數(shù)字化智能采油技術(shù)在低產(chǎn)低效井的應(yīng)用

李旭（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

低產(chǎn)低效油井的有效開發(fā)是油田開發(fā)過程中一直存在的問題，緩解低效井舉升矛盾的有效方法是對抽油機進行間歇采油[1]。常規(guī)做法是結(jié)合油井液面測試數(shù)據(jù)制定合理的單井人工間抽制度，人工去控制抽油機的啟停，由于數(shù)據(jù)反饋不及時，很難控制油井精準(zhǔn)穩(wěn)定運行，導(dǎo)致油井生產(chǎn)效率較低[2-3]。抽汲時間過長使系統(tǒng)無效運行，產(chǎn)油量不增但能耗增加嚴重，且泵筒充滿度不足，柱塞干磨，導(dǎo)致燒泵，增加單井維修作業(yè)費用。反之，運行時常過短雖可節(jié)約電能，但致使沉沒度偏高，采油裝置潛力沒有充分發(fā)揮，單井產(chǎn)油量偏低。隨著油田數(shù)字化管理的不斷深入，機采系統(tǒng)也開展了數(shù)字化建設(shè)，實現(xiàn)了數(shù)字化采集、自動化分析、智能化管控，將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于間抽井，可提高機采井運行效率，提升機采系統(tǒng)管理水平，最終實現(xiàn)智慧化油田管理模式，對于油田高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

1 技術(shù)應(yīng)用

1.1 參數(shù)智能監(jiān)測

機采數(shù)字化改造采用電參模式-基礎(chǔ)版模式，配套電參采集模塊、曲柄位置傳感器、電動機轉(zhuǎn)速傳感器和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備[4-5]。在抽油機井電動機上安裝電動機轉(zhuǎn)速傳感器，在曲柄上安裝曲柄位置傳感器，互感圈固定在控制柜內(nèi)，不受天氣、施工等外部環(huán)境影響；電動機轉(zhuǎn)速傳感器安裝在電動機軸上，電動機風(fēng)扇內(nèi)，不受人為觸碰影響；曲柄傳感器鑲嵌在曲柄內(nèi)側(cè)鉆孔內(nèi)，不易脫落，不受人為破壞影響，傳感器安裝見圖1。

圖1 傳感器安裝位置Fig.1 Sensor mounting location

通過實時掌握曲柄位置，建立以曲柄為坐標(biāo)的精確定位系統(tǒng)，標(biāo)定位置，并通過傳感器對電參數(shù)和運行參數(shù)實時采集，對低產(chǎn)低效間抽抽油機井實時采集記錄電流、電壓、功率、功率因數(shù)、載荷、位移，沖程、沖次參數(shù)。

1.2 參數(shù)處理

通過控制模塊，自動調(diào)頻變參，并運行一段時間后，再恢復(fù)到原參數(shù)，井口參數(shù)傳感器采集各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過專用傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_數(shù)據(jù)接收裝置，在開發(fā)綜合管理平臺通過各類智能管理軟件對數(shù)據(jù)進行處理和二次計算。通過電動機有效功率，綜合考慮各傳動機構(gòu)效率，計算出懸點載荷[6-7]。根據(jù)位置與載荷的對應(yīng)關(guān)系建立相關(guān)函數(shù)模型并繪制電參示功圖，建立流程見圖2。根據(jù)電參示功圖，考慮各種因素導(dǎo)致的沖程損失，計算出有效沖程，根據(jù)有效沖程求得每一個沖程單井產(chǎn)液量和液面，電參功圖轉(zhuǎn)液面方法見圖3。形成滿足機采生產(chǎn)需求的智能化管理體系。如電參功圖轉(zhuǎn)液面方法實現(xiàn)采集連續(xù)電參曲線、遠程監(jiān)測及在線診斷優(yōu)化功能，同時在基礎(chǔ)版的基礎(chǔ)上，增加遠程啟停功能。

圖2 電參法示功圖建立流程Fig.2 The process of establishing the electric reference method shows the work diagram

圖3 電參功圖轉(zhuǎn)液面方法Fig.3 Electrometric reference diagram to liquid level method

1.3 智能柔性間抽

工況采集裝置將采集的電參、載荷、位移等數(shù)據(jù)（每30 min上傳1次，間隔可調(diào)）轉(zhuǎn)換成示功圖并進一步轉(zhuǎn)化為液面數(shù)據(jù)，經(jīng)后臺軟件分析后給出啟停機建議。智能分析模塊可判斷井場舉升設(shè)備的狀態(tài)，利用可控硅智能控制器自主控制[8-9]，遠程啟停井（現(xiàn)場有聲音和警報預(yù)警），實現(xiàn)時時智能間歇采油。智能控制器中的柔性控制模塊，可根據(jù)懸點載荷變化，使電動機保持恒功率輸出，控制光桿運行速度與加速度，最大限度的減少啟停機及運行過程中慣性載荷對桿柱的影響，實現(xiàn)柔性控制。改善了桿柱受力狀況，減輕桿、管、泵的磨損，提高井下泵的充滿系數(shù)，使油井低能耗長效運行。同時，后臺也可按需求只給出啟停建議至遠程控制PC端軟件及APP，經(jīng)過人工判研后，由工人現(xiàn)場操作進行啟停井。

2 應(yīng)用效果

2021年對某采油廠日產(chǎn)液小于5 t的不同生產(chǎn)參數(shù)5口人工間抽井轉(zhuǎn)數(shù)字化智能間抽改造。采用智能電參控制器（井場）采集綜合電量，進行試驗前后的節(jié)能對比見表1。5口井試驗后，平均系統(tǒng)效率提高6.34%，平均單井日節(jié)電53.2 kWh，年累計節(jié)電9.71×104kWh，實現(xiàn)了節(jié)電最大化。柔性運行控制技術(shù)還延緩了油井桿、管、泵的磨損，在一定程度上延長了油井運行周期，降低了年檢泵費用。5口井人工間抽運行時的平均檢泵周期為270天，A井單井檢泵周期不足150天。自實施智能間抽改造后，截止目前5口井均未發(fā)生井下維護性作業(yè)，平均運行周期已達到320天。另外，數(shù)字化智能間抽技術(shù)的應(yīng)用減輕了一線員工的停機工作量，降低了一線工人的勞動強度，體現(xiàn)了智能間抽管理的巨大社會效益[10-11]。

表1 試驗前后節(jié)能情況對比Tab.1 Comparison of energy savings before and after the test

3 結(jié)論

1）電參技術(shù)設(shè)備簡單，故障率低，數(shù)據(jù)穩(wěn)定在工況診斷、計產(chǎn)、折算液面等具有優(yōu)勢，還可智能管控能耗及運行參數(shù)，是實現(xiàn)采油工程數(shù)字化系統(tǒng)集成的最經(jīng)濟、最簡化配置。

2）將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于低產(chǎn)低效采油井，實現(xiàn)電子巡檢代替大部分人工巡檢的工作，并通過對功圖、液面數(shù)據(jù)的分析來實施具體的啟停機方案，使間抽制度更加精準(zhǔn)，節(jié)約了電能的同時也降低了采油工人的勞動強度。

3）數(shù)字化是油田發(fā)展的必然趨勢，取電流、電壓、測功圖、采油套壓實現(xiàn)自動化的同時，低產(chǎn)井人工間抽模式即將結(jié)束自己的使命，迎來自動化，并向智能化、智慧化發(fā)展。