基于油田數(shù)字化平臺的油井生產(chǎn)參數(shù)控制技術(shù)

謝瑛莉

(中石化江漢鋼管廠，湖北 荊州 434000)

胡俊生，田吉云

(中石油長慶油田分公司第十一采油廠，甘肅 慶陽 745000)

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基于油田數(shù)字化平臺的油井生產(chǎn)參數(shù)控制技術(shù)

謝瑛莉

(中石化江漢鋼管廠，湖北 荊州 434000)

胡俊生，田吉云

(中石油長慶油田分公司第十一采油廠，甘肅 慶陽 745000)

針對油井系統(tǒng)效率低、能耗高的特點(diǎn)，在油田數(shù)字化平臺的基礎(chǔ)上，提出了一種根據(jù)柱塞有效沖程來調(diào)整油井生產(chǎn)參數(shù)的方法，給出了柱塞有效沖程的確定方法，以及沖次的調(diào)整方法，并介紹了該集成系統(tǒng)的功能和組成。該技術(shù)在2個(gè)井組上試驗(yàn)成功，能夠自動調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，并且示功圖顯示油井的有效沖程增加，泵效提高，節(jié)能測試表明井組的綜合節(jié)電率達(dá)到30%以上。

油田數(shù)字化；示功圖；調(diào)參；節(jié)能

有桿抽油系統(tǒng)的效率是衡量系統(tǒng)性能和管理水平的重要指標(biāo)[1]。油田數(shù)字化平臺是一個(gè)集前端數(shù)據(jù)采集、中端數(shù)據(jù)處理以及后端平臺管理的資源共享應(yīng)用平臺[2]。筆者提出了一種基于數(shù)字化平臺的油井生產(chǎn)參數(shù)控制調(diào)節(jié)技術(shù)，根據(jù)適時(shí)采集得到的油井地面示功圖數(shù)據(jù)，來分析柱塞有效沖程的大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)沖次的大小，使得抽油機(jī)的生產(chǎn)參數(shù)與地層供液能力相匹配，提高抽油機(jī)的系統(tǒng)效率。

1 抽油機(jī)沖次調(diào)節(jié)方法的建立

1.1 柱塞有效沖程的確定

柱塞有效沖程的確定是由地面示功圖轉(zhuǎn)化為泵示功圖來計(jì)算的。依據(jù)Gibbs的一維黏滯阻尼波動方程，以光桿示功圖的載荷時(shí)間曲線和位移時(shí)間曲線為邊界條件，通過數(shù)值計(jì)算的方法得到泵示功圖。從泵示功圖的特征上來看，閥開閉點(diǎn)處曲率變化較大。在上沖程中，固定閥打開時(shí)，懸點(diǎn)載荷加載完成，此時(shí)懸點(diǎn)靜載荷為最大值；在下沖程中，游動閥打開時(shí)，懸點(diǎn)卸載完成，此時(shí)懸點(diǎn)靜載荷為最小值。通過泵示功圖曲率的最大值可以確定泵在上下沖程開始的位置，再結(jié)合載荷的大小，靜載荷較大且曲率較大的兩個(gè)位置之間的距離為柱塞井下沖程St，而靜載荷較小且曲率較大的兩個(gè)位置之間的距離為柱塞有效沖程Sp。

1.2 沖次的調(diào)節(jié)方法

沖次的調(diào)節(jié)主要通過改變變頻器的頻率來完成，其調(diào)節(jié)依據(jù)是柱塞井下沖程和有效沖程的比值。當(dāng)油層供液情況較好時(shí)，柱塞有效沖程較大，可以增加沖次；當(dāng)油層供液能力較差，有效沖程較小，必須降低沖次，甚至實(shí)施間抽。如果Sp/St<10%，表明柱塞有效沖程過小，應(yīng)該實(shí)施間抽；如果Sp/St>10%，則根據(jù)其比值來調(diào)節(jié)沖次的大小，調(diào)節(jié)后的沖次應(yīng)為額定地面沖次的Sp/St倍。

2 生產(chǎn)參數(shù)控制系統(tǒng)集成

2.1 系統(tǒng)的功能

生產(chǎn)參數(shù)控制系統(tǒng)主要是在油田數(shù)字化采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)采集的示功圖數(shù)據(jù)來分析油井的供液能力，進(jìn)而調(diào)節(jié)抽油機(jī)沖次，使油井在合理參數(shù)下運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能降耗，提高油井系統(tǒng)效率的目的。

2.2 控制系統(tǒng)組成

生產(chǎn)參數(shù)控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、變頻器控制系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)單元主要由具有數(shù)據(jù)運(yùn)算和信號采集功能的QLdsPIC3控制電路板、SMA4DC載荷傳感器和SMD36DC角位移傳感器組成，其完成示功圖數(shù)據(jù)中載荷和位移數(shù)據(jù)的采集，為控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。變頻器控制系統(tǒng)單元選用德國原裝西門子G120/PM250四象限再生回饋型功率模塊為核心元件，其內(nèi)置式濾波器的電路設(shè)計(jì)杜絕了電網(wǎng)諧波干擾，控制為四象限再生能量回饋電網(wǎng)的運(yùn)行模式。該控制系統(tǒng)單元可以彌補(bǔ)現(xiàn)有的變頻控制單速運(yùn)行與電阻式再生能量消耗方式的不足，且沖次調(diào)節(jié)方便。中央控制系統(tǒng)主要完成對數(shù)據(jù)的存儲以及對示功圖數(shù)據(jù)的處理和分析。數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)單元完成各個(gè)單元之間的通訊，將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)單元的數(shù)據(jù)傳輸給中央控制系統(tǒng)單元，中央控制系統(tǒng)單元的處理結(jié)果反饋給變頻器控制單元。

3 應(yīng)用實(shí)例

該技術(shù)在長慶油田高22-16井和關(guān)126-155井組進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，兩個(gè)井組分別有油井3口和4口。為了進(jìn)行效果對比，使井組油井在原來模式下(工頻)和自動調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)模式下(變頻)生產(chǎn)，在工況穩(wěn)定的條件下測試變頻的節(jié)電效果。采用SY/T 5264—2006《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計(jì)算方法》、SY/T 6275—2007《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》及SY/T 6422—2008《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》測試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試和評定。兩個(gè)井組的測試結(jié)果如表1、2所示。

表1 高22-16井組變頻和工頻運(yùn)行情況對比數(shù)據(jù)表

表2 關(guān)126-155井組變頻和工頻運(yùn)行情況對比數(shù)據(jù)表

從表1中可以看出，高22-16井組變頻運(yùn)行后日耗電量由222.72kW·h下降為176.88kW·h，日節(jié)電45.84kW·h，與工頻對比綜合節(jié)電率為34.67%。從表2中可以看出，關(guān)126-155井組變頻運(yùn)行后日耗電量由234.96kW·h下降為195.12kW·h，日節(jié)電39.84kW·h，與工頻對比綜合節(jié)電率為31.21%。

圖1 高21-16井變頻和工頻運(yùn)行時(shí)示功圖

為了對比兩種運(yùn)行模式下油井泵效的變化情況，對油井的示功圖進(jìn)行了對比分析。圖1是高22-16井的示功圖測試結(jié)果。可以看出，變頻模式下運(yùn)行，油井的沖次明顯降低，但是其有效沖程明顯增大，即油井泵效提高顯著，明顯地提高了系統(tǒng)效率。

[1]李師東,勇新華.有桿抽油系統(tǒng)效率優(yōu)化方法研究[J].石油天然氣學(xué)報(bào)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)),2010, 32(6):506～509.

[2]趙利君,陳彥銘,馬楠.數(shù)字化生產(chǎn)管理系統(tǒng)在西峰油田的應(yīng)用[J].石油工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2014, (4)：29～32.

[編輯] 帥群

2016-05-07

謝瑛莉(1976-)，女，工程師，主要從事計(jì)算機(jī)技術(shù)與軟件開發(fā)相關(guān)的研究，xyl_jz952@163.com。

TE938

A

1673-1409(2016)32-0090-02

[引著格式]謝瑛莉，胡俊生，田吉云.基于油田數(shù)字化平臺的油井生產(chǎn)參數(shù)控制技術(shù)[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2016,13(32):90～91.