江苏油田间抽井智能控制生产技术探索

2014-08-13刘从领狄敏燕吕永科袁杰陈波

石油石化节能 2014年3期

刘从领狄敏燕吕永科袁杰陈波

（1.江苏油田工程院；2.中石油勘探开发研究院；3.西南油气田蜀南气矿；4.江苏油田试采一厂）

1 问题的提出

江苏油田为复杂小断块油藏，低渗特低渗油藏超过50%，这些低渗储层普遍呈现注水困难的现象，随着开发的深入，对应的油井大多存在供液不足的情况，从而导致转入间抽的油井逐年增多（图1），截至2013年9月底，有间抽井115口，开井97口，日产油44.4 t，含水44.5%。另外，有44 口井采用38mm的抽油泵生产。随着间抽井井数的增多，生产运行中的问题也愈发突出。

图1 江苏油田间抽井历年井数状况

1.1 间抽井工作制度不合理

目前，江苏油田开井的97口间抽井，大都采用统一固定的间抽制度（如每天抽8h停16h或抽12h停12h等）进行生产，其中有59口井的泵效低于30%，27口井的泵效低于10% （表1），说明目前的间抽制度并不合理，也就是间抽井开井的时间过长。如闵24-18A 井每天运转12h，停机12h，对比表2的生产数据发现，该井实际抽到油的时间在4 h以内，显然有一半以上的时间是空抽的状态。同时这种方法需采油技术人员定时现场操作，劳动强度较大。这样的情况造成平均一天近8h的电能是被白白浪费掉的。按抽油机的功率5~22kW 计算，1天单台机器所浪费电能达到40~160kW h左右，浪费的电费（按每度电8角）为30~120元（表3）。结果导致了在油田生产中存在着一种“以电换油”的无奈之举，抽油机所开采的原油，基本上是用同等价值的电能换来的。所以，急需寻找一种更合理的抽油机井间抽制度。

表1 低泵效油井数据统计

表2 部分间抽井生产情况对比

1.2 间抽井工作量大

江苏油田的间抽井都采用人工启停的方式，一部分间抽井距离最近的计量房或值班室路途较远（表4），给人工启停带来了很大的不便，有的间抽井（如阳3-1）距离最近的计量房或值班点达8 km，每天技术人员要走的路程达32km，1年下来要走11 680km；有的还要坐船过河，增加了工作的危险系数。还有一些单罐拉油点离站点较远，井场建有值班点，而通常1口井至少配备2名值班人员，随着用工的难度和成本的增加，目前采油队急需优化这些偏远井的生产管理。

表3 间抽井节电情况统计

表4 间抽井离附近值班点的距离

目前采油厂尝试使用高压氮气气枪测试技术，采用相对稳定的惰性气体氮气作为高压气源，提供井口测试发声声源；高压氮气瓶存储压力一般在0~12M Pa之间。该技术的优点是取消了声弹，采用惰性气体氮气作为气源相对安全。但是该技术还有如下缺陷：

1）现场应用反映部分井测量误差大；

2）这种高压氮气瓶的存储压力高达12M Pa，气瓶接口等连接部件仍然存在安全隐患；

3）现场携带氮气瓶不方便；

4）采油厂没有专门氮气源，氮气使用完以后重新充气相对不方便。

表5 真177井月度数据表

1.3 现场动液面测试问题不断

江苏油田现场的动液面测试大多由采油队试井工定期测量动液面，通过手动放炮测得动液面数据。该方法主要问题是：

1）需工作人员背着回声测试仪逐井测试，2-3人才能完成测试工作，每口井每个月需要测试液面1次或2次，有时为了得到一个准确液面数据要重复测试多次，每个小组每天测试20井次以上，测试工作量特别大。工作人员无论严寒还是酷暑都在野外开展测试工作，特别辛苦。

2）由于测试方法落后，时常出现液面未测出的情况（表5），往往认为准确的液面数据实际上并不准确，延误了或误调了生产参数。

3）如果在间抽井启停前后分别测得动液面的数据，有利于准确把握油井的供液能力，从而制定更好的间抽工作制度，但这样会成倍增加工作量与交通成本。

4）火药爆炸回声测示方法危险性大，炸药使用还受到国家对炸药销售使用规定的严格限制，购买炸药渠道也不畅通，严重制约着油井液面的测试工作。

2 智能间抽控制系统

在大力推广油田管理和控制自动化的今天，间抽油井的智能化自动化控制也显得较为迫切，尤其是油井的开采已进入中后期，间抽井的增加，问题也日益突出，采用智能间抽开采作业制度，减轻人员工作量，及时响应井下的液面变化来控制抽油机开关，目前，大庆的葡萄花油田有9井次的应用，青海油田也有5口井的应用，长庆、吉林等油田都有应用[1-3]，现场实际表明，在确保油井产液量基本稳定的前提下，根据油井动液面即沉没度的大小，油井实施智能间抽，大幅度减少无功损耗，油井泵效及系统效率有了明显提高，实现了油井生产的优化运行，节能效果显著。

2.1 智能间抽控制系统工作原理

智能间抽控制技术，即现场测得动液面的数据后，通过数据信息的无线传输系统，将连续的动液面数据和电流信号送至微处理器，计算机将所采集到的动液面数据，与设定的沉没度精心对比后，给现场的控制部分发出指令，控制抽油机的启停（见图2）。同时记录开机停机时间，就这样不断的根据实时采集的数据，结合井下液面的变化规律进行数据分析，完成抽油机的采油时间和间歇时间的优化计算与选择，控制抽油机的启停使其保持在最佳间抽状态。

2.2 动液面在线式检测

目前，动液面的监测方式主要有：下压力传感器测试、放空炮弹测试法、气动声源测试。由于压力传感器测试和放空炮弹方式存在操作不方便、缺乏安全性和可靠性等问题，不适合用作动液面在线监测[4-6]。综合各种因素，考虑采用气动声源的液面在线监测技术。

图2 智能间抽控制系统示意图

油井液位深度检测基本原理是声纳系统的回声定位法：井口气爆发声装置一旦收到指令或到达设定时间，系统即按设定的参数启动电磁阀或微型气泵向套管内（或外）放气产生次声波作为测量次声源，该装置次声源的产生是利用套管内外压差，对油井套管内或外放气产生。对内或对外放气由2个电磁阀控制，同时针对无套压油井，使用一微型气泵作为内爆声源，微型气泵以空气作为气源，与电磁阀和主控制板一起安装在井口[7]。

2.3 可行性分析

智能间抽控制系统改变以往间抽制度，应用超低频宽声带次声波声纳技术，实现在线式动液面监测控制，相当于给间开井的抽油机安装了一双眼睛，时时刻刻监视油井的动液面位置，达到了油井有油就自动抽取，没油时就自动停机。根据抽油机的上下行程电流变化准确地描绘出抽油机的加、卸载过程，并结合井下液面变化规律和新型供排关系理论，进行自学习，自动优化抽油机的最佳间抽工作时间，达到在保证产量的前提下，降低能耗，提高工作效率的目的，实现科学的智能化管理，方便技术人员对抽油机最新动态的准确分析，可以减轻工人的劳动强度，延长油井免修期，提高油田尤其是低产区块的综合管理水平。这种智能量化控制技术，将大大提高间开井的生产效率，降低人工劳动强度与运行成本，是采油厂实现降本增效的一项科学又有效的技术和装备。