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)過程中一直存在的問題,緩解低效井舉升矛盾的有效方法是對抽油機進行間歇采油[1]。常規(guī)做法是結(jié)合油井液面測試數(shù)據(jù)制定合理的單井人工間抽制度,人工去控制抽油機的啟停,由于數(shù)據(jù)反饋不及時,很難控制油井精準(zhǔn)穩(wěn)定運行,導(dǎo)致油井生產(chǎn)效率較低[2-3]。抽汲時間過長使系統(tǒng)無效運行,產(chǎn)油量不增但能耗增加嚴重,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)費用。反之,運行時常過短雖可節(jié)約電能,但致使沉沒度偏高,采油裝置潛力沒有充分發(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,機采系統(tǒng)也開展了數(shù)字化建設(shè),實現(xiàn)了數(shù)字化采集、自動化分析、智能化管控,將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于間抽井,可提高機采井運行效率,提升機采系統(tǒng)管理水平,最終實現(xiàn)智慧化油田管理模式,對于油田高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。
機采數(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、電動機轉(zhuǎn)速傳感器和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備[4-5]。在抽油機井電動機上安裝電動機轉(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;電動機轉(zhuǎn)速傳感器安裝在電動機軸上,電動機風(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
通過實時掌握曲柄位置,建立以曲柄為坐標(biāo)的精確定位系統(tǒng),標(biāo)定位置,并通過傳感器對電參數(shù)和運行參數(shù)實時采集,對低產(chǎn)低效間抽抽油機井實時采集記錄電流、電壓、功率、功率因數(shù)、載荷、位移,沖程、沖次參數(shù)。
通過控制模塊,自動調(diào)頻變參,并運行一段時間后,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),通過專用傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_數(shù)據(jù)接收裝置,在開發(fā)綜合管理平臺通過各類智能管理軟件對數(shù)據(jù)進行處理和二次計算。通過電動機有效功率,綜合考慮各傳動機構(gòu)效率,計算出懸點載荷[6-7]。根據(jù)位置與載荷的對應(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,計算出有效沖程,根據(jù)有效沖程求得每一個沖程單井產(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)液面方法實現(xiàn)采集連續(xù)電參曲線、遠程監(jiān)測及在線診斷優(yōu)化功能,同時在基礎(chǔ)版的基礎(chǔ)上,增加遠程啟停功能。
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
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)換成示功圖并進一步轉(zhuǎn)化為液面數(shù)據(jù),經(jīng)后臺軟件分析后給出啟停機建議。智能分析模塊可判斷井場舉升設(shè)備的狀態(tài),利用可控硅智能控制器自主控制[8-9],遠程啟停井(現(xiàn)場有聲音和警報預(yù)警),實現(xiàn)時時智能間歇采油。智能控制器中的柔性控制模塊,可根據(jù)懸點載荷變化,使電動機保持恒功率輸出,控制光桿運行速度與加速度,最大限度的減少啟停機及運行過程中慣性載荷對桿柱的影響,實現(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),使油井低能耗長效運行。同時,后臺也可按需求只給出啟停建議至遠程控制PC端軟件及APP,經(jīng)過人工判研后,由工人現(xiàn)場操作進行啟停井。
2021年對某采油廠日產(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)采集綜合電量,進行試驗前后的節(jié)能對比見表1。5口井試驗后,平均系統(tǒng)效率提高6.34%,平均單井日節(jié)電53.2 kWh,年累計節(jié)電9.71×104kWh,實現(xiàn)了節(jié)電最大化。柔性運行控制技術(shù)還延緩了油井桿、管、泵的磨損,在一定程度上延長了油井運行周期,降低了年檢泵費用。5口井人工間抽運行時的平均檢泵周期為270天,A井單井檢泵周期不足150天。自實施智能間抽改造后,截止目前5口井均未發(fā)生井下維護性作業(yè),平均運行周期已達到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工作量,降低了一線工人的勞動強度,體現(xiàn)了智能間抽管理的巨大社會效益[10-11]。
表1 試驗前后節(jié)能情況對比Tab.1 Comparison of energy savings before and after the test
1)電參技術(shù)設(shè)備簡單,故障率低,數(shù)據(jù)穩(wěn)定在工況診斷、計產(chǎn)、折算液面等具有優(yōu)勢,還可智能管控能耗及運行參數(shù),是實現(xiàn)采油工程數(shù)字化系統(tǒng)集成的最經(jīng)濟、最簡化配置。
2)將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于低產(chǎn)低效采油井,實現(xiàn)電子巡檢代替大部分人工巡檢的工作,并通過對功圖、液面數(shù)據(jù)的分析來實施具體的啟停機方案,使間抽制度更加精準(zhǔn),節(jié)約了電能的同時也降低了采油工人的勞動強度。
3)數(shù)字化是油田發(fā)展的必然趨勢,取電流、電壓、測功圖、采油套壓實現(xiàn)自動化的同時,低產(chǎn)井人工間抽模式即將結(jié)束自己的使命,迎來自動化,并向智能化、智慧化發(fā)展。