表達(dá)式中,Pr～Pb段采用Darcy公式來(lái)描述,Pb～Pwf段則采用Vogel公式描述。

4）油水復(fù)合算法：前面所述的油井產(chǎn)能計(jì)算式是在油井不含水的情況下建立的。對(duì)于不同驅(qū)動(dòng)類型的油藏,油井含水對(duì)產(chǎn)能的影響是不相同的。對(duì)于溶解氣驅(qū)油藏,油井產(chǎn)能將隨油井含水率的增加而減??；對(duì)于活躍水驅(qū)油藏,油井產(chǎn)能則是隨油井含水率的增加而增大。Patrobras建立了油井含水條件下的流入特性關(guān)系。它是在以往有關(guān)油井產(chǎn)能計(jì)算研究的基礎(chǔ)上,對(duì)于產(chǎn)油量的計(jì)算選用Vogel/ Darcy結(jié)合式來(lái)計(jì)算,對(duì)于產(chǎn)水量的計(jì)算選用 Darcy公式計(jì)算,再根據(jù)油井生產(chǎn)的油水比例,得出復(fù)合油水流入特性關(guān)系。

5）所有算法：所有算法項(xiàng)列出所有算法的結(jié)果，并將這些算法結(jié)果的IPR曲線用不同的顏色在同一個(gè)圖形中顯示出來(lái)。

5種算法是進(jìn)行產(chǎn)能預(yù)測(cè)的幾種不同方法，用戶可根據(jù)所要優(yōu)化井的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

1.2.4流入流出

流入流出模塊包括“油管流體壓力分布規(guī)律”、“油管流體溫度分布規(guī)律”、“環(huán)空流體壓力分布規(guī)律”、“流入流出協(xié)調(diào)曲線”。

1.2.5動(dòng)態(tài)仿真

動(dòng)態(tài)仿真模塊包括動(dòng)態(tài)仿真和懸點(diǎn)參數(shù)與曲柄轉(zhuǎn)角變化規(guī)律。

動(dòng)態(tài)仿真具有以下功能：

1）抽油機(jī)性能對(duì)比仿真：程序可以對(duì)“常規(guī)抽油機(jī)”、“異型雙驢頭抽油機(jī)”、“異相曲柄抽油機(jī)”、“偏輪抽油機(jī)”進(jìn)行不同運(yùn)動(dòng)規(guī)律下的系統(tǒng)效率參數(shù)的變化趨勢(shì)計(jì)算仿真。

2）電動(dòng)機(jī)性能對(duì)比仿真：程序?qū)Α癥系列電動(dòng)機(jī)”、“超高轉(zhuǎn)差系列電動(dòng)機(jī)”對(duì)系統(tǒng)效率參數(shù)變化趨勢(shì)的仿真計(jì)算。

3）系統(tǒng)效率與分效率變化規(guī)律:用戶可以針對(duì)系統(tǒng)效率和分效率與對(duì)應(yīng)變化參數(shù)在變化范圍內(nèi)的變化趨勢(shì)繪制曲線,直觀地反映其影響趨勢(shì)。

4）懸點(diǎn)參數(shù)與曲柄轉(zhuǎn)角變化規(guī)律:反映抽油機(jī)1個(gè)沖程內(nèi)曲柄轉(zhuǎn)角與懸點(diǎn)速度、加速度、曲柄角加速度和扭矩因數(shù)的對(duì)應(yīng)變化趨勢(shì)曲線。

分析以上功能可以精確顯示不同參數(shù)組合下的運(yùn)行特性對(duì)不同的地面設(shè)備的影響趨勢(shì),為用戶選擇地面設(shè)備提供一定的參考數(shù)據(jù)。

1.2.6參數(shù)優(yōu)化

在該模塊中可以得到最終的優(yōu)化結(jié)果，實(shí)現(xiàn)報(bào)表打印。

2　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

在保證產(chǎn)液量不降的前提下，降低電動(dòng)機(jī)輸入功率，優(yōu)化設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)、沖程、沖速、泵徑等參數(shù)，在葡北地區(qū)隨檢泵作業(yè)實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)100口井，平均單井沖速降低2.6 min-1，產(chǎn)液量增加2.5 t/ d，最大載荷降低7.32 kN，最小載荷上升2.83 kN，單井消耗功率降低1.90 kW，系統(tǒng)效率提高8.10百分點(diǎn)，節(jié)電率28.78%。

3　結(jié)論

1）軟件以產(chǎn)液量不降為前提，合理優(yōu)化桿柱組合、沖程、沖速、泵徑等參數(shù)，能夠提高機(jī)采井系統(tǒng)效率，節(jié)電效果明顯。

2）參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中涉及的靜、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，如單井油氣比、原油黏度等，由于缺少單井資料，只能用區(qū)塊數(shù)據(jù)來(lái)代表，在一定程度上影響單井的優(yōu)化結(jié)果。

3）該軟件以企業(yè)網(wǎng)ORACLE庫(kù)為數(shù)據(jù)源實(shí)現(xiàn)了單井優(yōu)化設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)化。

[1]張琪.采油工程原理與設(shè)計(jì)[M].東營(yíng):中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006，124-135.

[2]張寶安.機(jī)械采油井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].東營(yíng):中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006，19-29.

[3]杜海江.提高機(jī)采系統(tǒng)效率的幾點(diǎn)見解[J].油氣田地面工程，2004，23（7）:5-6.

（編輯李珊梅）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.06.009

范曉晶，工程師，2003年畢業(yè)于齊齊哈爾大學(xué)，從事機(jī)采管理工作，E-mail：fanxiaojing@petrochaina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠工程技術(shù)大隊(duì)，163517。

2015-12-15