油井采油實(shí)時(shí)監(jiān)測及計(jì)量

高玉森，初波，陳勝利，楊廣軍，王樹學(xué)，周景林

1.大安市木林森石油設(shè)備制造研發(fā)有限公司（吉林 白城 131300）

2.丹東源興科技有限公司（遼寧 丹東118002）

3.戈壁能源公司（吉林 白城 131300）

4.中國石油 吉林油田分公司（吉林 松原138000）

最理想的采油作業(yè)是電子裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測，達(dá)到油井有多少油就抽多少油的目的[1]。目前，由于缺乏有效監(jiān)測，抽油機(jī)配置及工作流程不合理，達(dá)不到理想值，影響了產(chǎn)液量。30%以上的供液不足油井在50%～80%的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)處于空抽狀態(tài)，浪費(fèi)了能源，增加了設(shè)備磨耗。我國很多油田單井產(chǎn)液量低，日產(chǎn)液低于2 m3油井占總井?dāng)?shù)34%[2]，低產(chǎn)油井普遍存在供采不平衡[3-6]，更需要實(shí)時(shí)監(jiān)測采油狀況，實(shí)現(xiàn)油井有多少油就抽多少油。井下地質(zhì)情況是不斷變化的，產(chǎn)液量也是在不斷變化的，產(chǎn)生間抽也是不可避免的，大部分油田為保證原油產(chǎn)量，對(duì)低產(chǎn)油井的開采還是采用連續(xù)生產(chǎn)的方式[7]。隨著油田開發(fā)進(jìn)入中后期，地層能量逐漸下降，極易出現(xiàn)油井開采速度大于地層供液能力的情況，此時(shí)，過快地抽汲速度并沒有帶來產(chǎn)量的提高，卻浪費(fèi)了大量能量，系統(tǒng)效率降低[8]。

1 技術(shù)要求

1）在井場部署數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場的油井進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和控制。采集數(shù)據(jù)中含有產(chǎn)液量數(shù)據(jù)，達(dá)到計(jì)量效果。

2）在油田技術(shù)管理部門部署中心監(jiān)測控制系統(tǒng)，滿足對(duì)油井監(jiān)測、分析診斷、預(yù)測預(yù)警等需求。

3）在油井供液不足、氣體影響或井下工藝問題導(dǎo)致空抽時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)斷電停抽，當(dāng)井下液面恢復(fù)到一定高度再自動(dòng)復(fù)抽[1]，或人工排除故障后復(fù)抽。在滿足產(chǎn)量要求的情況下，選擇抽汲參數(shù)的最佳組合[9]。

2 監(jiān)測數(shù)據(jù)采集

通過數(shù)字閥門采集數(shù)據(jù)。數(shù)字閥門結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)字閥門結(jié)構(gòu)

當(dāng)抽油機(jī)上沖程產(chǎn)液時(shí)，數(shù)字閥門內(nèi)的閥芯開始發(fā)生位移，閥芯尾部的永磁鐵同步產(chǎn)生位移，由于永磁鐵的位移，使霍爾元件產(chǎn)生跟位移量大小同步變化的電子信號(hào)，信號(hào)經(jīng)放大、濾波后輸出。抽油機(jī)開啟，數(shù)字閥門實(shí)時(shí)反映出抽油機(jī)的工作狀況，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。

3 試驗(yàn)井柱狀圖及診斷處理

數(shù)據(jù)閥門采集的數(shù)據(jù)經(jīng)處理傳輸后，可以在油田技術(shù)管理部門的中心監(jiān)測控制子系統(tǒng)的顯示器上以柱狀圖（圖2）形式顯示。柱狀圖X 軸為時(shí)間軸，Y軸數(shù)據(jù)分為兩種形式顯示。

1）單位時(shí)間（15 min）內(nèi)數(shù)字閥門開啟時(shí)間累加。只監(jiān)控油井出液情況，不進(jìn)行計(jì)量。

2）數(shù)字閥門每5 ms 檢測一次閥芯位置，在1 min內(nèi)每次閥芯移動(dòng)距離與可移動(dòng)全程百分比的平均值，在單位時(shí)間（15 min）內(nèi)的算術(shù)和。在柱狀圖中用“%·min”表示。這一數(shù)據(jù)可以反映出單井單位時(shí)間產(chǎn)液量。

1 min 內(nèi)每次閥芯移動(dòng)距離與可移動(dòng)全程百分比的平均值為

式中：L為閥芯可移動(dòng)全程距離，L1到LN為每次閥芯移動(dòng)距離。

通過每口井柱狀圖的特征，實(shí)時(shí)調(diào)整控制，使油井始終保持最佳狀態(tài)[10]。

3.1 連續(xù)生產(chǎn)井的調(diào)整

3.1.1 數(shù)據(jù)波動(dòng)大的油井

A油井調(diào)整前24 h連續(xù)開機(jī)生產(chǎn)。圖2是調(diào)整前柱狀圖。

圖2 數(shù)據(jù)波動(dòng)大的油井調(diào)整前柱狀圖

通過圖2 可以看出該井有間歇出液現(xiàn)象，每天有5 個(gè)時(shí)間段幾乎不出液，說明該井運(yùn)行參數(shù)不合理。為此沖數(shù)由3 次/min 調(diào)整到2.4 次/min，調(diào)整后柱狀圖見圖3。

圖3 數(shù)據(jù)波動(dòng)大的油井調(diào)整后柱狀圖

調(diào)整后產(chǎn)液平穩(wěn)，沒有降低產(chǎn)液量，日耗電由107 kW·h 下降到86 kW·h。在保證產(chǎn)液的情況下日節(jié)電21 kW·h。

3.1.2 產(chǎn)液較低的油井

B 油井產(chǎn)液量較低，已經(jīng)采用變頻器電源。該井的原始監(jiān)測數(shù)據(jù)：變頻頻率為31 Hz，產(chǎn)液量為0.92～0.94 t/d。

根據(jù)原始柱狀圖進(jìn)行調(diào)整，由于該井加裝了變頻器，調(diào)整比較方便，調(diào)整后數(shù)據(jù)：變頻頻率為34 Hz，產(chǎn)液量為0.94～0.96 t/d。產(chǎn)液量增加2.15%。圖4是產(chǎn)液較低油井調(diào)整后柱狀圖。

圖4 產(chǎn)液較低油井調(diào)整后柱狀圖

3.2 間抽井的調(diào)整

當(dāng)?shù)貙庸┮耗芰懿睿B續(xù)抽油會(huì)使泵效很低，不僅浪費(fèi)動(dòng)力資源而且損壞抽油設(shè)備。為了避免能源和設(shè)備的損耗而采用間抽方法進(jìn)行采油。間抽井選擇油井工作制度是確定油井合理的開井、關(guān)井時(shí)間[11]，使油井供油能力與泵的工作能力相適應(yīng)[12]。

3.2.1 出液時(shí)間嚴(yán)重滯后的油井

從圖5可以看出C油井早8:00開井，直到9:15—9:30時(shí)間段才開始產(chǎn)液，出液時(shí)間嚴(yán)重滯后，說明該井抽油管內(nèi)油柱已經(jīng)漏失，可能出現(xiàn)油管斷裂[13]或抽油泵漏失，可以根據(jù)漏失量大小確定是否作業(yè)。

3.2.2 停抽前不出液油井

圖6是停抽前不出液油井調(diào)整前柱狀圖。D油井原始間抽作業(yè)時(shí)間定為8:00—22:00，生產(chǎn)時(shí)間14 h。到16:00 時(shí)基本不產(chǎn)液，但還在開井，說明停井時(shí)間嚴(yán)重滯后。對(duì)該井進(jìn)行間抽制度優(yōu)化，通過幾次調(diào)整，在不影響日產(chǎn)液0.76 t的情況下，不出液的第一時(shí)間停井。生產(chǎn)時(shí)間減少6 h，日產(chǎn)液、產(chǎn)油量無變化，平均日耗電減少30 kW·h。

圖5 出液時(shí)間嚴(yán)重滯后油井調(diào)整前柱狀圖

圖6 停抽前不出液油井調(diào)整前柱狀圖

4 單井計(jì)量

在柱狀圖上Y 軸數(shù)據(jù)用“%·min”顯示的時(shí)候，其數(shù)據(jù)和單位時(shí)間內(nèi)油井產(chǎn)液量呈現(xiàn)正相關(guān)。用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量儀數(shù)據(jù)和柱狀圖顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算出平均值，將平均值輸入到中心監(jiān)測控制子系統(tǒng)的程序中，可以直接顯示單井產(chǎn)液量。表1 是不同油井的數(shù)據(jù)比對(duì)和平均值計(jì)算結(jié)果。

表1 不同油井的數(shù)據(jù)比對(duì)和比值計(jì)算結(jié)果

圖7 D206-31號(hào)油井用于修改參數(shù)的人機(jī)對(duì)話界面

圖7 是修改D206-31號(hào)油井參數(shù)的人機(jī)對(duì)話界面，將原始設(shè)定系數(shù)0.000 50 和表1 計(jì)算出的比值1.068相乘，得出積數(shù)0.000 534。把0.000 50重新設(shè)定為0.000 534，可以直接顯示D206-31 號(hào)油井產(chǎn)液量。

5 監(jiān)測油井的產(chǎn)液含水量變化

水驅(qū)開發(fā)是油田采油中的重要環(huán)節(jié)，其所需技術(shù)較為復(fù)雜，所以出現(xiàn)的技術(shù)問題也較多，比如注水無效、注水效率低、測調(diào)水平不夠等[14]，在油田注水系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法中，反映出注水能耗高低[15]。單井產(chǎn)液含水量監(jiān)測能及時(shí)發(fā)現(xiàn)單井產(chǎn)液含水量變化，對(duì)注水系統(tǒng)的注水井評(píng)價(jià)提供依據(jù)，能夠根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)找出注水能耗高的注水井，從而采取相應(yīng)措施提高注水系統(tǒng)效率。

在油井監(jiān)測系統(tǒng)中，采集數(shù)據(jù)的單向閥內(nèi)裝有加溫裝置和溫度傳感器。隨著抽油機(jī)上沖程非加溫區(qū)的較低溫液體通過單向閥進(jìn)入高溫區(qū)，高溫區(qū)內(nèi)的溫度傳感器每0.1 s將測得溫度輸送給微電腦，微電腦計(jì)算出1 min內(nèi)溫度差平均值和兩次高溫間隔時(shí)間平均值。由于水和油的比熱容分別約為4 200 J/(kg·K)和2 000 J/(kg·K)，所以根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)兩次高溫間隔時(shí)間平均值和溫度變化大小（1 min內(nèi)溫度差平均值）計(jì)算出含水量。

6 結(jié)論

1）油井采油實(shí)時(shí)監(jiān)測可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)油井故障，及時(shí)處理。

2）通過油井采油實(shí)時(shí)監(jiān)測，合理制定抽油機(jī)工作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)油井有多少油就抽多少油的計(jì)劃。

3）系統(tǒng)進(jìn)行單井計(jì)量和監(jiān)測油井產(chǎn)液含水率變化，適應(yīng)采油生產(chǎn)需要。