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        海上稠油井電潛泵耗電量動態(tài)預(yù)測模型及應(yīng)用

        2018-08-23 11:51:54陳歡朱磊曹硯鋒于繼飛
        關(guān)鍵詞:效率

        陳歡,朱磊,曹硯鋒,于繼飛

        (中海油研究總院有限責(zé)任公司 海洋石油高效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100028)

        電潛泵采油工藝是為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)有效地開采地下石油而發(fā)展起來日趨成熟的一種人工舉升采油方式,隨著油田開發(fā)進(jìn)入高含水期,電潛泵采油工藝以其優(yōu)越的強(qiáng)采能力和排量大的特點(diǎn)在高含水期油田和海上稠油油田得到廣泛應(yīng)用,在海上油田增油上產(chǎn)方面發(fā)揮了巨大作用。但電泵井系統(tǒng)效率低、耗電量高[1~3]。電潛泵耗電量與系統(tǒng)效率、產(chǎn)液量等諸多因素有關(guān),這些因素的匹配與否將直接影響電潛泵耗電量,其結(jié)果將進(jìn)一步影響到電潛泵井的工況[4,5]。目前,電潛泵耗電量的計算一般是依靠專業(yè)軟件來完成的,但是由于其涉及較多的油藏地質(zhì)參數(shù)及較復(fù)雜的計算,軟件計算出來的耗電量是一個相對準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),并不能實(shí)時監(jiān)測反映油井電潛泵實(shí)際的耗電量。在考慮多個影響因素的基礎(chǔ)上,通過對海上某些稠油油田現(xiàn)場大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、分析、整理和統(tǒng)計計算,建立考慮各個影響因素的電潛泵耗電量動態(tài)預(yù)測模型,分析了各個影響因素對電潛泵耗電量的影響,再經(jīng)過科學(xué)合理配置,對各項(xiàng)采油工藝參數(shù)精確優(yōu)化,為現(xiàn)場提供了一種方便、快捷、實(shí)時的計算海上稠油井電潛泵耗電量新方法。

        1 電潛泵耗電量影響因素

        電潛泵耗電量受很多因素制約,與泵系統(tǒng)效率(ηs)、產(chǎn)液量(QL)、流壓(pwf)、含水率(fw)、氣油比(RGO)、原油黏度(μo)、原油密度(ρo)、井深(L)等諸多因素有關(guān)。由于人力、物力以及現(xiàn)場條件限制,目前只能收集到電潛泵耗電量與系統(tǒng)效率、產(chǎn)液量、井底流壓、含水率和氣油比的數(shù)據(jù),缺少油水黏度和混合液密度等生產(chǎn)數(shù)據(jù)。而原油黏度和氣油比與井筒壓力和含水率有關(guān),考慮井底流壓和含水率就間接反映了原油黏度和氣油比。因此,主要研究系統(tǒng)效率、產(chǎn)液量、井底流壓和含水率等因素對電潛泵耗電量的影響。通過對海上某稠油油田大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,分析電潛泵系統(tǒng)效率、產(chǎn)液量、井底流壓、含水率等單因素對電潛泵耗電量的影響,結(jié)果如圖1~4所示。

        從圖中可以看出,在流體性質(zhì)相近,油藏埋深相近,產(chǎn)液量、流壓、含水率相近,系統(tǒng)效率相同的情況下,電潛泵耗電量的差別也是很大的。電潛泵耗電量是同時受產(chǎn)液量、流壓、含水率、氣油比、系統(tǒng)效率等綜合因素的影響。

        圖1 電潛泵耗電量與產(chǎn)液量的關(guān)系 圖2 電潛泵耗電量與流壓的關(guān)系

        圖3 電潛泵耗電量與含水率的關(guān)系 圖4 電潛泵耗電量與系統(tǒng)效率的關(guān)系

        2 電潛泵耗電量影響因素權(quán)重排序

        決定電潛泵井耗電量的因素很多,在建立評價指標(biāo)體系時,主要考慮以下三個方面因素:第一是能夠客觀反映各井的狀況;第二是資料獲取的難易程度以及資料的可靠性;第三評價指標(biāo)與研究目標(biāo)之間函數(shù)關(guān)系規(guī)律性明顯。

        為了快速準(zhǔn)確評價電潛泵耗能水平,借鑒層次分析方法和統(tǒng)計分析方法[6~8]對電潛泵耗電量影響因素進(jìn)行了排序。基于以上原則,選擇了系統(tǒng)效率、產(chǎn)液量、含水率、流壓、氣油比、原油黏度、井深和原油密度共8項(xiàng)指標(biāo)作為主要評價因素,采用最常用的單層評價體系(表1)。

        根據(jù)影響電潛泵耗電量的各指標(biāo)敏感性大小,認(rèn)為8項(xiàng)指標(biāo)對耗電量的影響程度依次為系統(tǒng)效率、產(chǎn)液量、含水率、氣油比、流壓、原油黏度、井深、原油密度,且相鄰兩個的影響程度之差可以認(rèn)為基本相等,基于以上原則建立指標(biāo)判斷矩陣并求解。

        表1 構(gòu)造判斷矩陣賦值

        得到:

        經(jīng)過計算求得A的最大特征值為λmax=8.2883,相應(yīng)的特征向量為:

        (2)

        作歸一化處理,則有:

        (3)

        按總排序向量各元素數(shù)值的大小進(jìn)行排列,數(shù)值大者,耗電量優(yōu)勢就越大。由ηs、QL、fw、RGO、pwf、μo、L和ρo的歸一化權(quán)重向量可以看出,后3個參數(shù)的權(quán)重大小為0.0477、0.0327、0.0236,可以忽略不計。因此,重點(diǎn)考慮ηs、QL、fw、pwf這4個參數(shù)對電潛泵耗電量的影響,其影響因素大小排序依次為ηs、QL、fw和pwf。

        另外,以海上4個油田為例,用統(tǒng)計軟件對稠油井電潛泵耗電量與各影響因素進(jìn)行多元線性回歸分析。定量分析各影響因素對電潛泵耗電量的影響大小,按照影響程度大小對各因素進(jìn)行排序,并與層次分析結(jié)果進(jìn)行對比,如表2所示。

        表2 層析分析法與統(tǒng)計軟件影響因素權(quán)重大小排序?qū)Ρ?/p>

        從表2中可以看出,層析分析法和統(tǒng)計軟件的影響因素權(quán)重大小排序除了系統(tǒng)效率和產(chǎn)液量不一樣外,其余的影響因素排序是一樣的。導(dǎo)致排序不一樣的原因可能是電潛泵管理不善、下泵深度不合適或者現(xiàn)場標(biāo)配的耗電量與電潛泵實(shí)際耗電量不匹配。另外,層析分析法是屬于“專家打分法”,依賴于主觀判斷;而統(tǒng)計學(xué)分析方法主要依賴于各參數(shù)的實(shí)際數(shù)據(jù),沒有考慮到實(shí)際工程對具體情況的特殊要求,使得到的部分計算結(jié)果與期望值出現(xiàn)的有所出入。

        3 電潛泵耗電量動態(tài)預(yù)測模型

        3.1 含水原油乳化現(xiàn)象

        根據(jù)海上稠油油田原油物性試驗(yàn)研究結(jié)果,原油含水量對原油黏度的影響比較復(fù)雜。原油黏度主要影響泵的特性參數(shù)——系統(tǒng)效率,而系統(tǒng)效率與電潛泵井耗電量直接相關(guān)。含水率對泵特性參數(shù)的影響很大,主要通過乳化作用[9~12]使黏度急劇變化得以體現(xiàn),當(dāng)含水率較低時,油水乳狀液一般表現(xiàn)為油包水型,其黏度隨著含水率的增加而緩慢增加;當(dāng)含水率較高時,黏度迅速上升;當(dāng)含水率超過某一定值時,黏度又迅速下降,此時油水乳狀液轉(zhuǎn)向?yàn)樗托汀4撕箅S著含水率的進(jìn)一步增加,油水乳狀液的黏度變化不大。因此,研究含水率與系統(tǒng)效率的關(guān)系間接反映了原油乳化現(xiàn)象。如圖5所示,為稠油油田M1電潛泵系統(tǒng)效率與含水率關(guān)系曲線。

        圖5 系統(tǒng)效率與含水率關(guān)系曲線

        從圖5中可以看出,M1油田含水率與系統(tǒng)效率的關(guān)系曲線在含水率約為35%時出現(xiàn)拐點(diǎn),即M1油田在含水率fw=35%時,原油黏度出現(xiàn)轉(zhuǎn)相點(diǎn)。含水率對電潛泵特性參數(shù)的影響較復(fù)雜,它主要通過乳化作用使黏度急劇變化表現(xiàn)出來。當(dāng)fw<35%時,隨含水率的增加,系統(tǒng)效率減小,含水原油乳化液的黏度增加,泵特性變得越來越差;當(dāng)fw>35%時,隨含水率增加,系統(tǒng)效率增加,含水原油乳化液黏度急劇下降,泵特性變得越來越好。隨著含水率的進(jìn)一步增加,油水乳化液的黏度變化不大。

        綜上所述,由于含水原油的乳化作用對電潛泵特性的分段現(xiàn)象,在建立電潛泵耗電量動態(tài)預(yù)測模型時,應(yīng)分段考慮原油含水率的變化。

        3.2 動態(tài)預(yù)測模型的建立

        根據(jù)電潛泵耗電量影響因素權(quán)重大小排序以及電量與QL、pwf、fw和ηs的關(guān)系可看出,簡單的統(tǒng)計其數(shù)值關(guān)系是難以分析電潛泵耗電量的影響因素。另外,考慮含水原油的乳化作用對泵特性參數(shù)的影響,需考慮各個影響因素對電潛泵耗電量的綜合影響,建立適合海上稠油油田的電潛泵耗電量動態(tài)預(yù)測模型。

        對收集到的數(shù)據(jù),利用最小二乘法進(jìn)行統(tǒng)計。根據(jù)海上油田大量現(xiàn)場生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù),電潛泵耗電量與產(chǎn)液量、流壓、含水率、系統(tǒng)效率之間的相互影響關(guān)系可以用多元線性回歸方程表示。根據(jù)含水原油乳化對電潛泵耗電量的影響作用,電潛泵耗電量動態(tài)預(yù)測模型可以用分段函數(shù)表示為:

        式中:QL為產(chǎn)液量,m3/d;pwf為流壓,MPa;fw為含水率,%;fz為原油含水率轉(zhuǎn)相點(diǎn),%;ηs為電潛泵系統(tǒng)效率,1;a1、b1、c1、d1、a2、b2、c2、d2、δ1、δ2分別為模型相關(guān)系數(shù)。

        當(dāng)已知油田的電潛泵實(shí)際耗電量、產(chǎn)液量、流壓、含水率等計量數(shù)據(jù),通過統(tǒng)計分析得到電潛泵系統(tǒng)效率,應(yīng)用層次分析法和多元線性回歸分析就可以得出電潛泵耗電量動態(tài)預(yù)測模型的各項(xiàng)相關(guān)系數(shù)。

        4 應(yīng)用實(shí)例

        以海上稠油油田M1油田為例,根據(jù)M1油田現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)及室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù),該油田原油含水率轉(zhuǎn)向點(diǎn)fw=35%。應(yīng)用電潛泵耗電量動態(tài)預(yù)測模型模擬M1油田在生產(chǎn)過程中電潛泵井所需的電量,并與實(shí)際電潛泵耗電量和軟件預(yù)測結(jié)果進(jìn)行對比分析,如圖6、7所示。

        從圖6、7可以看出,電潛泵耗電量動態(tài)預(yù)測模型和軟件預(yù)測結(jié)果在一定程度上均能反映出電潛泵在實(shí)際生產(chǎn)過程中的耗電情況,但電潛泵耗電量動態(tài)預(yù)測模型預(yù)測結(jié)果與實(shí)際耗電量擬合效果較好,計算結(jié)果更準(zhǔn)確,能夠?qū)崟r地反映電潛泵耗電量,而軟件計算結(jié)果高于實(shí)際電潛泵耗電量,計算結(jié)果較保守。

        表3為M1油田電潛泵耗電量動態(tài)預(yù)測模型相關(guān)系數(shù)。動態(tài)預(yù)測模型中QL的相關(guān)系數(shù)為正值,表示產(chǎn)液量與耗電量是“正相關(guān)”,當(dāng)產(chǎn)液量增加時,電潛泵需要舉升的流體增加,耗電量是會增大的。pwf的相關(guān)系數(shù)為負(fù)值,表示井底流壓與耗電量是“負(fù)相關(guān)”,當(dāng)井底流壓增加時,電潛泵需要舉升流體的揚(yáng)程減小,電量也隨之減小。ηs的相關(guān)系數(shù)為負(fù)值,表示系統(tǒng)效率與電潛泵耗電量呈“負(fù)相關(guān)”,系統(tǒng)效率越高,耗電量越低。當(dāng)含水率小于35%時,fw的相關(guān)系數(shù)為0.061,隨含水率的增加,含水原油乳化液的黏度增加,泵特性變得越來越差;當(dāng)含水率大于35%時,fw的相關(guān)系數(shù)為—0.041,隨含水率的增加,含水原油乳化液黏度急劇下降,泵特性變得越來越好。電潛泵耗電量動態(tài)預(yù)測模型中各參數(shù)的相關(guān)系數(shù)具有統(tǒng)計學(xué)意義和物理意義。

        圖6 M1油田電潛泵耗電量預(yù)測結(jié)果對比(fw<35%) 圖7 M1油田電潛泵耗電量預(yù)測結(jié)果對比(fw≥35%)

        0≤fw<35%a1b1c1d1δ135%≤fw<100%a2b2c2d2δ20.504-2.2530.061-286.20666.0060.262-2.765-0.041-137.05673.399

        電潛泵耗電量動態(tài)預(yù)測模型充分考慮了電潛泵井的ηs、QL、fw、pwf等因素的影響,考慮因素全面,評價結(jié)果客觀,可以應(yīng)用于油田開發(fā)設(shè)計中。

        針對海上新油田或綜合調(diào)整油田,當(dāng)新油田或調(diào)整油田含水率低于轉(zhuǎn)相點(diǎn)時,含水原油會出現(xiàn)乳化現(xiàn)象,在前期研究設(shè)計中電潛泵耗電量預(yù)測需根據(jù)原油含水率轉(zhuǎn)向點(diǎn)進(jìn)行分段考慮。以綜合調(diào)整M2油田為例,該油田原油含水率轉(zhuǎn)相點(diǎn)為45%,應(yīng)用電潛泵耗電量動態(tài)預(yù)測模型進(jìn)行電潛泵耗電量預(yù)測,其單井的電潛泵耗電量預(yù)測結(jié)果如圖8、9所示。

        圖8 M2油田W1井電潛泵耗電量預(yù)測結(jié)果 圖9 M2油田W2井電潛泵耗電量預(yù)測結(jié)果

        M2油田應(yīng)用電潛泵耗電量動態(tài)預(yù)測模型的預(yù)測結(jié)果與軟件計算結(jié)果比較接近,且電潛泵耗電量動態(tài)預(yù)測模型計算更加快捷、方便。與軟件計算結(jié)果相比,平均誤差范圍為6.8%,其計算精度比較可靠,可用于海上稠油油田開發(fā)設(shè)計電潛泵耗電量預(yù)測,并可應(yīng)用于海上稠油油田或者海外油田快速評價。

        5 結(jié)論

        1)通過對海上稠油油田大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,分析了系統(tǒng)效率、產(chǎn)液量、井底流壓、含水率等單因素對電潛泵耗電量的影響。

        2)應(yīng)用層次分析法和統(tǒng)計分析法對電潛泵耗電量的影響因素進(jìn)行權(quán)重排序,分析方法比較可靠。

        3)考慮稠油油田原油乳化現(xiàn)象,建立了考慮多影響因素的稠油井電潛泵耗電量動態(tài)預(yù)測模型,并進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用。計算結(jié)果比較可靠,能夠?qū)崟r地反映電潛泵耗電量,可用于指導(dǎo)稠油油田的開發(fā)設(shè)計,并可用于油田的快速評價。

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