劉天宇 閆 娟 馮守松 于 洋 陸 梅 艾 信 李明江

（中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院）

隨著采油工藝技術(shù)不斷發(fā)展，國內(nèi)外在機械采油（簡稱機采）系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計及數(shù)字化應(yīng)用方面開展了技術(shù)研究與應(yīng)用。比如新疆油田從儲層流入動態(tài)、環(huán)空測試、機采系統(tǒng)整體優(yōu)化角度出發(fā)，開發(fā)了機采系統(tǒng)效率分析及設(shè)計軟件，對機采井參數(shù)配置合理性進行評價，并確定機采系統(tǒng)優(yōu)化方案,提高機采系統(tǒng)效率[1]；江蘇油田基于機采系統(tǒng)輸入功率理論，提出了以能耗最低為目標(biāo)的機采參數(shù)設(shè)計方法[2]，有效降低了機采系統(tǒng)能耗，提高了生產(chǎn)效率。

長慶油田是典型的低滲透油田，主力開發(fā)油藏具有典型的低滲透、低壓、低豐度“三低”特征。受油藏特性和儲層物性影響，針對特殊的地質(zhì)油藏特征，長慶油田采用“降機型、降泵徑、降桿徑、提高機采效率”技術(shù)體系，對地面機采設(shè)備和機采系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化作了有效嘗試，有效提升了機采效率。隨著開采時間的增加，單井產(chǎn)液量低，平均日產(chǎn)液僅為3.03m3。其中，日產(chǎn)液0～3m3油井占比超過60%，且數(shù)量逐年增多。常規(guī)機采系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)提升系統(tǒng)效率有限，因此將油井間抽作為機采提效的主要技術(shù)手段，有利于油田推進開源節(jié)流、降本增效，加快綠色低碳轉(zhuǎn)型。

“十三五”期間，長慶油田累計實施油井間抽6.4萬井次，節(jié)電量為4.7×108kW·h，節(jié)約電費2.8億元；總體抽油泵效由43.0%提高到45.0%，系統(tǒng)效率由22.0%提升到23.0%，提效成果顯著。然而，隨著間抽井?dāng)?shù)逐年增多，傳統(tǒng)的人工間抽方式“制度不精細、管理難度大”的弊端逐步暴露，亟須實現(xiàn)智能化轉(zhuǎn)型。2018年以來，中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院按照“工程地質(zhì)一體化”理念，為確保抽油機在供采平衡狀態(tài)下生產(chǎn)，在現(xiàn)有完備的物聯(lián)網(wǎng)配套基礎(chǔ)上，確立了以較低成本對間抽井進行集中管理和控制為主的技術(shù)方向，逐步實現(xiàn)了油井智能間抽的智能化管理。截至目前，長慶油田建設(shè)了9個智能間抽示范區(qū)，覆蓋井?dāng)?shù)超過5000余口。本文結(jié)合該項技術(shù)特點，重點論述油井間抽在智能化方面應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用效果，為其他油田在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展提供參考。

1 油井傳統(tǒng)人工間抽方式的局限性

油井間抽作業(yè)是針對產(chǎn)液量不足的油井，通過對產(chǎn)液量進行綜合分析，制定合理的間抽周期，并據(jù)此啟停抽油設(shè)備，從而達到節(jié)能降耗的目的[3-5]。從20世紀(jì)90年代開始，長慶油田就逐步實施油井人工間抽。通過不間斷測量動液面，繪制沉沒度變化曲線，掌握地層供液能力，在保證合理流壓及供排協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，人工確定間抽制度[6]。長慶油田橫跨陜、甘、寧、晉、內(nèi)蒙古五?。▍^(qū)），油田地理環(huán)境相對惡劣，動液面測試工作量大，相關(guān)數(shù)據(jù)資料的連續(xù)性、準(zhǔn)確性無法保障，采油現(xiàn)場基本都是靠前期摸索的經(jīng)驗給出籠統(tǒng)的間抽制度，存在制度不科學(xué)、制定依據(jù)不充分等問題，一定程度影響了油井產(chǎn)能。在間抽方式上，采用人工巡井啟停抽油機。隨著間抽井?dāng)?shù)量的增多，人工勞動強度逐步增大。當(dāng)遇到雨雪等特殊天氣時，無法保障間抽有效執(zhí)行。

2008年起，依托油田數(shù)字化建設(shè)，在制度制定和間抽執(zhí)行上邁出了新的一步。在確定制度上，部分井通過安裝動液面連續(xù)監(jiān)測裝置，利用測控技術(shù)完成動液面數(shù)據(jù)收集和分析，即時掌握生產(chǎn)動態(tài)，實現(xiàn)油井啟停與動液面高低變化的隨動控制[7-8]。該種方式避免人工頻繁測試動液面，減輕了勞動強度，制度更加科學(xué)，但也存在投入成本較高、硬件維護工作量較大、無法大面積推廣等問題。在未配套動液面連續(xù)監(jiān)測裝置的油井，利用抽油機遠程啟停執(zhí)行間抽，一定程度上保障了間抽政策的有效執(zhí)行，但實質(zhì)上還是以人工的方式控制油井啟停，并沒有完全實現(xiàn)智能化。因此，制度確定難導(dǎo)致的制度不精細和制度執(zhí)行難導(dǎo)致的勞動強度大是傳統(tǒng)人工間抽規(guī)模化應(yīng)用存在局限性的問題所在。

2 長慶油田智能間抽技術(shù)研究與發(fā)展

圍繞數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展核心目標(biāo)，“十三五”期間，長慶油田在制度確定、優(yōu)化調(diào)整、啟停控制、指標(biāo)監(jiān)控4個方面實現(xiàn)了間抽模式智能化轉(zhuǎn)型。

2.1 制度確定智能化

為了節(jié)約投資，在不配備動液面連續(xù)監(jiān)測裝置等輔助測量儀器的前提下，想要摸索出合理的間抽制度，關(guān)鍵是要確定油藏的供液能力Q供和井筒的排液能力Q排[9]。結(jié)合兩者，基于供排協(xié)調(diào)理論，可初步確定間抽井的每日生產(chǎn)時間。

2.1.1 油藏供液能力確定

根據(jù)低滲透油藏物性及儲層改造方法，基于滲流規(guī)律，以從基質(zhì)到裂縫的非穩(wěn)態(tài)和從裂縫到井筒的擬穩(wěn)態(tài)2個滲流數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，建立不同油藏區(qū)塊井筒供液能力理論方法。

2個關(guān)鍵步驟：（1）得到地層修正系數(shù)。在油藏開發(fā)生產(chǎn)實際中，由于地層的非均質(zhì)性和物理過程的復(fù)雜性，難以準(zhǔn)確取得油藏、地層、裂縫等基本參數(shù)，需要應(yīng)用生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行反演，流程見圖1。（2）得到油井產(chǎn)量。在得到地層的修正系數(shù)后，結(jié)合井底壓降規(guī)律和產(chǎn)量方程，對油井產(chǎn)量進行預(yù)測，流程見圖2。

圖1 地層修正系數(shù)反演計算流程圖

圖2 油井產(chǎn)量預(yù)測流程圖

2.1.2 井筒排液能力確定

開展多輪次多相管流舉升試驗，得到不同條件下（沉沒壓力、沖次、氣液比、井斜角等，圖3是φ32mm抽油泵在不同井斜角、沖次、氣液比下的排量特性曲線）對應(yīng)的理論泵效η，確定油井采出能力：

圖3 φ32mm抽油泵在不同井斜角、沖次、氣液比下的排量特性曲線

式中η——理論泵效；

Ap——有效沖程，m；

S——泵筒橫截面積，m2；

n——沖次，次/min。

通過有桿抽油系統(tǒng)舉升效率的實驗研究，為建立地層流動與井筒流動的耦合模型、確定油井的供排關(guān)系、確定間抽井的合理工作制度打下了基礎(chǔ)。

基于上述滲流理論研究成果，應(yīng)用間抽井井底壓降變化規(guī)律、地層與井筒流動耦合模型、間抽井產(chǎn)能計算方法，編制了間抽井制度計算程序（圖4），為間抽井合理工作制度研究提供了有效的計算手段。

圖4 間抽制度程序計算界面

2.2 優(yōu)化調(diào)整智能化

隨著井筒環(huán)境、鄰井措施、開發(fā)政策調(diào)整等發(fā)生變化，地層供液能力也隨之改變，因此計算的初始間抽制度不能滿足要求，需結(jié)合示功圖，對制度進行優(yōu)化調(diào)整。

針對需求，利用智能工況診斷及示功圖計量油井產(chǎn)液量技術(shù)，自動識別有效沖程和柱塞沖程，動態(tài)計算泵充滿度（圖5），并衡量其波動程度，掌握油井供排協(xié)調(diào)變化情況，實時對油井間抽制度進行調(diào)整，優(yōu)化流程見圖6。

圖5 旗89-83井示功圖識別泵充滿度

圖6 間抽制度動態(tài)優(yōu)化流程圖

以谷平3-3井、旗31-103井兩口井為例：前者區(qū)塊開發(fā)動態(tài)調(diào)整、對應(yīng)的水井強化注水后，該井的泵充滿度波動較大，且呈遞增趨勢（圖7、圖8）。間抽井制度計算程序自動推送將間抽制度由開3h停3h優(yōu)化為開4h停2h。后者對應(yīng)的水井措施后，該井的泵充滿度波動較大，且呈遞增趨勢。后臺自動推送將間抽制度由開2h停4h優(yōu)化為開3h停3h。

圖7 谷平3-3井實施井網(wǎng)強化注水前后示功圖對比

圖8 旗31-103井對應(yīng)水井措施前后示功圖對比

2.3 啟?？刂浦悄芑?/h3>

油田低產(chǎn)低效井連片間抽生產(chǎn)存在4方面管理難題：一是進入冬季管線易凍堵，被迫將間抽改為常抽；二是同一井場多井同時啟停，會對電網(wǎng)造成較大沖擊；三是油井啟停狀態(tài)頻繁切換，輸量不穩(wěn)導(dǎo)致回壓波動較大；四是考慮國家執(zhí)行錯峰電價政策，優(yōu)先夜間運行。對此，以滿足冬季集油管線熱力學(xué)最低輸量為前提，綜合考慮電網(wǎng)沖擊、井口回壓、夜間電價等因素，創(chuàng)新間抽井智能啟停調(diào)度模型（圖9），制訂最優(yōu)執(zhí)行策略，確保間抽全天候執(zhí)行。

圖9 錯峰間抽調(diào)度模型

2.4 指標(biāo)監(jiān)控智能化

長慶油田按照數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，持續(xù)加快數(shù)字技術(shù)與油氣工藝的融合創(chuàng)新，開發(fā)打造了“工程地質(zhì)一體化平臺”，力爭實現(xiàn)油氣水井智能優(yōu)化生產(chǎn)及工程地質(zhì)協(xié)同研究決策。“智能間抽管理”模塊作為其中一個重要功能，實現(xiàn)了對間抽井“制度制定、間抽優(yōu)化、指令下發(fā)、指標(biāo)評價”一體化集群管理。

2.4.1 產(chǎn)液量

針對間抽井示功圖計量產(chǎn)液量結(jié)果準(zhǔn)確性較低的問題，采用時序數(shù)據(jù)庫讀取啟停狀態(tài)，并結(jié)合示功圖回傳情況，確定啟停井時間，由此計算間抽井實際產(chǎn)液量。此方法更接近油井真實生產(chǎn)狀態(tài)，可有效提升計產(chǎn)精度。同時，綜合實時示功圖、電參數(shù)、井筒基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立“智能識別有效沖程”方法，實現(xiàn)油井生產(chǎn)實時計量，利用產(chǎn)液量修正模型對不同工況下的產(chǎn)液量進行修正，提高單張功圖計量精度。

2.4.2 系統(tǒng)效率

現(xiàn)場電參數(shù)采集數(shù)據(jù)包括三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等。依據(jù)電參數(shù)，應(yīng)用數(shù)字化平臺可以實現(xiàn)系統(tǒng)效率在線監(jiān)測、平衡度計算及效率優(yōu)化等。通過連續(xù)監(jiān)測分析，可以解決長慶“三低”油田人工短時測試系統(tǒng)效率值不能真實反映油井系統(tǒng)效率的問題，為優(yōu)化工作參數(shù)、提高系統(tǒng)效率提供技術(shù)依據(jù)。

2.4.3 油井單日耗電量

在電參數(shù)、示功圖數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確可靠的前提下，系統(tǒng)效率、油井單日耗電可通過計算獲得，并且數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確可靠。噸液耗電量需要了解油井的真實產(chǎn)量，在示功圖量油較準(zhǔn)確的前提下，可結(jié)合示功圖量油數(shù)據(jù)計算得出。百米噸液（把1t液體舉升100m）耗電量需掌握油井的實時動液面、油壓、套壓。通過工況采集，理論上動液面可以計算得出，但油壓、套壓仍需安裝壓力變送器，目前絕大部分油井沒有配套。

3 長慶油田間抽技術(shù)的智能化推廣應(yīng)用

目前，依托中國石油集團科研項目，長慶油田已建9個智能間抽示范區(qū)，累計應(yīng)用2725口井、覆蓋1165座井場。同時，部分采油廠自主擴大應(yīng)用規(guī)模，實施智能間抽改造2496口井，全油田累計應(yīng)用5200余口。

對示范區(qū)實施效果進行跟蹤統(tǒng)計：智能間抽單井平均產(chǎn)液量由1.93m3/d穩(wěn)定至1.91m3/d，泵效由30.3%提高至45.6%，系統(tǒng)效率由19.4%提高至22.6%，單井節(jié)電約30kW·h，節(jié)電率達到40%。智能間抽技術(shù)的應(yīng)用，使間抽制度更加科學(xué)、精細。統(tǒng)計顯示，智能化間抽技術(shù)應(yīng)用有效降低了管桿偏磨程度，示范區(qū)2725口實施井平均單井小修作業(yè)頻次由0.61次/a下降至0.50次/a，檢泵周期由665d提高至765d，每年可減少小修作業(yè)610次，節(jié)約修井費915萬元。從經(jīng)濟指標(biāo)來看，依托長慶油田良好的數(shù)字化建設(shè)基礎(chǔ)，平均單井投資僅0.5萬元，投資回收期僅為0.5a，與國內(nèi)外各大油田及公司同類技術(shù)相比具備明顯優(yōu)勢（表1）。

表1 國內(nèi)外間抽技術(shù)對比

4 結(jié)論與認識

（1）長慶油田低產(chǎn)井智能間抽技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用，變革了傳統(tǒng)的間抽模式，減輕了現(xiàn)場員工勞動強度，降低了作業(yè)安全風(fēng)險，提高了生產(chǎn)效率，盤活了人力資源，助推了勞動組織架構(gòu)改革，同時減少能量空耗，降低碳排放。

（2）研發(fā)了油井生產(chǎn)制度確定、優(yōu)化調(diào)整、啟?？刂?、指標(biāo)監(jiān)控智能化的油井間抽軟件平臺，經(jīng)生產(chǎn)實踐證明，油井間抽是機采系統(tǒng)節(jié)能降耗、提高效率直接有效的技術(shù)手段。

（3）建立了以油田現(xiàn)有數(shù)字化配套為基礎(chǔ)的智能間抽技術(shù)體系，首次大規(guī)模推廣智能間抽模式，打破以往傳統(tǒng)人工間抽的運行方式。該項技術(shù)以現(xiàn)有的油田物聯(lián)網(wǎng)配套為基礎(chǔ)，僅依托RTU、載荷傳感器等示功圖采集裝置，不需要投入其他測控設(shè)備，具備了在油田大面積推廣的條件。

（4）將間抽井納入工程地質(zhì)一體化平臺集中管理，減少單井投資成本，集群優(yōu)化控制，確保錯峰運行，并通過泵充滿度對制度進行評價優(yōu)化。