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(kāi)發(fā)是油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中一直存在的問(wèn)題，緩解低效井舉升矛盾的有效方法是對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行間歇采油[1]。常規(guī)做法是結(jié)合油井液面測(cè)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(jī)的啟停，由于數(shù)據(jù)反饋不及時(shí)，很難控制油井精準(zhǔn)穩(wěn)定運(yùn)行，導(dǎo)致油井生產(chǎn)效率較低[2-3]。抽汲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)使系統(tǒng)無(wú)效運(yùn)行，產(chǎn)油量不增但能耗增加嚴(yán)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(fèi)用。反之，運(yùn)行時(shí)常過(guò)短雖可節(jié)約電能，但致使沉沒(méi)度偏高，采油裝置潛力沒(méi)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(jī)采系統(tǒng)也開(kāi)展了數(shù)字化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化采集、自動(dòng)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(jī)采井運(yùn)行效率，提升機(jī)采系統(tǒng)管理水平，最終實(shí)現(xiàn)智慧化油田管理模式，對(duì)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(cè)

機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備[4-5]。在抽油機(jī)井電動(dòng)機(jī)上安裝電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器安裝在電動(dòng)機(jī)軸上，電動(dòng)機(jī)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(jiàn)圖1。

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

通過(guò)實(shí)時(shí)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(guò)傳感器對(duì)電參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)采集，對(duì)低產(chǎn)低效間抽抽油機(jī)井實(shí)時(shí)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(guò)控制模塊，自動(dòng)調(diào)頻變參，并運(yùn)行一段時(shí)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(guò)專用傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)數(shù)據(jù)接收裝置，在開(kāi)發(fā)綜合管理平臺(tái)通過(guò)各類智能管理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和二次計(jì)算。通過(guò)電動(dòng)機(jī)有效功率，綜合考慮各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率，計(jì)算出懸點(diǎn)載荷[6-7]。根據(jù)位置與載荷的對(duì)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(jiàn)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(jì)算出有效沖程，根據(jù)有效沖程求得每一個(gè)沖程單井產(chǎn)液量和液面，電參功圖轉(zhuǎn)液面方法見(jiàn)圖3。形成滿足機(jī)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(shí)現(xiàn)采集連續(xù)電參曲線、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及在線診斷優(yōu)化功能，同時(shí)在基礎(chǔ)版的基礎(chǔ)上，增加遠(yuǎn)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(jìn)一步轉(zhuǎn)化為液面數(shù)據(jù)，經(jīng)后臺(tái)軟件分析后給出啟停機(jī)建議。智能分析模塊可判斷井場(chǎng)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(yuǎn)程啟停井（現(xiàn)場(chǎng)有聲音和警報(bào)預(yù)警），實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)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(diǎn)載荷變化，使電動(dòng)機(jī)保持恒功率輸出，控制光桿運(yùn)行速度與加速度，最大限度的減少啟停機(jī)及運(yùn)行過(guò)程中慣性載荷對(duì)桿柱的影響，實(shí)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(zhǎng)效運(yùn)行。同時(shí)，后臺(tái)也可按需求只給出啟停建議至遠(yuǎn)程控制PC端軟件及APP，經(jīng)過(guò)人工判研后，由工人現(xiàn)場(chǎng)操作進(jìn)行啟停井。

2 應(yīng)用效果

2021年對(duì)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(chǎng)）采集綜合電量，進(jìn)行試驗(yàn)前后的節(jié)能對(duì)比見(jiàn)表1。5口井試驗(yàn)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(jì)節(jié)電9.71×104kWh，實(shí)現(xiàn)了節(jié)電最大化。柔性運(yùn)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(zhǎng)了油井運(yùn)行周期，降低了年檢泵費(fèi)用。5口井人工間抽運(yùn)行時(shí)的平均檢泵周期為270天，A井單井檢泵周期不足150天。自實(shí)施智能間抽改造后，截止目前5口井均未發(fā)生井下維護(hù)性作業(yè)，平均運(yùn)行周期已達(dá)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(jī)工作量，降低了一線工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，體現(xiàn)了智能間抽管理的巨大社會(huì)效益[10-11]。

表1 試驗(yàn)前后節(jié)能情況對(duì)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(jiǎn)單，故障率低，數(shù)據(jù)穩(wěn)定在工況診斷、計(jì)產(chǎn)、折算液面等具有優(yōu)勢(shì)，還可智能管控能耗及運(yùn)行參數(shù)，是實(shí)現(xiàn)采油工程數(shù)字化系統(tǒng)集成的最經(jīng)濟(jì)、最簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)電子巡檢代替大部分人工巡檢的工作，并通過(guò)對(duì)功圖、液面數(shù)據(jù)的分析來(lái)實(shí)施具體的啟停機(jī)方案，使間抽制度更加精準(zhǔn)，節(jié)約了電能的同時(shí)也降低了采油工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

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