趙永志 （大慶油田有限責(zé)任公司造價(jià)中心）

S 采油廠主要以低滲透油藏開發(fā)為主，地層供液能力比較差，油井產(chǎn)液量低。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，678口低產(chǎn)液井平均單月耗電量可達(dá)到580×104kWh，導(dǎo)致電能的嚴(yán)重浪費(fèi)，噸油成本增加；同時(shí)低產(chǎn)液井連續(xù)工作會使活塞在泵筒里干磨，容易損壞泵筒或活塞，導(dǎo)致泵漏，管桿磨損也嚴(yán)重，檢泵周期縮短，增加了作業(yè)費(fèi)用。為解決低滲透油藏供液能力差所帶來的一系列問題，S 采油廠開始大規(guī)模推廣間歇采油工藝，并取得了較好的節(jié)能和延長檢泵周期的效果[1-2]。

1 前期應(yīng)用情況及存在問題

在解決低滲透油藏供液能力差的問題上，S 采油廠初期實(shí)施間開井生產(chǎn)制度主要根據(jù)該井液面和員工經(jīng)驗(yàn)制定，抽油機(jī)啟停主要依靠工人定時(shí)到現(xiàn)場操作，間歇采油工藝在現(xiàn)場試驗(yàn)期間取得了較好的提升泵效和節(jié)約電費(fèi)的效果。

1.1 現(xiàn)場應(yīng)用

經(jīng)過多年來對間歇采油工藝現(xiàn)場的不斷摸索和總結(jié)，制定了一套完整的間開井管理辦法。首先是在間開井生產(chǎn)制度制定上，采取了人工經(jīng)驗(yàn)與功圖數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式，即在考慮油井液面和產(chǎn)量的同時(shí)，跟蹤油井連續(xù)開井功圖數(shù)據(jù)，根據(jù)功圖的飽滿程度進(jìn)一步優(yōu)化間開制度。其次是在現(xiàn)場管理方面，采用三級管理方式，即管理區(qū)重點(diǎn)負(fù)責(zé)間開井間開制度的制定、優(yōu)化、檢查和考核工作，采油站重點(diǎn)負(fù)責(zé)本單位間開井制度優(yōu)化、運(yùn)行情況，班組重點(diǎn)管理各間開井執(zhí)行情況。

通過對間歇采油采取集中推廣和強(qiáng)化管理的方式，在節(jié)能和延長檢泵周期方面取得了較好的效果。2020 年，對450 口油井采取間歇采油，實(shí)施后， 與2018 年同井?dāng)?shù)對比， 節(jié)約電量為322.1×104kWh，單井相對檢泵周期延長105 d。同時(shí)還根據(jù)工業(yè)用電收費(fèi)情況，按照價(jià)格時(shí)段劃分繪制電費(fèi)“峰、平、谷”曲線圖，每天23:00—7:00的谷期電價(jià)是峰期的1/4，因此采取減少電價(jià)峰尖時(shí)間段開井，增加平谷時(shí)間段以進(jìn)一步提升間開井生產(chǎn)效益。通過幾年來對間開時(shí)間段開展新一輪的優(yōu)化，逐漸把開井時(shí)間排在電價(jià)谷、平時(shí)間段，最大限度避開峰尖時(shí)間段，大幅節(jié)約了電費(fèi)，目前采油廠谷期開井時(shí)率達(dá)到90%以上。

1.2 存在問題

雖然S 采油廠間歇采油工藝取得了較好的效果，但在應(yīng)用間歇采油工藝方面存在以下問題。

1）間開井生產(chǎn)工作制度仍不科學(xué)。所謂合理間開制度就是在充分發(fā)揮油井生產(chǎn)潛力的條件下，盡量減少開井時(shí)間，避免油井做無用功、提高效率、降低能耗和磨損。以往間開井工作制度的制定主要依靠經(jīng)驗(yàn)判斷，造成損液率高、無效開井時(shí)間長等問題。

2）啟停井方式過于落后。以往間開井主要依靠人工到現(xiàn)場進(jìn)行操作，暴露出開井率受環(huán)境影響大，工作量大和夜間操作存在安全隱患大的問題。

3）間開井工藝配套不全面。油井出砂結(jié)垢問題比較嚴(yán)重，常常出現(xiàn)間開井停井恢復(fù)液面一段時(shí)間后再開井出現(xiàn)卡泵等問題。因此如何將間歇采油工藝提升至一種科學(xué)化和智能化的采油工藝成為了工作重點(diǎn)。

2 間歇采油工藝研究

前期現(xiàn)場實(shí)踐和調(diào)研成果表明，針對低滲透油藏低產(chǎn)井配套間歇采油工藝，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，延長檢泵周期，具有良好經(jīng)濟(jì)效益。為進(jìn)一步提升間歇采油工藝生產(chǎn)效益，實(shí)現(xiàn)間開井單井間開制度的科學(xué)制定和智能啟停[3-4]，S 采油廠從2020 年開始，以油藏為基礎(chǔ)研究對象，利用低滲透油藏間開井單井滲流模型建立間開生產(chǎn)模板指導(dǎo)間開制度確定，并開發(fā)了一套智能間歇采油系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了間開井?dāng)?shù)據(jù)采集、傳輸、分析、控制的全程智能化工作。

2.1 建立間開井生產(chǎn)模板

所謂科學(xué)合理的間開制度是指在最大程度發(fā)揮油井生產(chǎn)潛能的前提下盡量減少開井時(shí)間，做到開井泵效最大化，關(guān)井液面恢復(fù)相對速率最大化，因此制定合理開、關(guān)井時(shí)間點(diǎn)是該項(xiàng)工作的核心，建立一套間開生產(chǎn)模板可以科學(xué)指導(dǎo)間開井開關(guān)時(shí)間的確定[5]。

2.1.1 關(guān)井時(shí)間點(diǎn)的確定

低產(chǎn)井連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，地層供液速度小于油井排液速度，這就造成動(dòng)液面不斷下降，泵沉沒度和充滿程度降低，這種情況油井的泵效會受到很大的影響，低產(chǎn)井實(shí)施間開工藝最主要的目的就是使油井保持較高的泵效，因此需要將關(guān)井時(shí)間點(diǎn)與泵效緊密聯(lián)系起來。通過對生產(chǎn)單井的液面進(jìn)行連續(xù)測試，記錄不同液面下的泵效，發(fā)現(xiàn)隨著油井連續(xù)生產(chǎn)時(shí)沉沒度不斷降低，開始階段泵效小幅度下降，而當(dāng)沉沒度到達(dá)一個(gè)特定值后（70 m），泵效迅速降低，生產(chǎn)效果變差，但為保持泵內(nèi)的液體充滿程度，減少泵運(yùn)行時(shí)的干磨，實(shí)際泵效拐點(diǎn)應(yīng)向上浮動(dòng)50～100 m。該特征值為油井的設(shè)定泵效拐點(diǎn)，可以作為油井生產(chǎn)時(shí)的關(guān)井時(shí)間點(diǎn)。油井連續(xù)生產(chǎn)時(shí)泵效與沉沒度關(guān)系見圖1。

圖1 油井連續(xù)生產(chǎn)時(shí)泵效與沉沒度關(guān)系Fig.1 Relationship between pump efficiency and submergence during continuous production of oil wells

進(jìn)而可將泵效換算成油井排出量，沉沒度換算成動(dòng)液面，即油井連續(xù)生產(chǎn)時(shí)排出量與動(dòng)液面的關(guān)系見圖2，將設(shè)定泵效拐點(diǎn)（關(guān)井時(shí)間點(diǎn)）左面定義為高速采油區(qū)，右面定義為低速采油區(qū)。

圖2 油井連續(xù)生產(chǎn)時(shí)排出量與動(dòng)液面關(guān)系Fig.2 Relationship between discharge and dynamic fluid level during continuous production of oil wells

2.1.2 開井時(shí)間點(diǎn)的確定

油井停井過程中液面開始恢復(fù)，液面恢復(fù)速度由地層供液能力決定，可以通過建立滲流模型來確定地層供液速度，進(jìn)而計(jì)算液面恢復(fù)速率，然后根據(jù)液面恢復(fù)情況確定開井時(shí)間點(diǎn)。

目前國內(nèi)外低滲透油藏滲流研究都是基于啟動(dòng)壓差理論。低滲透儲層孔喉細(xì)小，滲透率低，泥質(zhì)含量高，微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，致使固液間相互作用強(qiáng)，相比于中高滲透儲層，邊界層所占流體比例更高，因此大大增加了孔道壁等黏土礦物質(zhì)與液相的滲流阻力[6-8]；從微觀角度看，低滲透儲層滲流半徑極其微小，毛管力的作用也加劇了低滲透儲層的滲流阻力。在地層中，不同的孔隙半徑對應(yīng)不同的滲流阻力，只有外來的驅(qū)動(dòng)力高于每個(gè)孔隙半徑所對應(yīng)的滲流阻力，才能驅(qū)動(dòng)小孔隙中的流體，無數(shù)的小孔隙綜合作用，在低滲透油藏的開發(fā)中反映出需要給定一個(gè)啟動(dòng)壓力方能使油流被正常驅(qū)動(dòng)，這也是低滲透油藏區(qū)別于中高滲透油藏的一大特性[9-11]，因此建立滲流的運(yùn)動(dòng)方程時(shí)要附加一個(gè)啟動(dòng)壓力，下面將利用該理論推導(dǎo)低滲透油藏產(chǎn)能方程式：

運(yùn)動(dòng)方程：

式中：Vo為滲流速度，為驅(qū)動(dòng)壓力梯度，Pa/m；G為擬啟動(dòng)壓力梯度，Pa/m；ko為油藏有效滲透率，10-3μm2；μo為原油黏度，mPa·s。

輔助方程：

式中：Qo為油井產(chǎn)量，m3/s；pb為供給壓力，Pa；p為壓力，Pa；h為油層厚度，m；Bo為原油體積系數(shù)；k為油藏絕對滲透率，10-3μm2；ki為油藏初始絕對滲透率，10-3μm2；kro為原油相對滲透率；a3為巖石變形對滲透率影響的壓力敏感性系數(shù)；a1、b1、c1、a2、b2為回歸系數(shù)。

結(jié)合各方程，可推導(dǎo)出低滲油藏產(chǎn)能方程式為：

式中：α為應(yīng)力敏感系數(shù)；β為單位制變化系數(shù)；K為滲透率，mD；h為油層有效厚度，m；ρ0地面原油密度，g/cm3；Pe為邊界地層壓力，MPa；Pw為井底流壓，MPa；C0為原油體積系數(shù)變化率，%；a為氣體溶解系數(shù)，m3/(m·MPa)；Pc為套壓，MPa；H為井深，m。

方程未知參數(shù)較多無法求解，引入輔助測試手段反推未知參數(shù)。

單井關(guān)井后液面隨時(shí)間的恢復(fù)情況見圖3，每5 min 取一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，做出液面恢復(fù)與時(shí)間的關(guān)系圖并對液面恢復(fù)求導(dǎo)數(shù)，結(jié)合井筒數(shù)據(jù)（油套環(huán)空截面積）得到液面高度與地層供液速度的關(guān)系，并將相應(yīng)數(shù)值帶入產(chǎn)能公式，進(jìn)而確定該區(qū)塊產(chǎn)能公式中的各未知參數(shù)。

圖3 單井關(guān)井后液面隨時(shí)間的恢復(fù)情況Fig.3 Recovery situation of liquid level with time after single well shutdown

通過推導(dǎo)的產(chǎn)能公式可以得到單井在關(guān)井狀態(tài)下，流入量與動(dòng)液面的關(guān)系曲線見圖4。可以看出，液面恢復(fù)初期，地層流入量高，液面處于高速恢復(fù)區(qū)，當(dāng)動(dòng)液面數(shù)值達(dá)到1 860 m 后，地層流入量開始大幅度下降，動(dòng)液面進(jìn)入低速恢復(fù)區(qū)，所以應(yīng)保持油井關(guān)井時(shí)動(dòng)液面低于1 860 m，因此設(shè)置1 860 m 處為開井點(diǎn)。

圖4 流入量與動(dòng)液面關(guān)系曲線Fig.4 Relationship curve between inflow and dynamic liquid level

結(jié)合圖2 和圖4 可建立間開井單井生產(chǎn)模板見圖5，在1 860～2 120 m 的范圍內(nèi)，計(jì)算出其平均日排液量為3.1 m3/d，平均日流入量為2.1 m3/d，再根據(jù)間開時(shí)間計(jì)算公式，求得該井的開井時(shí)間為12 h，關(guān)井時(shí)間為12 h。該井原生產(chǎn)制度為開井14 h，關(guān)井10 h，應(yīng)用生產(chǎn)模板實(shí)施新的間開制度后，開井時(shí)間減少2 h/d，實(shí)現(xiàn)日節(jié)電50 kWh，每天產(chǎn)液量和產(chǎn)油量都沒有受到影響。

圖5 間開井單井生產(chǎn)模板Fig.5 Production template of single well for intermediate well

應(yīng)用低滲透油藏滲流理論建立了9 個(gè)區(qū)塊95 口井的間開生產(chǎn)模板，該方法能夠保證間開井有較大地層供液能力和較大的油井排出量，有利于油井提高泵效，最大限度的節(jié)約電能，降低開采成本。利用現(xiàn)場數(shù)據(jù)對滲流模型進(jìn)行驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)模型誤差5%，95 口井重新制定間開生產(chǎn)制度后，實(shí)現(xiàn)日開井時(shí)間減少192 h，節(jié)電2 238.5 kWh，核實(shí)日產(chǎn)油只減少0.13 t，節(jié)約經(jīng)濟(jì)效益1 250 元/d。

2.2 智能間歇采油系統(tǒng)

在建立間開井生產(chǎn)模板指導(dǎo)間開井生產(chǎn)的同時(shí)，為提升間歇采油工藝智能化程度，開發(fā)了一套智能間歇采油系統(tǒng)，該系統(tǒng)可利用間開生產(chǎn)模板和示功圖制定間開生產(chǎn)制度，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)智能啟停。智能間歇采油系統(tǒng)工作流程見圖6，現(xiàn)場專業(yè)數(shù)據(jù)采集裝置定時(shí)采集油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)并上傳至數(shù)據(jù)中繼站，然后通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器，服務(wù)器利用上傳數(shù)據(jù)建立間開生產(chǎn)模板或利用示功圖制定間開生產(chǎn)制度，進(jìn)而將該生產(chǎn)制度轉(zhuǎn)化為開關(guān)指令反饋給現(xiàn)場油井智能控制器開關(guān)，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)無人操作的自動(dòng)啟停[12-13]。

圖6 智能間歇采油系統(tǒng)工作流程Fig.6 Work flow of intelligent intermittent oil production system

2.3 間歇采油工藝機(jī)采及地面配套技術(shù)

在完成間開生產(chǎn)模板和智能間歇采油系統(tǒng)的同時(shí)，針對間歇采油工藝在現(xiàn)場遇到的工程問題，加強(qiáng)了機(jī)采及地面配套技術(shù)的攻關(guān)與應(yīng)用。

由于油井結(jié)垢、出砂造成泵卡等問題而無法實(shí)施間開，與某公司合作研制了長柱塞防落物抽油泵，該泵為短泵筒、長柱塞，可阻止垢或砂粒入泵筒，有效解決了S 采油廠地區(qū)結(jié)垢出砂區(qū)塊停井后再開井的泵卡問題。長柱塞防落物抽油泵及作業(yè)起出情況見圖7。

圖7 長柱塞防落物抽油泵及作業(yè)起出情況Fig.7 Anti-falling object oil pumping pump with long plunger and operation lifting situation

3 現(xiàn)場應(yīng)用及效果

截止2021 年底，S 采油廠已推廣實(shí)施545 口間開井，與間開前對比，取得了顯著的節(jié)電效果，從2017—2021年間開井累計(jì)節(jié)約電量1 316.3×104kWh，累計(jì)節(jié)約電費(fèi)1 399.9 萬元，同時(shí)間開井整體檢泵周期相對延長173 d。

2021 年1 月以來，通過對348 口間開井配套智能間歇采油系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行工作制度優(yōu)化（其它井暫時(shí)不需要調(diào)整），其中95 口井采用間開生產(chǎn)模板技術(shù)，253 口井采用功圖有效沖程控制技術(shù)，智能間歇采油系統(tǒng)配套技術(shù)應(yīng)用情況見表1，優(yōu)化后平均單井日開井時(shí)間減少了1.9 h，日節(jié)電8 071.5 kWh，實(shí)現(xiàn)全年多節(jié)電285×104kWh，節(jié)約電費(fèi)200 萬元，實(shí)現(xiàn)了間開井生產(chǎn)效益的最大化。同時(shí)完成了60口結(jié)垢嚴(yán)重間開井的長柱塞防落物抽油泵的配套工作，配套后的間開井未出現(xiàn)開井后泵被卡的情況。

智能間歇采油工藝的實(shí)施，間開井整體的檢泵周期、泵效、系統(tǒng)效率、工況合格率、間開率也得到了大幅度的提高，545 口間開井的各項(xiàng)指標(biāo)明顯好于往年，其中檢泵周期相對延長68 d，實(shí)現(xiàn)全年節(jié)約桿管費(fèi)用150 萬元，泵效提升5.1%，系統(tǒng)效率提升1.5%，工況合格率提升5.03%，間開率提升19%。智能間歇采油工藝實(shí)施前后間開井各項(xiàng)指標(biāo)對比見表2。

在節(jié)能減排的同時(shí)，智能間歇采油系統(tǒng)的配套應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了S 采油廠遠(yuǎn)程控制的自動(dòng)啟停，大幅度降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，無需工人到現(xiàn)場操作，避免天氣環(huán)境因素影響間開率的同時(shí)，杜絕安全隱患，提高了生產(chǎn)安全性，取得顯著社會效益，提升間歇采油技術(shù)在全局的推廣價(jià)值。

4 結(jié)論

1）間歇采油工藝可有效解決低滲透油藏產(chǎn)量低、泵效低、檢泵周期短等問題，可大幅度降低能耗并提升低產(chǎn)井生產(chǎn)效益。

2）低滲透油藏低產(chǎn)井連續(xù)生產(chǎn)時(shí)在泵效拐點(diǎn)處泵效急劇下降，可以利用間歇工藝避免泵效拐點(diǎn)，間開井停井恢復(fù)液面過程中液面恢復(fù)速率會從高速恢復(fù)區(qū)進(jìn)入低速恢復(fù)區(qū)，應(yīng)合理制定開井時(shí)間節(jié)點(diǎn)，避免停井時(shí)間過長造成液面恢復(fù)變慢。

3）應(yīng)用長柱塞防落物抽油泵可有效解決結(jié)垢區(qū)塊間開井開井后被卡問題，針對冬季氣溫低，部分間開井由于單井回壓高無法實(shí)施間開的問題，可通過地面摻水伴熱改造解決。

4）智能化間歇采油技術(shù)的推廣可將間開工藝技術(shù)從過去的人工經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ缴墳橹悄苣Ｊ?，有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。