紅山油田產(chǎn)液量計(jì)量方法探討與實(shí)踐

吳斌

[摘? ? 要] 通過分析當(dāng)前產(chǎn)液量計(jì)量的方法，結(jié)合紅山油田的建設(shè)需求，選用功圖計(jì)產(chǎn)方法進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)踐，通過改進(jìn)的稠油功圖計(jì)產(chǎn)方法，使得計(jì)產(chǎn)誤差在15%以內(nèi)的符合率達(dá)到91.5%，整個片區(qū)總體平均誤差10%以內(nèi)，取得了良好的實(shí)踐效果。

[關(guān)鍵詞] 產(chǎn)液量計(jì)量;稠油計(jì)量;功圖計(jì)產(chǎn);A11

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 11. 029

[中圖分類號] F273? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2019）11- 0068- 02

0? ? ? 前? ? 言

紅山油田作為中石油公司 A11 試點(diǎn)示范建設(shè)油田，目前已完成部分生產(chǎn)區(qū)塊油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、安防等功能。紅山油田也是國內(nèi)典型的稠油熱采生產(chǎn)區(qū)域。1? ? ? 紅山油田計(jì)量方法探討

1.1? ?產(chǎn)液量預(yù)測

目前產(chǎn)液量預(yù)測主要的模型預(yù)測方法包括 Logistic 模型[1]、翁氏模型[2]、威布爾模型[3]、HCZ（胡—陳—張）模型、Arps 遞減模型[4]等。Logistic 模型在國外運(yùn)用比較廣泛，對于采出程度大約 50%時進(jìn)入遞減階段的油氣田，利用該模型可以得到相當(dāng)滿意的預(yù)測結(jié)果。2012年中國石油勘探開發(fā)研究院郭曉飛在一種新的產(chǎn)量預(yù)測方法及其應(yīng)用一文中提出了提出一套反饋機(jī)制下的產(chǎn)量預(yù)測方法[5]，該方法通過不斷修正，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)液的準(zhǔn)確預(yù)測。2016年中國石油大學(xué)的高麗潔提出，通過構(gòu)造混沌時序分析模型，用 C-C 方法確定相空間重構(gòu)參數(shù)嵌入維度與延遲時間;利用 Lyapunov 指數(shù)判別產(chǎn)量時間序列的混沌性;最后采用加權(quán)一階局域預(yù)測法對產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測[6]。

紅山油田油藏油層平均溫度小于30 ℃，地層壓力低于5 MPa，黏度在30 000 mPa·s左右。原油黏度對溫度反應(yīng)敏感，溫度從30 ℃上升到50 ℃時，原油平均黏度從335 997 mPa·s下降到6 239 mPa·s。油藏埋深500 m左右，屬于淺層油藏。在開發(fā)過程中出現(xiàn)了注汽效果差、生產(chǎn)周期短、產(chǎn)量遞減快等問題，為油田產(chǎn)液量計(jì)量和預(yù)測帶來極大困難。同時產(chǎn)液量預(yù)測更適合于區(qū)塊分析，對于單井計(jì)量具有相應(yīng)的局限性，且預(yù)測不具備實(shí)時性。

1.2? ?計(jì)量站計(jì)量

傳統(tǒng)的稠油開采單井計(jì)量方法大多為使分離計(jì)量和翻斗量油計(jì)量法。分離計(jì)量法一般使用傳統(tǒng)的測試分離器，對稠油進(jìn)行油氣水三相分離或氣液兩相分離后再分別進(jìn)行計(jì)量。由于稠油自身的特性，分離器對稠油的分離效果比較差，分離后液體中殘存的氣體對于再用液相流量計(jì)或用體積流量計(jì)測量流量會造成較大的誤差，而且稠油液相中的油、水也不易分離，進(jìn)行油氣水三相徹底分離比較困難，故一般采用定期取樣的方法確定稠油中的含水率。翻斗計(jì)量是一種質(zhì)量計(jì)量方法，設(shè)備有可動部件，對黏度較高的稠油計(jì)量誤差較大，效果不理想。傳統(tǒng)型的測試分離器基于重力分離的原理，但稠油一般存在油水乳化嚴(yán)重或液中帶氣的問題，所以用測試分離器測試稠油會有較大誤差。同時紅山油田采用的回?fù)綗崴叼ず驼羝闊峒敼に嚕M(jìn)一步增大了計(jì)量站計(jì)量的誤差。

1.3? ?多相流流量計(jì)

由于原油成分的復(fù)雜多變，一般的單相流量計(jì)無法滿足油田生產(chǎn)需求。油井產(chǎn)量計(jì)量主要目的是獲得油、氣、水三相流的總流量和各相流量，由于壓力和井況不同，各相體積含率和流動狀態(tài)的不同，能夠準(zhǔn)確測量油氣水三相流的參數(shù)難度較大。通過分析國內(nèi)外研究成果，油氣水三相流計(jì)量方案大體可為兩種：一是將多相流視為混合單相流，采用常規(guī)單相流儀表進(jìn)行計(jì)量，結(jié)合相含率分析獲得分相流量;二是通過氣液兩相分離器將氣液分離后分別計(jì)量氣量和液量，再通過含水分析獲取水和油產(chǎn)量?；诙鄠鞲衅鹘M合多相流測量方法可以概括為以下三類： ①單相流量計(jì)與密度傳感器（或含水率傳感器）組合;②單相流量傳感器與單相流量傳感器組合 ;③雙傳感器相關(guān)分析與相含率傳感器一體化組合 也有用雙文丘里管進(jìn)行相關(guān)和含率分析的。還有用電容相關(guān)、電導(dǎo)相關(guān)進(jìn)行流量和含水率測量的。

稠油井具有流量小、含氣率低、原油黏度高、流動性差、原油極易形成乳化原油或發(fā)泡原油的特點(diǎn)。國內(nèi)研發(fā)除了多種稠油在線計(jì)量的分離型多相流量計(jì)設(shè)備，基于多傳感器組合多相流測量裝置的結(jié)構(gòu)原理。它們分別采用了射線衰減互相關(guān)與相含率分析、文丘里管與電容、電導(dǎo)、射線衰減等相含率傳感器的多傳感器組合技術(shù)。當(dāng)面對油井計(jì)量問題，由于建設(shè)成本、維護(hù)困難和安全性等問題，均面臨著無法推廣的局面。

1.4? ?功圖計(jì)量

功圖計(jì)產(chǎn)方法大體可以分為以下五種： 拉線法、面積法、液量迭代法、有效沖程法，綜合分析法。2017年北京安控科技股份有限公司，在安塞油田進(jìn)行應(yīng)用和實(shí)踐，功圖計(jì)產(chǎn)軟件能夠在不同的工況下，實(shí)現(xiàn)90%以上油井，計(jì)量誤差小于20%，供液能力較好的油井，可實(shí)現(xiàn)誤差小于15%。

伴隨著紅山油田A11 項(xiàng)目中井口數(shù)字化建設(shè)，儀表本身精度的提高，數(shù)據(jù)采集精度與傳輸技術(shù)發(fā)展，功圖采集精度和密度都取得大幅度提高，功圖計(jì)產(chǎn)的分析依據(jù)變得更加充分，所以無論經(jīng)濟(jì)性、實(shí)時性、維護(hù)便利性等各方面來分析，功圖計(jì)量成為紅山油田產(chǎn)液量計(jì)量最佳選擇。

2? ? ? 基于稠油的功圖計(jì)產(chǎn)方法

結(jié)合紅山油田的生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀，提出采用功圖的采集儀表故障分析+多元分析模型+單井故障特征庫+歷史數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行產(chǎn)液量計(jì)算。

2.1? ?儀表故障識別

結(jié)合游梁式抽油機(jī)的運(yùn)動特性和柱塞泵的工作原理，依據(jù)機(jī)桿泵生產(chǎn)參數(shù)分析求解理論載荷變化范圍;將實(shí)時采集的地面功圖，通過求解泵功圖，去除摩擦、振動和加速影響因素，分析實(shí)測示功圖的最大載荷、最小載荷、液柱載荷變化，確定傳感器漂移情況，為油井工況的識別奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.2? ?油井工況的多元分析模型

傳統(tǒng)的功圖診斷方法有：功圖特征法分析、專家系統(tǒng)識別法、頻譜分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別法，人臉識別法等。示功圖特征分析法：功圖能較全面的反應(yīng)油井的工作狀況，但采集精度限制和油井工況復(fù)雜性，使該方法存在一定的局限性。專家系統(tǒng)識別法和頻譜分析法，需很大程度上依賴人工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)示功圖發(fā)生反轉(zhuǎn)、壓縮時，診斷結(jié)果將受到圖像形狀變化的影響，容易產(chǎn)生誤差，從而降低了診斷準(zhǔn)確率。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別法依賴于大量知識庫，需經(jīng)過大量訓(xùn)練才能達(dá)到較高的精度，因此推廣難度較大。人臉識別法：人臉識別過程主要包含：人臉圖像采集及檢測、人臉圖像預(yù)處理、人臉圖像特征提取以及匹配與識別，采用的依然是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)特征匹配和識別方法，即需采集大量基本模型，然而油井生產(chǎn)是不斷變化，不具備人的某些生物特性的不變性原理，因此人臉識別法可以在短期之內(nèi)提高計(jì)產(chǎn)精度，后期使用維護(hù)成本極高。

文中系統(tǒng)采用多元參綜合分析法，利用標(biāo)準(zhǔn)知識庫（SKOF）結(jié)合油井典型功圖庫、異常功圖自學(xué)習(xí)特征庫（SLSA）進(jìn)行油井工況識別和分析。標(biāo)準(zhǔn)知識庫（SKOF）解決油井部署前期應(yīng)用問題，異常功圖自學(xué)習(xí)特征庫（SLSA）支持系統(tǒng)自動升級。典型功圖庫可由現(xiàn)場工藝人員自行選取和添加，無須專業(yè)算法工程師進(jìn)行完善。

2.3? ?歷史數(shù)據(jù)回歸分析

受限于通信和儀表采集偶然誤差的和數(shù)據(jù)缺失，現(xiàn)有的日產(chǎn)統(tǒng)計(jì)多是采用平均法，這種方法雖然計(jì)算簡單，但是誤差較大，尤其在遇到間歇性生產(chǎn)的稠油井，由于產(chǎn)量變化頻繁，直接平均計(jì)算會產(chǎn)生較大誤差。通過改進(jìn)，采用加權(quán)線性，以解決油井產(chǎn)液量統(tǒng)計(jì)問題。

直接平均計(jì)算日產(chǎn)液量3.24 m3/d，若剔除零值求平均值，該井當(dāng)天產(chǎn)液量為4.32 m3/d;歷史數(shù)據(jù)回歸修正后日產(chǎn)液量4.56 m3/d;該井實(shí)際計(jì)量產(chǎn)液量4.82 m3/d;三種不同統(tǒng)計(jì)方法的誤差分別為32.8%、10.37%、5.4%。

3? ? ? 應(yīng)用效果

目前紅山功圖量油項(xiàng)目共接入井179口，使用平臺計(jì)量值的72口。

從2018年7月份至今，完成了平臺搭建與部署、計(jì)量值對比分析、井況對比分析、模型更新校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)庫對接、試用版網(wǎng)站部署、周期匯報等工作。平均每天正常開采井?dāng)?shù)137口，有效采集率83.16%。診斷分析功圖數(shù)40萬+條，功圖計(jì)產(chǎn)誤差在15%以內(nèi)的符合率達(dá)到91.5%，整個片區(qū)總體平均誤差10%以內(nèi)，基本能夠滿足油田生產(chǎn)需求。工況符合率88%，對低產(chǎn)井，復(fù)雜井況的井更具有科學(xué)指導(dǎo)性。用戶對功圖量油系統(tǒng)的算法以及工作給予高度的認(rèn)可和支持。

以油井hD903016為例，該井在7月20日至8月10日期間，為嚴(yán)重欠液油井，該井日采集功圖數(shù)量較為穩(wěn)定，平均17.45幅/天;由于產(chǎn)液量低，計(jì)量間測量產(chǎn)液量大量為0;8月1日突變?yōu)?.5 t/d，其余有值天數(shù)7天，5天與功圖計(jì)產(chǎn)產(chǎn)液量符合;依據(jù)數(shù)據(jù)分析可知：對于低產(chǎn)井，功圖計(jì)產(chǎn)分析結(jié)果更具備科學(xué)性，可以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

4? ? ? 結(jié)論與建議

（1）生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)在油田應(yīng)用是科技發(fā)展的必然趨勢，生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合相應(yīng)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，可以有效提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)運(yùn)維成本。在紅山油田應(yīng)用中，功圖計(jì)產(chǎn)誤差在15%以內(nèi)的符合率達(dá)到91.5%，完全能夠滿足油井日常生產(chǎn)管理需要，可以在其他油田進(jìn)行推廣。

（2）功圖診斷量液系統(tǒng)是地面設(shè)施優(yōu)化簡化是油田降本增效的重要舉措，對于降本增效有著至關(guān)重要的影響。

（3）功圖診斷量液系統(tǒng)是油田精細(xì)化管理的重要環(huán)節(jié)，通過數(shù)據(jù)自動采集，減少人為錄取資料誤差，提高油田精細(xì)管理水平。

（4）功圖計(jì)量系統(tǒng)精度受限于儀表采集的精度，因此高精度、高可靠性的儀表是功圖計(jì)產(chǎn)應(yīng)用的基礎(chǔ)條件。

主要參考文獻(xiàn)

[1]陳元千，胡建國，張棟杰.Logistic模型的推導(dǎo)及自回歸方法[J].新疆石油地質(zhì)，1996，17（2）：150-155.

[2]趙旭東.用 Weng 旋回模型對生命總量有限體系的預(yù)測[J].科學(xué)通報，1987，32（18）：1406-1409.

[3]陳元千，胡建國.預(yù)測油氣田產(chǎn)量和儲量的Weibull 模型[J].新疆石油地質(zhì)，1995，16（3）：250-255.

[4]陳濤平，胡靖邦.石油工程[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，2000：460-472.

[5]郭曉飛，常毓文，閆偉，等.一種新的產(chǎn)量預(yù)測方法及其應(yīng)用[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，14（2）：99-101

[6]高麗潔，檀朝東，程心平，等.基于混沌時序方法的油田產(chǎn)量預(yù)測研究[J].數(shù)碼設(shè)計(jì)，2016，5（2）：47-51.