油井故障診斷優化技術與應用探討

谷麗娜

摘 要：目前油田抽油機井占油井總數的比例達到 90%以上，大部分油井通過人工測量，效率低，人工判斷不準確，無法及時準確掌握油井運行狀況，從而對油井生產、日常管理帶來不便，嚴重制約了油田的發展。如何降低機械采油成本、提高油井正常生產時率、延長油井免修期等技術成為油田穩產的關鍵，油井優化診斷技術應運而生，能夠及時發現油井故障，實現提高油井時率和單井產量。

關鍵詞：油井；優化診斷；生產時率；油井免修期

油田開發經歷了幾十年的歷程，隨著科技進步，大量實用技術在石油的勘探、鉆井、測井、修井、采油、注水生產等領域被推廣應用，有力推動了石油工業生產的發展。在采油生產管理方面，計量、監測、遠程控制等電子技術和注水自動控制也得到了一定的應用，但目前多處于分散的、各自獨立的測控系統，且應用程度進展不一，未能充分發揮分項監控技術的實用價值。油井優化診斷技術將結合現場自動化采集系統，應用數字功圖綜合診斷技術，實現油井的實時工況診斷、實時報警等功能，由事后告知向事前預知轉變，由以往單一功圖診斷向綜合故障診斷轉變。

1 油井優化診斷技術的研究

常規的功圖診斷技術有差分曲線、專家系統、神經網絡診斷、數字功圖綜合診斷等方法。前兩種方法依賴于系統本身的固化知識，不具有較強的適應性；神經網絡診斷系統類似于語音識別系統，自身帶有訓練、學習的過程，具有較強的適應性，可有效地提高診斷正確率，但受自身數學模型限制，存在應用的局限性，診斷正確率普遍偏低。 油井優化診斷技術以對自動化采集的數據進行綜合分析診斷優化為核心，所采用的是數字功圖綜合診斷方法，輔

以 PVT 物性模型、多相管流模型、桿柱分析模型、波動方程求解泵功圖等各種計算分析手段，推算出 30 種不同工況的功圖識別，實現對抽油機油井動態分析的目的。該方法將功圖數字化，從數字中提取信息，判斷特征，結合油井其它工作參數對地面功圖、泵功圖、桿柱應力、泵效組成、物性剖面等進行綜合診斷分析。同時能提供油井實時診斷、實時故障報警、定量分析等功能，由過去的單一功圖診斷向綜合故障診斷方向發展，提高了油井的生產時率。

2.1 基本原理

PVT 物性模型研究的是，在一定的壓力、溫度下流體的物性特征。應用黑油模型計算沿井筒不同壓力、溫度下的PVT 物性剖面，為多相管流計算提供可靠的物性數據。 多相管流模型研究的是多相流體在井筒中的流動規律或分布形態，其中包括水平流動、垂直流動和傾斜流動。油氣井生產時井筒壓力溫度剖面計算的基礎是油氣水多相管流計算，同時也是抽油機井下故障及示功圖計算單井產量研究的基礎。該項目研究的井筒多相流動規律相關式是Beggs-Brill 相關式。該相關式是根據小型試驗設施上所得的數據而建立起來的，不僅可以用來計算垂直多相管流的壓力降，還可以計算傾斜和水平多相管流的壓力降。 泵功圖模型：在分析斜井抽油桿柱動態受力與變形的基礎上，建立了描述斜井抽油桿柱動態行為的波動方程，建立了相應的數值求解方法。斜井診斷與直井診斷測試方法基本相同，首先都需要通過載荷傳感器和位移傳感器在地面測得不同時間光桿載荷和位移的變化關系，然后通過數學模型求得抽油桿柱任意位置處的載荷與位移，乃至泵處的載荷與位移關系，即泵功圖。 對泵效進行分析，就涉及到泵的實際容積和理論排量。泵的實際容積是一個定值，在生產過程中被以下五部分所占據：實際產液量、進泵氣體量、泵的漏失量、沖程損失和泵內液體的體積變化影響。 為了確定合適的工作系統，需對一定條件下的抽油桿柱力學特性進行分析，建立相應的數學微分方程。與直井相比，斜井井眼軌跡在空間上的變化，會讓抽油桿柱工作環境變得更惡劣。

2.2 技術內容

（1）接收采集系統的動態數據及手動錄入靜態生產數據； （2）建立 PVT 物性、多相管流、桿柱分析模型； （3）波動方程及求解泵功圖； （4）數字功圖綜合診斷分析；（5）分析預警、診斷優化。

3 油井優化診斷技術應用

通過在某油田采油站油井上應用此技術。現場數據采集部分全部采用免費無線網絡傳輸，油井的油壓、套壓、出井溫度、示功圖和電參量等數據傳輸至油井數據采集柜（一口井一套），再由油井數據采集柜無線傳輸至采油站的工控機上。結合現場自動化采集系統，應用油井優化診斷技術，將功圖數字化，判斷特征，結合油井其它工作參數對地面功圖、泵功圖、桿柱應力、泵效組成、物性剖面等進行綜合診斷分析，得出油井的工況。根據系統給出的優化建議年累計調整油井沖次、平衡、防沖距等生產參數139次，使得49井次進入抽油機宏觀控制圖的合理區內，使得油井的工作狀況更加合理，平均單井產液量增加2.76t/d。 應用油井優化診斷技術后，該區塊的89口油井平均產液量由24.6t/d提高到27.3t/d，泵效由58.2%提高到61.7%，躺井率由4.2%下降至3.8%，檢泵周期延長了37天。

4 結論及建議

（1）及時準確的油井分析診斷功能。將采集的功圖圖形數字化，從數字中提取信息，判斷特征，結合油井其它工作參數進行功圖分析、桿柱應力分析、泵效組成分析、物性剖面分析等綜合診斷分析，得出油井的故障類型，并生成油井診斷報告。 （2）實現了油井的優化功能。根據油井故障類型，提供相應的優化建議，使得油井始終在最佳的狀態下運行。 （3）有效的提高油井管理水平。提高了油井的生產時率、產液量和泵效，延長了油井的檢泵周期，為油田的穩產提供技術支持。 （4）實現了油井的數字化管理。形成了油井的監測、診斷、計量、參數優化系統的平臺，可有效地輔助員工完成油水井的分析管理工作，在提高管理效率、增產、節能、促進安全管理等方面綜合發揮作用。

參考文獻

1. 馬強，朱豐坡. 單井效益評價圖板的研制與應用[J]. 北京石油管理干部學院學報. 2011（03）

2. 馬強，郭文川，靳燕. “四圖一診斷”對標管理模式的形成與應用[J]. 北京石油管理干部學院學報. 2011（04）