變參數計量方式在油田的應用

薄其貴

中國石油大慶油田有限責任公司第五采油廠 （黑龍江 大慶 163513）

某油田于1981年投入開發，2013年年產量突破200×104t，主要的采油方式有抽油機、螺桿泵、電泵、提撈等，產量計量主要采用分離器法、功圖法、翻斗法及估產的方式。隨著該油田開發的逐步深入，螺桿泵井數逐年增多，由于螺桿泵采油技術的特殊性不能采用功圖法進行計量，而分離器、翻斗法存在著測試時間長、生產防盜差、井口油氣分離影響大等問題[1-4]，不方便現場生產實際應用且需要大量的人力及物力的投入，因此，目前540口螺桿泵井中225口估產日產液量，給生產管理和動靜態分析帶來了極大的不確定性。該油田開展了電參數法計量螺桿泵日產液量研究。通過變參數前后扭矩等參量變化計算日產量，形成了一種便捷的計量方式。

1 變參數計量技術概述

根據不穩定試井的原理，通過可直接測試的電參數（扭矩），反映不同參數下，環空動液面的變化情況（井底流壓的變化值），可以直接反映不同生產參數下，油井產量的變化，實現計量診斷[5]。產液量Q0的計算公式如下：

式中：n0為變參數前電機轉速，r/min；P1為變參數瞬間電機功率，kW；P2為變參數t時間后電機功率，kW；S環為油套環空截面面積，m2；fx為續流量修正函數系數，無量綱；a為油套環空液體平均密度，g/cm3；t為變參數時間間隔，min；q為螺桿泵轉排量，mL/r；n2為變參數后電機轉速，r/min；fb為泵效修正函數系數，無量綱；η1η2為變參前后驅動裝置的傳動效率，%。

2 現場應用具體做法

依據上述原理設計了螺桿泵井變參數計量裝置，該裝置主要由單片機、有功變送器、環空壓力變送器、油壓壓力變送器、附件及其他配件組成。將壓力、電壓、電流、有功功率信號轉化為電信號，由單片機對AD轉換的數字信號進行處理，測試數據及計量診斷結果存儲于SD卡中，如圖1、圖2所示。

圖1 計量裝置設計原理圖

裝置運行時，螺桿泵井的工況改變前轉速n0，測量電參有功功率值；變頻調參工況改變后轉速n2,采油井持續該工況狀態下運行一段時間，再恢復到工況改變前狀態運行,測量電參有功功率值。有功功率前、后測量值的變化量與環空液面前、后的變化量建立模型，結合測量的時間t,即可轉換成螺桿泵井單井日產液量。

圖2 計量裝置外觀圖

該計量儀經過設計與理論計算，室內模擬工況的實驗，達到如下技術指標。

1）參數指標：有功功率 0～37kW；電流 0～100A；電壓 0～500V；壓力 0～5MPa；硬盤容量 2G；工作溫度范圍-30～40℃。

2）功能指標：GPRS（可選）傳輸的數據包括電壓、電流、有功功率、產量、液面等，每間隔120min左右傳輸一次，GPRS（可選）調參時暫不傳輸數據;液面誤差≤15%；單井日產量0～100t/d；使用壽命≥2年。

3）數據回放：取回數據可在上位機上回放，查看油井運行情況曲線連續或間斷形成，同時顯示采油井計量診斷分析情況；數據計量診斷情況網上共享，結合數據庫網絡化管理軟件，歷史數據上位機回放網絡化管理。

3 現場應用效果分析

該產液量計量儀在完成室內測試實驗后，進行了現場應用試驗，現場驗證測試10口井，1口井由于泵況影響誤差較大，不符合實際情況，其他9口井符合實際情況，總測試符合率為90%（表1）。螺桿泵井產液量計量儀操作簡單、投入費用低、可以不需要考慮防盜問題，與液面恢復測試法對比，測試時間短，對生產影響小。

表1 電參數法測試井號表

4 結論

1）變參數計量法其實就是通過監測扭矩變化，結合不穩定試井理論，對產量準確計量的方法。從某種程度上說它是動態計量，通過一段時間的連續計量采用PC電子設備高精高敏的特性采集數據，求取平均值的一種方法。

2）變參數計量法的應用，有效地解決了螺桿泵單井產量計量的難題，有效地規避了測試時間長、生產防盜差、井口油氣分離影響。

[1]張建偉.井下采油單螺桿泵的現狀及發展 [J].石油機械，2000，22（8）：34-35.

[2]劉合，閏建文，薛鳳云，等.大慶油田特高含水期采油工程研究現狀及發展方向 [J].大慶石油地質與開發，2004，23（6）：65-67.

[3]師國臣，張佳民，魏紀德，等.大慶油田高效舉升與節能技術的新發展[J].大慶石油地質與開發，2009，28（5）：246-252.

[4]張連山.國外螺桿泵采油系統的現狀與發展[J].國外石油機械，1997，13（10）：8-10.

[5]段禮祥，師國臣，何易.螺桿泵驅動裝置磨損狀態監測系統[J].潤滑與密封，2007，26（5）：61-63.