油井系統效率在線監測研究與應用

李明江，邱亮，李珍，張彬

(中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院 低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安 710018)

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油井系統效率在線監測研究與應用

李明江，邱亮，李珍，張彬

(中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院 低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安 710018)

摘要：傳統抽油機系統效率測試周期長、影響因素多、測試誤差大、隨機性強，不能全面反映油井真實系統效率，不利于及時準確地發現和解決抽油機在運行過程中出現的問題。基于長慶油田較為完善的計算機信息網絡，進行了系統效率在線監測研究及現場試驗，取得了預期效果，可為規模化應用提供借鑒。

關鍵詞：系統效率在線監測數字化油井示功圖

目前，有桿泵抽油機系統能耗問題日趨嚴重，直接影響原油的開采成本。抽油機系統效率作為衡量抽油機井能耗的重要指標，對油田節能降耗、原油增產、提升采收效益有著重要意義。隨著長慶油田數字化應用不斷深入，數字化建設規模增大，網絡通信和設備功能日趨完善，儀器儀表精度提高，具備了數據實時采集監測、參數遠程分析的條件，因而在常規油井示功圖、抽油機電機電參數數據實時采集的基礎上，拓展示功圖計產軟件功能，進行系統效率在線監測研究，在技術上是可行的。該項研究的應用將提高采集數據的應用廣度和深度，改變了油田傳統的系統效率測試方式，提高油田數字化管理水平。

1系統效率在線監測裝置

系統效率在線監測裝置包括示功圖采集傳感器、電參采集模塊、井口遠程控制終端(RTU)、井場RTU、無線網橋、信號接收器、數據庫、上位機數據分析系統等眾多軟硬件設施。長慶油田自2008年進行數字化建設以來，已具備上述條件，為系統效率在線監測研究的順利進行打下了基礎。

1.1油井示功圖采集裝置

該研究采用的示功圖采集裝置包括載荷傳感器、角位移傳感器、井口RTU。井口RTU接收由井場RTU發出的指令對數據進行采集，每10min同步采集一組示功圖數據，每組數據至少包含200點，其中示功圖數據由數據對(載荷、位移)構成，載荷數據由載荷傳感器采集抽油機懸點載荷獲得，位移數據由角位移傳感器采集抽油機懸點位移獲得。

1.2油井抽油機電參數據采集裝置

圖1　電參數據采集原理示意

電參數據采集裝置包括井口RTU、電參數據采集模塊、電流互感器。該研究采用了針對油田井口數據采集而生產的RTU，它采用了先進的工業級產品作為控制器和接口模塊，具有功能強、可靠性高、抗干擾能力強、應用靈活、操作方便等特點。電參數據采集原理如圖1所示。井口RTU接收由井場RTU發出的指令并以約定格式傳至電參數據模塊，對電參數據進行采集，每10min同步采集一組電參數據，每組數據至少包含200點。

1.3數據通信裝置

該研究數據通信采取無線傳輸的方式，設備由井口無線通信模塊、井場RTU、無線網橋、上層信號接收器等組成。采集的示功圖、電參數據經井口RTU無線傳輸至井場RTU，由無線網橋將信號傳輸至上層信號接收器，然后存儲至工況分析與功圖計產系統數據庫。

1.4數據分析系統

1.4.1工況分析與功圖計產系統

該系統已經在長慶油田實現了規模化應用，截至2014年8月，應用油井已達3×104余口，實現了油井產液量自動計量、工況自動診斷預警功能。

該技術從采集油井光桿示功圖入手，把定向井有桿泵抽油系統視為一個復雜的三維振動系統，通過建立桿、管、液柱的力學、數學模型及算法，計算在不同井口示功圖激勵下的泵功圖響應，采用矢量特征法對泵功圖進行分析及故障識別，確定泵的有效沖程，得出油井地面折算有效排量。

1.4.2系統效率計算模塊

為了進行系統效率在線監測，在工況分析與功圖計產系統基礎上研發了系統效率計算模塊。系統效率計算通過采集的電參數據，可以求得有功功率：

電機有功功率：

(1)

抽油機系統效率：

(2)

式中： ρ——井液密度，t/m3；qV——油井實際產液量，m3/d；Hd——動液面深，m；pt——油管壓力，MPa；pc——套管壓力，MPa；g——重力加速度，m/s2；U——電機線電壓有效值，V；I——電機線電流有效值，A；φ——有功與視在功率的比值。

式(1)中的所有參數均可以在工況分析與功圖計產系統數據庫及油田公司A2數據庫中獲得。

2結果分析

前期選取了1 000口井進行了系統在線監測試驗，取得了較好的效果，利用PMTS測試儀現場實測的參數、功圖曲線如圖2所示，在線監測裝置同時刻采集數據繪制的參數、功圖曲線如圖3所示。

圖2　PMTS測試儀現場實測的電參數及功圖曲線示意

圖3　在線監測裝置同時刻采集數據繪制的參數及功圖曲線示意

圖2，圖3中實測曲線均從下死點開始測試，通過上述參數、功圖曲線對比可以看到，兩種測試數據繪制曲線趨勢總體是一致的，表明在線監測裝置采集數據是可信的。由于測試儀實測數據是某一沖程周期數據，由此計算出的系統效率只能反映測試時刻的抽油機系統效率值，而長慶油田屬于低滲、特低滲油田，油井產液不規律，油井系統效率值是動態變化的，因而傳統的現場實測某時刻油井系統效率不能準確反映該井系統效率。相比測試儀測試，在線監測裝置每10min測試一組數據，據此計算出油井系統效率值，最終取全天計算的系統效率均值作為該井的真實系統效率，此方法相對利用現場測試儀測試數據計算的瞬時系統效率更能代表油井的實際系統效率，與傳統系統效率測試儀測試相比差值在3%以內。

該技術的研究應用有效解決了傳統系統效率測試隨機性強、代表性差、間隔周期長、工作量大等問題，有利于油田高效、合理開發及整體管理水平的提升。

3結論

1) 抽油機井系統效率在線監測技術上可行、效果良好，具有很好的推廣應用前景。

2) 系統效率在線監測與傳統人工測試相比，能夠提供更及時、準確、可靠的數據，降低了員工勞動強度及作業安全風險。

3) 結果表明，抽油井系統效率在線監測能夠及時準確反映油井系統效率，實現油井系統效率在線監測，有利于提高油田綜合管理水平。

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Research and Application of On-line Monitoring of Oil Well System Efficiency

Li Mingjiang, Qiu Liang, Li Zhen, Zhang Bin

(Oil & Gas Technology Research Institute CNPC & National Engineering

Laboratory in Exploration and Development of Ultra-low

Permeability Research, Xi’an, 710018, China)

Abstract：The traditional oil well system efficiency testing can’t represent overall actual system efficiency with long cycle, more influence factors, large testing errors and strong randomness. It is not conducive to timely and accurately discover and solve problems occurred during operation. On-line monitoring studies and on-site tests for system efficiency are carried out based on perfect computer information network in Changqing oil field. The expected result is achieved. It can be used as the reference for large scale applications.

Key words：system efficiency; on-line monitoring; digitization; oil well indicator diagram

中圖分類號：TP274

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)02-0038-03

作者簡介：李明江(1980—)，男，山東鄄城人，2007年畢業于中國石油大學(北京)油氣田開發工程專業，獲碩士學位，現就職于長慶油田公司油氣工藝研究院，從事采油工藝及油田數字化研究工作。

稿件收到日期：2014-10-23，修改稿收到日期： 2015-01-20。