導(dǎo)語：智能調(diào)控采油工藝技術(shù)試驗(yàn)分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:針對油田超稠油蒸汽驅(qū)開發(fā)過程中，生產(chǎn)井受蒸汽驅(qū)替作用效果強(qiáng)弱不同，井下油層供液能力不同，使抽油泵供排關(guān)系不平衡，導(dǎo)致排液不及時，影響蒸汽驅(qū)替效率或者造成抽油泵無功抽空，泵體損耗及電能浪費(fèi)等問題，運(yùn)用智能調(diào)控采油技術(shù)手段，大大提高抽油機(jī)系統(tǒng)的工作效率，達(dá)到穩(wěn)定泵效、提高產(chǎn)量、降低損耗、節(jié)能增效的目的。在超稠油開發(fā)領(lǐng)域全面推廣智能調(diào)控采油技術(shù)，對提高產(chǎn)量、節(jié)能耗降、安全生產(chǎn)、優(yōu)化管理具有重要的意義。

關(guān)鍵詞:杜229區(qū)塊;蒸汽驅(qū);智能調(diào)控;動液面

遼河油田杜229區(qū)塊構(gòu)造位于遼河盆地西部凹陷西斜坡中段，屬互層狀邊底水中厚層超稠油油藏，共規(guī)劃有蒸汽驅(qū)井組20個，動用層位為興Ⅲ3、興Ⅳ和興Ⅴ組，含油面積為0.76km2，油藏埋深900～1020m，有效厚度23m，地質(zhì)儲量為342×104t。該區(qū)塊蒸汽驅(qū)開發(fā)始于2007年，先后經(jīng)歷了先導(dǎo)試驗(yàn)、擴(kuò)大試驗(yàn)和規(guī)模實(shí)施階段，目前總井?dāng)?shù)為141口，其中注汽井有20口，生產(chǎn)井有121口，年采油量保持在10×104t以上。油井在轉(zhuǎn)入蒸汽驅(qū)開發(fā)前的蒸汽吞吐開發(fā)期間，各單井吞吐投產(chǎn)時間參差不齊，吞吐輪次高低不同、周期長短不一，加熱半徑遠(yuǎn)近有別，采出程度差異較大，同時受儲層非均質(zhì)性等因素影響，致使井組內(nèi)注汽井與各生產(chǎn)井之間的熱連通性不同，生產(chǎn)井受蒸汽驅(qū)替作用效果程度不同，造成各生產(chǎn)井供液能力不同。按照蒸汽驅(qū)開發(fā)要求，為了維持采注比在1.2以上，使蒸汽驅(qū)開發(fā)順利進(jìn)行，必須平衡抽油泵供排關(guān)系，保證合理的采液量。但是，實(shí)施智能調(diào)控采油技術(shù)前采用的人工操作方式，是根據(jù)手動測試的油井動液面參數(shù)調(diào)控抽油機(jī)頻率轉(zhuǎn)速，提降抽油桿上下往復(fù)沖次，維持抽油泵的供排平衡。人工操作方式及時性較差，甚至因?yàn)橛吞篆h(huán)空內(nèi)的介質(zhì)組成復(fù)雜，造成動液面參數(shù)測試誤差大，進(jìn)而誤導(dǎo)調(diào)控［1-4］；造成排液過快，抽油泵無功抽取，干摩損耗泵體，浪費(fèi)電能；或者造成排液過慢，液量積壓，影響蒸汽正常驅(qū)替推進(jìn)。另外，因蒸汽驅(qū)規(guī)模擴(kuò)大，井?dāng)?shù)多且位置分散，技術(shù)人員不足，人工采集動液面數(shù)據(jù)工作量大、周期較長，難以滿足及時調(diào)控的需要。為了滿足蒸汽驅(qū)規(guī)模不斷擴(kuò)大的需要，減少人員工作量，提高調(diào)控及時性，遼河油田在杜229區(qū)塊蒸汽驅(qū)開發(fā)領(lǐng)域開展了智能調(diào)控采油技術(shù)研究，使油井供液能力與抽油泵排液速度保持合理的供排平衡關(guān)系，達(dá)到增產(chǎn)降耗的目的，在汽驅(qū)開發(fā)中具有很高的應(yīng)用價值。

1智能調(diào)控采油系統(tǒng)基本工作原理

抽油機(jī)智能調(diào)控采油技術(shù)是自動化技術(shù)、通信技術(shù)和計算機(jī)信號處理技術(shù)相結(jié)合［5-8］，主要通過在線自動實(shí)時監(jiān)測幵錄取油井油管與套管之間的環(huán)形空間內(nèi)的動液面參數(shù)作為調(diào)控依據(jù)。預(yù)先設(shè)置固定合理的動液面參數(shù)后，通過實(shí)時監(jiān)測動液面高度動態(tài)變化，對抽油機(jī)變頻電動機(jī)進(jìn)行自動變頻控制調(diào)頻，近而調(diào)節(jié)抽油桿帶動抽油泵內(nèi)活塞的上下往復(fù)沖次數(shù)。當(dāng)監(jiān)測到動液面超過設(shè)定值時，表示油層供液能力強(qiáng)，系統(tǒng)自動提頻，上調(diào)沖次，加速排液；當(dāng)監(jiān)測到動液面低于設(shè)定值時，表示油層供液能力弱，系統(tǒng)自動降頻，下調(diào)沖次，放緩排液，使抽油泵始終在理想的供液能力范圍內(nèi)高效排液工作。

2智能調(diào)控采油系統(tǒng)主要構(gòu)成與功能智能監(jiān)測系統(tǒng)

2.1.1動液面智能監(jiān)測。智能調(diào)控采油的關(guān)鍵參數(shù)是動液面。動液面是油井生產(chǎn)時，油管與套管之間的環(huán)形空間內(nèi)的液面。油井通過動液面計算抽油泵沉沒度和井底流壓，根據(jù)動液面變化制定油井工作制度［9-10］。動液面反應(yīng)油井地層供液能力的強(qiáng)弱，地層供液能力是決定油井產(chǎn)量和持續(xù)性的關(guān)鍵性因素。動液面準(zhǔn)確程度直接決定了智能調(diào)控采油技術(shù)能否成功應(yīng)用。動液面智能監(jiān)測是以音標(biāo)法為基礎(chǔ)，采用亞聲波作為回波信號，頻率小于20Hz的亞聲波在油套環(huán)形空間內(nèi)傳播距離遠(yuǎn)，能量消失慢，測出率和自動識別率高。音標(biāo)法采用兩種方式發(fā)聲：在高套壓下回收套管氣發(fā)聲；在低套壓下使用打氣泵將套管氣打入井中，產(chǎn)生亞聲波聲源，實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動測試動液面。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，確定了不同套壓所對應(yīng)的聲速值，幵測出了氣液過渡帶的普遍厚度，從而為不具備使用回音標(biāo)的油井動液面測試提供了準(zhǔn)確的測試方法，對稠油熱采井尤為適用。2.1.2示功圖智能監(jiān)測。由于稠油熱采井油套環(huán)形空間內(nèi)工冴復(fù)雜，動液面測試技術(shù)一旦出現(xiàn)故障，會直接影響調(diào)控。為了預(yù)防由于測不出或測不準(zhǔn)液面而造成的調(diào)控失效，系統(tǒng)集成了示功圖智能監(jiān)測分析功能。示功圖智能監(jiān)測可以按照固定頻率，通過示功圖測試儀定期測功圖，幵且可以在調(diào)控失效時立刻繪制示功圖，同時提示報警。系統(tǒng)提示轉(zhuǎn)為人工控制，方便技術(shù)人員維修，使地質(zhì)人員及時對井下供液狀冴做出輔助評價，保障抽油機(jī)安全穩(wěn)定生產(chǎn)。示功圖測試儀主要由位移傳感器、載荷傳感器、單片機(jī)處理器和小無線單元等部件組成。按照預(yù)先設(shè)定好的固定間隔時間，通過位移傳感器和載荷傳感器定期定時測試抽油機(jī)光桿位移與懸點(diǎn)載荷，同時將數(shù)據(jù)送輸給單片機(jī)處理器，完成數(shù)據(jù)處理和信號轉(zhuǎn)換，再通過小無線單元把數(shù)據(jù)傳輸給智能控制柜采集數(shù)據(jù)終端［11-13］。2.1.3優(yōu)化管控箱。優(yōu)化管控箱主要由RTU（遠(yuǎn)程終端單元）、控制模塊、變頻器、電參模塊和通訊模塊組成。接收到動液面的測試數(shù)據(jù)或示功圖測試儀的數(shù)據(jù)后，RTU會對其進(jìn)行分析計算、處理變換幵儲存，繪制出光桿的移動示功圖。電參模塊可以按照設(shè)定時間定期測試電動機(jī)電參數(shù)據(jù)，幵傳遞給RTU儲存。RTU會定期將數(shù)據(jù)傳遞給通訊模塊，通過GPRS（通用分組無線服務(wù)技術(shù)）網(wǎng)絡(luò)傳輸給中心控制系統(tǒng)的GPRS路由器。通訊模塊接收到中心控制系統(tǒng)的管控命令后，將其傳遞給RTU，RTU將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳遞給控制模塊，由控制模塊調(diào)動變頻器，進(jìn)而控制抽油機(jī)改變沖次，使抽油泵內(nèi)活塞運(yùn)動的速度與泵腔內(nèi)的進(jìn)液速度相互匹配，達(dá)到最大泵效［14-15］。中心監(jiān)督管控系統(tǒng)中心監(jiān)督管控系統(tǒng)一般設(shè)置在中心站場，是數(shù)據(jù)處理中心。它包括自動分析控制軟件、動液面算數(shù)軟件、功圖計算軟件、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)頁顯示軟件等。中心監(jiān)督管控系統(tǒng)通過GPRS路由器將各單井的數(shù)據(jù)接收、儲存至數(shù)據(jù)庫內(nèi)，動液面算數(shù)軟件和功圖計算軟件從數(shù)據(jù)庫內(nèi)提取需要的各種數(shù)據(jù)幵分析計算，再將結(jié)果儲存到數(shù)據(jù)庫中。技術(shù)人員通過網(wǎng)頁顯示軟件與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對接溝通，從數(shù)據(jù)庫中獲得數(shù)據(jù)，幵自動管控命令。自動分析控制軟件根據(jù)得到的多種參數(shù)和動液面設(shè)計值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，幵將命令通過GPRS路由器傳遞給優(yōu)化管控箱內(nèi)的通訊模塊［16-17］。自動保護(hù)管控系統(tǒng)自動保護(hù)管控系統(tǒng)由斷路器、交流接觸器、熱繼電器和中間繼電器等組成。變頻運(yùn)行過程中，變頻器出現(xiàn)故障，自動保護(hù)管控系統(tǒng)自動切換工頻運(yùn)行，保護(hù)自身變頻器。當(dāng)外接電網(wǎng)出現(xiàn)大電壓、大電流時，主開關(guān)跳閘，自動保護(hù)管控系統(tǒng)切斷整個供電線路，保護(hù)整個設(shè)備。當(dāng)電源電壓下降或瞬時停電時，直流母線電壓會下降，變頻器通過降低輸出頻率降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)負(fù)載的慣性能量回饋到直流一側(cè)，維持直流電壓高于欠壓動作值，避免因欠壓而停機(jī)。當(dāng)電機(jī)帶有大慣性負(fù)載幵快速停車或者在運(yùn)行過程中由于負(fù)載突變等原因引起短時再生制動時，變頻器的直流母線電壓會上升，電機(jī)通過調(diào)整輸出頻率和自動延長減速時間、降低制動轉(zhuǎn)矩，控制直流母線電壓的穩(wěn)定［18-20］。自動報警管控系統(tǒng)為了防止出現(xiàn)特殊異常狀冴，管控系統(tǒng)增加了自動報警功能，隨時監(jiān)測油井狀態(tài)變化。當(dāng)出現(xiàn)下列不同異常狀冴時，管控系統(tǒng)會自動報警：（1）運(yùn)算出錯、基本參數(shù)輸入有誤、功圖和實(shí)際泵效由于斷脫漏失造成異常；（2）井口溫度、壓力、動液面、沖次、套管壓力、電機(jī)電流和最大實(shí)際載荷等超過規(guī)定范圍；（3）串口設(shè)備通信、變頻器、電度表讀取參數(shù)出現(xiàn)故障；（4）出現(xiàn)抽油桿斷桿、管漏和卡泵等特殊情冴。同時，調(diào)整油井相關(guān)參數(shù)，減少損失。不同情冴有不同的報警等級，根據(jù)報警等級，對采油系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行自動控制保護(hù)。

3現(xiàn)場試驗(yàn)應(yīng)用試驗(yàn)井組情況簡介

杜32-52-K36井組隸屬于杜229區(qū)塊蒸汽驅(qū)開發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)7個井組之一。該井組位于區(qū)塊中部，開發(fā)層位為興Ⅳ～興Ⅴ組，含油面積為0.03km2，油層平均厚度為28.4m，地質(zhì)儲量為21.1×104t，2009年12月由蒸汽吞吐開發(fā)轉(zhuǎn)為蒸汽驅(qū)開發(fā)。轉(zhuǎn)入蒸汽驅(qū)開發(fā)后，該井組累計注汽24.4×104t，累計產(chǎn)液28.3×104t，累計產(chǎn)油4.4×104t，油汽比為0.18，采注比為1.16，階段采出程度為54.3%。該井組為反九點(diǎn)正方形井網(wǎng)，共有9口井。其中，中心注汽井1口，周圍8口生產(chǎn)井。開展智能調(diào)控采油技術(shù)試驗(yàn)前，8口生產(chǎn)井的平均產(chǎn)液量為28.1t/d，產(chǎn)油量為4.2t/d，含水率為85.2%，井底流壓為2.5MPa。根據(jù)生產(chǎn)效果，可以將8口生產(chǎn)井分為兩類：受蒸汽驅(qū)替作用效果正常的5口，效果弱的3口。由于該井組油井分布較為分散，井與井之間距離較遠(yuǎn)，人工定期監(jiān)測能力有限，造成管控及時性較差，部分井的供液能力與抽油泵排液量不匹配，人工管理如果不能及時發(fā)現(xiàn)問題，泵效低造成泵體磨損，增加作業(yè)成本，浪費(fèi)電能。因此，對8口生產(chǎn)井全部安裝智能調(diào)控采油設(shè)備，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。應(yīng)用效果分析實(shí)施智能調(diào)控采油技術(shù)，對油井生產(chǎn)動態(tài)實(shí)時監(jiān)測，根據(jù)動液面變化，自動智能變頻調(diào)速，改變抽油桿沖次，實(shí)現(xiàn)抽油泵供排平衡，提高泵效。下面是2口典型生產(chǎn)井智能調(diào)控采油效果的跟蹤情冴。3.2.1杜32-51-37井應(yīng)用情況。該井屬于井組中受蒸汽驅(qū)替作用效果較好的生產(chǎn)井，油層中深998m，泵深960m，泵徑為57mm，光桿沖程為3m。智能調(diào)控系統(tǒng)安裝前后的生產(chǎn)中，測試動液面比較穩(wěn)定，沖次、產(chǎn)液量和泵效變化顯著（見圖1和圖2）。安裝智能調(diào)控系統(tǒng)后，設(shè)定自動控制動液面高度為600m。階段生產(chǎn)20d后對比發(fā)現(xiàn)，實(shí)施智能調(diào)控后，在線監(jiān)測的動液面數(shù)據(jù)與實(shí)施前的相比誤差不大，基本吻合，曲線顯示比較平穩(wěn)，動液面數(shù)據(jù)在500～550m波動，說明該井供液情冴比較穩(wěn)定，注采井間連通性較好，蒸汽驅(qū)替持續(xù)比較平穩(wěn)有效。實(shí)施智能調(diào)控后，自動監(jiān)測動液面較高，泵沉沒度在400m以上，供液能力充足。系統(tǒng)自動控制電機(jī)調(diào)頻提速，抽油桿沖次從實(shí)施前的5次/min提高到6次/min，抽油泵排量增加，產(chǎn)液量由實(shí)施前的平均23.4t/d提高到31.0t/d，泵效由實(shí)施前的平均28.4%提高到實(shí)施后的31.3%，耗電量由243kW∙h/d下降到196kW∙h/d。3.2.2杜32-54-36井應(yīng)用情況。該井屬于井組中受蒸汽驅(qū)替作用效果較弱的生產(chǎn)井，油層中深1022m，泵深980m，泵徑為57mm，光桿沖程為3m。智能調(diào)控系統(tǒng)安裝前后的生產(chǎn)中，安裝智能調(diào)控系統(tǒng)后，設(shè)定自動控制動液面高度為700m。階段生產(chǎn)20d后對比發(fā)現(xiàn)，實(shí)施智能調(diào)控后，在線監(jiān)測的動液面數(shù)據(jù)與實(shí)施前的相比誤差不大，基本吻合，曲線顯示比較平穩(wěn)，動液面數(shù)據(jù)約在800m波動，說明該井供液情冴雖然比較穩(wěn)定，但是動液面較低，抽油泵沉沒度在200m以下，供液能力不夠充足，注采井間連通程度較差，生產(chǎn)井受蒸汽驅(qū)替作用效果較弱。系統(tǒng)自動控制電機(jī)調(diào)頻減速，沖次從實(shí)施前的5次/min降低到4次/min，緩慢抽吸油液，留出充足的時間讓油液入泵，提高泵效。產(chǎn)液量變化不大，約為15t/d，但是泵效由實(shí)施前的平均27.9%提高到實(shí)施后的34.8%，耗電量由212kW∙h/d下降到173kW∙h/d。3.2.3效果分析。通過井組整體實(shí)施智能調(diào)控采油技術(shù)試驗(yàn)前后的對比得知，階段生產(chǎn)20d后，整體增油1100t，油汽比為0.24，采注比達(dá)到1.32，平均單井檢泵次數(shù)減少1次，檢泵周期平均延長32d，有效降低了因泵體損耗而檢泵、檢桿等作業(yè)費(fèi)用，避免了抽油機(jī)系統(tǒng)和電能的無效損耗和浪費(fèi)。智能調(diào)控采油技術(shù)系統(tǒng)替代人工手動操作管控調(diào)節(jié)采油，不但能夠提高系統(tǒng)效率，節(jié)能降耗，增加經(jīng)濟(jì)效益，而且在油井供液量充足時，產(chǎn)液量也會顯著增加。該系統(tǒng)完全適應(yīng)蒸汽驅(qū)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)的需求，保證了蒸汽驅(qū)開發(fā)平穩(wěn)、順利進(jìn)行。

4結(jié)論

通過運(yùn)用智能調(diào)控采油技術(shù)手段，大大提高了抽油機(jī)系統(tǒng)的工作效率，達(dá)到了穩(wěn)定泵效、提高產(chǎn)量、降低損耗、節(jié)能增效的目的。（1）智能調(diào)控采油系統(tǒng)能夠通過多種傳感器，同步在線實(shí)時監(jiān)測油井動液面高度和懸點(diǎn)載荷等參數(shù)的動態(tài)變化，幵測算出油井供液能力，自動調(diào)整抽油機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，維持抽油泵供排平衡，有效提高泵效和產(chǎn)量。（2）智能調(diào)控采油系統(tǒng)的在線監(jiān)測相當(dāng)于為機(jī)采系統(tǒng)安裝了眼睛，從而鎖定了油井供液能力與泵排能力的平衡點(diǎn)，使每一沖程的泵效最大化，避免泵體抽空干磨損耗泵體及機(jī)采系統(tǒng)，同時節(jié)省能耗。（3）智能調(diào)控采油系統(tǒng)的示功圖繪制監(jiān)測功能，能夠?qū)崟r監(jiān)測出桿斷、管漏、卡泵等井冴故障情冴，一旦機(jī)采系統(tǒng)出現(xiàn)生產(chǎn)異常，會自動報警，同時對故障進(jìn)行診斷，幵啟動自動保護(hù)措施，保證生產(chǎn)安全。（4）智能調(diào)控采油系統(tǒng)可以自動在線實(shí)時監(jiān)控抽油機(jī)等機(jī)采系統(tǒng)的工作動態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化高效管理，及時發(fā)現(xiàn)油井故障，使生產(chǎn)更安全、決策更準(zhǔn)確，有效地節(jié)省了人力資源，提高了工作效率。

作者:孫振彪 單位:中國石油天然氣股份有限公司遼河油田分公司