基于動液面控制的抽油機(jī)智能排采技術(shù)現(xiàn)狀

鄒祥城，黃繼慶，李慶國

（1.渤海石油裝備公司研究院，天津 200280；2.大港油田公司物資裝備處，天津 200280）

0 引言

抽油機(jī)是目前油氣開采的主要裝備，也是油氣田的耗電大戶。為了降低抽油機(jī)能耗，提高系統(tǒng)效率，各油氣田企業(yè)和石油裝備制造企業(yè)持續(xù)開展了抽油機(jī)排采系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)研究，以達(dá)到提高抽油機(jī)排采系統(tǒng)效率、降低生產(chǎn)成本、實(shí)現(xiàn)油氣田智能高效生產(chǎn)的目的。介紹目前油氣田在用的幾種基于動液面控制的抽油機(jī)智能排采技術(shù)現(xiàn)狀。

1 動液面控制對油氣井排采的意義

動液面檢測和控制在油氣田開發(fā)和生產(chǎn)中有著重要作用，動液面控制在合理區(qū)間可減少空抽或重載，從而提高泵效和系統(tǒng)效率。油井和煤層氣井排采方式不同，因此基于動液面控制的抽油機(jī)智能排采技術(shù)也有所不同。

油井受地層供液能力的影響，其產(chǎn)液量是一個不斷變化的過程。投產(chǎn)初期，油井供液能力足、產(chǎn)量較高，開發(fā)中后期，供液能力不足導(dǎo)致產(chǎn)量逐漸下降且波動較大。如果不能根據(jù)地層供液能力的變化及時調(diào)整抽油機(jī)抽吸參數(shù)，可能導(dǎo)致出現(xiàn)泵效降低、油井能耗增加、“三抽”系統(tǒng)可靠性降低等問題。

煤層氣井采用排水采氣生產(chǎn)工藝，具有液面（井底流壓）控制對產(chǎn)氣量影響大、臨界解析壓力不易控制等特點(diǎn)。因此煤層氣開采過程中動液面控制要求更為嚴(yán)格和復(fù)雜，須嚴(yán)格按照開采方案控制液面及壓力。尤其在排采初期，要摸索地層產(chǎn)液能力以及泵對煤粉的適應(yīng)性，逐步提高排采強(qiáng)度，保持井底流壓的穩(wěn)步降低，避免出現(xiàn)大起大落，從而保護(hù)地層，保證煤層氣井按排采規(guī)律連續(xù)、漸變、長期、高效地開采。

2 動液面檢測及控制技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)油氣井的合理排采，動液面應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)，目前國內(nèi)油氣田控制動液面的方法主要有以下四種：

2.1 人工判斷間抽控制

當(dāng)檢測到油井產(chǎn)液量不足或泵效過低時，分析得出是因?yàn)橛途┮翰蛔阍斐蓜右好娼档停ㄟ^人工或遠(yuǎn)程控制對抽油機(jī)采用間抽工作制度，以減少空抽。這種方式需要現(xiàn)場人員定期對油井產(chǎn)量、動液面或示功圖進(jìn)行檢測分析，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定間抽工作制度，由于間抽工作制度很難根據(jù)油井動液面變化個性化及時調(diào)整，使得實(shí)際排采效果大打折扣。這種方式是投入成本最少，也是節(jié)能效果較差的控制方式。

2.2 聲波測量沖次調(diào)節(jié)

利用聲波的反射原理，采用回聲儀對動液面進(jìn)行測量，通過多次測量后分析得到較為真實(shí)的動液面，再由技術(shù)人員結(jié)合泵掛深度及抽油機(jī)工作制度、產(chǎn)液量等信息進(jìn)行分析，通過變頻調(diào)節(jié)抽油機(jī)沖次，使得抽油泵保持在合理沉沒度運(yùn)行，產(chǎn)液量保持較高且穩(wěn)定。由于動液面深度可從井口到井下數(shù)千米不等，井身軌跡也不是完全豎直，聲波在傳播過程中會受到影響。同時，油套環(huán)空中出現(xiàn)的死油、氣泡、結(jié)蠟、煤粉等也會使反射聲波不易辨識，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性受到一定限制，影響真實(shí)動液面的測量。目前，有部分企業(yè)研制了自動回聲測量動液面裝置，并結(jié)合自動控制系統(tǒng)進(jìn)行抽油機(jī)沖次變頻調(diào)節(jié)，但由于自動回聲測量裝置成本較高且測量精度較低，目前還處于試驗(yàn)和摸索階段。

2.3 功圖分析智能調(diào)沖（圖1）

利用在抽油機(jī)上安裝的載荷、位移傳感器計(jì)算得到抽油機(jī)的井口示功圖。示功圖面積與油井產(chǎn)量成正比，通過自動控制程序分析不同抽油機(jī)沖次下示功圖面積的變化規(guī)律，控制系統(tǒng)通過變頻器或永磁渦流傳動系統(tǒng)等裝置自動調(diào)整抽油機(jī)沖次，使示功圖面積和單井產(chǎn)液量趨于最大化，也就是油井動液面始終保持在合理范圍內(nèi)。這種控制系統(tǒng)可利用油田現(xiàn)有的遠(yuǎn)程監(jiān)控裝備，投入成本較低，節(jié)能效果明顯。建議油井采用功圖分析的方式實(shí)現(xiàn)智能調(diào)整抽油機(jī)沖次的目的。

2.4 壓力直測閉環(huán)控制

井下壓力傳感器能夠最直接的反映井下動液面高度，精度高、穩(wěn)定性好。在井下抽油泵吸入口安裝壓力傳感器，通過檢測到的壓力推算泵的沉沒度，再根據(jù)壓力的變化自動調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖次，使泵的沉沒度保持在最佳范圍內(nèi)，使油氣井系統(tǒng)效率達(dá)到最優(yōu)。由于該方式需要安裝一套井下壓力監(jiān)測裝置及信號傳輸電纜，成本投入較高，但該方式控制精度最高，比較適用于需要精確控制動液面的煤層氣井開采。建議煤層氣開采井采用壓力直測的方式實(shí)現(xiàn)智能調(diào)整抽油機(jī)沖次。基于井下壓力直測的抽油機(jī)智能控制流程見圖2，抽油機(jī)智能排采系統(tǒng)見圖3。

3 結(jié)語

綜上所述，油氣井生產(chǎn)過程中動液面保持在合理區(qū)間能夠提高系統(tǒng)效率，目前現(xiàn)場應(yīng)用中有多種檢測和控制動液面的方法，各油氣田要根據(jù)具體井況和區(qū)塊特點(diǎn)選擇適合的控制方法。

圖1 基于示功圖的抽油機(jī)智能控制流程

圖2 基于井下壓力直測的抽油機(jī)智能控制流程

圖3 抽油機(jī)智能排采系統(tǒng)