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        數(shù)字化智能采油技術(shù)在低產(chǎn)低效井的應(yīng)用

        2022-07-02 06:17:28李旭大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠
        石油石化節(jié)能 2022年6期
        關(guān)鍵詞:曲柄液面單井

        李旭(大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠)

        低產(chǎn)低效油井的有效開發(fā)是油田開發(fā)過(guò)程中一直存在的問(wèn)題,緩解低效井舉升矛盾的有效方法是對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行間歇采油[1]。常規(guī)做法是結(jié)合油井液面測(cè)試數(shù)據(jù)制定合理的單井人工間抽制度,人工去控制抽油機(jī)的啟停,由于數(shù)據(jù)反饋不及時(shí),很難控制油井精準(zhǔn)穩(wěn)定運(yùn)行,導(dǎo)致油井生產(chǎn)效率較低[2-3]。抽汲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)使系統(tǒng)無(wú)效運(yùn)行,產(chǎn)油量不增但能耗增加嚴(yán)重,且泵筒充滿度不足,柱塞干磨,導(dǎo)致燒泵,增加單井維修作業(yè)費(fèi)用。反之,運(yùn)行時(shí)常過(guò)短雖可節(jié)約電能,但致使沉沒(méi)度偏高,采油裝置潛力沒(méi)有充分發(fā)揮,單井產(chǎn)油量偏低。隨著油田數(shù)字化管理的不斷深入,機(jī)采系統(tǒng)也開展了數(shù)字化建設(shè),實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化采集、自動(dòng)化分析、智能化管控,將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于間抽井,可提高機(jī)采井運(yùn)行效率,提升機(jī)采系統(tǒng)管理水平,最終實(shí)現(xiàn)智慧化油田管理模式,對(duì)于油田高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

        1 技術(shù)應(yīng)用

        1.1 參數(shù)智能監(jiān)測(cè)

        機(jī)采數(shù)字化改造采用電參模式-基礎(chǔ)版模式,配套電參采集模塊、曲柄位置傳感器、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備[4-5]。在抽油機(jī)井電動(dòng)機(jī)上安裝電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器,在曲柄上安裝曲柄位置傳感器,互感圈固定在控制柜內(nèi),不受天氣、施工等外部環(huán)境影響;電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器安裝在電動(dòng)機(jī)軸上,電動(dòng)機(jī)風(fēng)扇內(nèi),不受人為觸碰影響;曲柄傳感器鑲嵌在曲柄內(nèi)側(cè)鉆孔內(nèi),不易脫落,不受人為破壞影響,傳感器安裝見圖1。

        圖1 傳感器安裝位置Fig.1 Sensor mounting location

        通過(guò)實(shí)時(shí)掌握曲柄位置,建立以曲柄為坐標(biāo)的精確定位系統(tǒng),標(biāo)定位置,并通過(guò)傳感器對(duì)電參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)采集,對(duì)低產(chǎn)低效間抽抽油機(jī)井實(shí)時(shí)采集記錄電流、電壓、功率、功率因數(shù)、載荷、位移,沖程、沖次參數(shù)。

        1.2 參數(shù)處理

        通過(guò)控制模塊,自動(dòng)調(diào)頻變參,并運(yùn)行一段時(shí)間后,再恢復(fù)到原參數(shù),井口參數(shù)傳感器采集各類生產(chǎn)數(shù)據(jù),通過(guò)專用傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)數(shù)據(jù)接收裝置,在開發(fā)綜合管理平臺(tái)通過(guò)各類智能管理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和二次計(jì)算。通過(guò)電動(dòng)機(jī)有效功率,綜合考慮各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率,計(jì)算出懸點(diǎn)載荷[6-7]。根據(jù)位置與載荷的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立相關(guān)函數(shù)模型并繪制電參示功圖,建立流程見圖2。根據(jù)電參示功圖,考慮各種因素導(dǎo)致的沖程損失,計(jì)算出有效沖程,根據(jù)有效沖程求得每一個(gè)沖程單井產(chǎn)液量和液面,電參功圖轉(zhuǎn)液面方法見圖3。形成滿足機(jī)采生產(chǎn)需求的智能化管理體系。如電參功圖轉(zhuǎn)液面方法實(shí)現(xiàn)采集連續(xù)電參曲線、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及在線診斷優(yōu)化功能,同時(shí)在基礎(chǔ)版的基礎(chǔ)上,增加遠(yuǎn)程啟停功能。

        圖2 電參法示功圖建立流程Fig.2 The process of establishing the electric reference method shows the work diagram

        圖3 電參功圖轉(zhuǎn)液面方法Fig.3 Electrometric reference diagram to liquid level method

        1.3 智能柔性間抽

        工況采集裝置將采集的電參、載荷、位移等數(shù)據(jù)(每30 min上傳1次,間隔可調(diào))轉(zhuǎn)換成示功圖并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為液面數(shù)據(jù),經(jīng)后臺(tái)軟件分析后給出啟停機(jī)建議。智能分析模塊可判斷井場(chǎng)舉升設(shè)備的狀態(tài),利用可控硅智能控制器自主控制[8-9],遠(yuǎn)程啟停井(現(xiàn)場(chǎng)有聲音和警報(bào)預(yù)警),實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)智能間歇采油。智能控制器中的柔性控制模塊,可根據(jù)懸點(diǎn)載荷變化,使電動(dòng)機(jī)保持恒功率輸出,控制光桿運(yùn)行速度與加速度,最大限度的減少啟停機(jī)及運(yùn)行過(guò)程中慣性載荷對(duì)桿柱的影響,實(shí)現(xiàn)柔性控制。改善了桿柱受力狀況,減輕桿、管、泵的磨損,提高井下泵的充滿系數(shù),使油井低能耗長(zhǎng)效運(yùn)行。同時(shí),后臺(tái)也可按需求只給出啟停建議至遠(yuǎn)程控制PC端軟件及APP,經(jīng)過(guò)人工判研后,由工人現(xiàn)場(chǎng)操作進(jìn)行啟停井。

        2 應(yīng)用效果

        2021年對(duì)某采油廠日產(chǎn)液小于5 t的不同生產(chǎn)參數(shù)5口人工間抽井轉(zhuǎn)數(shù)字化智能間抽改造。采用智能電參控制器(井場(chǎng))采集綜合電量,進(jìn)行試驗(yàn)前后的節(jié)能對(duì)比見表1。5口井試驗(yàn)后,平均系統(tǒng)效率提高6.34%,平均單井日節(jié)電53.2 kWh,年累計(jì)節(jié)電9.71×104kWh,實(shí)現(xiàn)了節(jié)電最大化。柔性運(yùn)行控制技術(shù)還延緩了油井桿、管、泵的磨損,在一定程度上延長(zhǎng)了油井運(yùn)行周期,降低了年檢泵費(fèi)用。5口井人工間抽運(yùn)行時(shí)的平均檢泵周期為270天,A井單井檢泵周期不足150天。自實(shí)施智能間抽改造后,截止目前5口井均未發(fā)生井下維護(hù)性作業(yè),平均運(yùn)行周期已達(dá)到320天。另外,數(shù)字化智能間抽技術(shù)的應(yīng)用減輕了一線員工的停機(jī)工作量,降低了一線工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,體現(xiàn)了智能間抽管理的巨大社會(huì)效益[10-11]。

        表1 試驗(yàn)前后節(jié)能情況對(duì)比Tab.1 Comparison of energy savings before and after the test

        3 結(jié)論

        1)電參技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單,故障率低,數(shù)據(jù)穩(wěn)定在工況診斷、計(jì)產(chǎn)、折算液面等具有優(yōu)勢(shì),還可智能管控能耗及運(yùn)行參數(shù),是實(shí)現(xiàn)采油工程數(shù)字化系統(tǒng)集成的最經(jīng)濟(jì)、最簡(jiǎn)化配置。

        2)將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于低產(chǎn)低效采油井,實(shí)現(xiàn)電子巡檢代替大部分人工巡檢的工作,并通過(guò)對(duì)功圖、液面數(shù)據(jù)的分析來(lái)實(shí)施具體的啟停機(jī)方案,使間抽制度更加精準(zhǔn),節(jié)約了電能的同時(shí)也降低了采油工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

        3)數(shù)字化是油田發(fā)展的必然趨勢(shì),取電流、電壓、測(cè)功圖、采油套壓實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的同時(shí),低產(chǎn)井人工間抽模式即將結(jié)束自己的使命,迎來(lái)自動(dòng)化,并向智能化、智慧化發(fā)展。

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