有桿泵智慧型採油技術

有桿泵智慧型採油技術包括兩個實時概念：①實時監測，即採集井下動液面數據和/或示功圖的能力；②實時控制，即通過自動執行機構控制抽汲強度的能力。該系統可從時間的微觀角度實現供排Э調。

我國有10萬多口油井,其中有80%的油井採用有桿抽油工藝，有桿抽油系統的供排調問題是影響系統效率和油井潛能的根本問題，但以目前通用的技術裝備水平，從設計到現場管理的各環節都很難解決。最佳化設計包括兩類內容：一是新油井的最佳化設計，即根據地質部門的預產以及油田長期開發的需要，合理的選擇最佳的機、桿、泵組合，並確定抽汲參數；二是老油井抽汲參數優選[1]。在設計過程中，油井配產是重要的約束條件，由於抽汲參數是不連續的，很難做到設計排量恰好等於油井配產，礦場套用中一般使設計排量稍大於油井配產。同時新油井配產也是根據油藏各方麵條件給出的期望值，與油井實際產量存在一定差距，有時還可能很大。上述兩方面因素的存在使抽油系統在設計階段已經­出現供排不Э調的可能性。
隨著油藏開發的不斷進行，油井產能受到地質特徵、油藏管理、採油工程、生產維護等多方面影響，從較長的時期看是一個動態的變數。當油層的供液量發生變化時，就需要對老油井抽汲參數優選，否則，當供液不足時，就會出現空抽現象、使能耗增高。當供液充足時，抽汲強度偏低，就會限制油井的產液量。油井的動液面參數直接反映了地層的供液情況及井下供排關係，是進行採油工藝適應性評價和最佳化的關鍵數據之一。目前，受自動化水平和人員成本等多方面因素的限制，國內油田的慣例是按月測試示功圖和動液面，綜和其它技術數據，確定理論運行參數（如：沖次、轉速、排量等），由於數據錄取、分析、調整的階段性，使最佳化調整表現為事後控制，失去最佳時機；由於現有技術裝備水平限制，無論衝程還是沖次的調節都不連續，很難達到理論要求；同時受人為因素的影響，在實際工作中常常出現調參不及時、運行參數不合理的現象，既耗費了人力，也不能達到最佳效果。總而言之，目前的技術手段很難實現有桿泵系統的供排Э調。長期以來，該問題受到石油界廣泛關注。
有桿泵智慧型控制系統就是針對上述問題研製開發的。智慧型控制技術包括兩個實時概念：①實時監測，即採集井下動液面數據和/或示功圖的能力；②實時控制，即通過自動執行機構控制抽汲強度的能力。該系統可從時間的微觀角度實現供排Э調。
一、構成及工作原­理
1、實時監測部分
可實時監測油井動液面、示功圖及其它運行狀態參數。其中動液面檢測裝置由次聲波發訊裝置、次聲波接收裝置和數據採集接口組成。次聲波發訊裝置採用彈簧蓄能氣彈裝置作為發聲源，在設定的時間，用減速機壓縮彈簧蓄能，然後瞬間釋放，向油井環空發出功率為150KW的次聲波信號，反射回波由經­接收裝置放大後，經­過數字濾波、快速付立葉變換等一系列的軟體處理，轉化為有效數位訊號，與示功圖及其它運行狀態參數信號一起經­數據採集接口輸入微處理器。
2、智慧型控制部分
由大容量微處理器和數據處理及控制軟體組成，其核心技術為建立動液面回波的識別模型與計算方法並編制了實現該計算方法的軟體。微處理器接受此聲波反射信號後，進行運算處理，確定液面深度，根據預設沉沒度發出調參指令。
3、執行部分
根據微處理器發布的控制指令對抽油機的運行參數進行實時調速，控制抽汲強度，實現供排Э調。通過預設的多功能接口電路板實現交流變頻調速、變極數電動機微分調速（256級）、機械式無級調速及滑差電機調速。
4、遠程通訊部分
借用GSM/GPRS網路系統，實現了遠程對機械抽油井現場運行數據的採集、處理、數字無線傳輸、視頻監視並可進行調參等實時控制管理；其運行成本較低、工作可靠。
二、現場試驗情況
2004年以來，在渤南油田4口井上進行試驗，對測試結果的準確性、硬體軟體的可靠性、現場適用性、經­濟可行性等多方面進行驗證。
首先進行了液面測試準確性標定，採用實時動液面測試裝置和井岡山回聲儀同時監測同一口井動液面，在1840米時，兩種儀器的檢測結果相差30米，能夠滿足生產要求。下圖為反射波回放結果，豎線標示的是自動解釋的液面回波位置。
其次對系統穩定性和適應性進行了評價。實施5口井。因為地層滲透率低（10-3010-3μm2 ），產能低下，抽油系統在採取了小泵深抽、長衝程、慢沖次、油管錨定、油桿扶正、地面拖動系統改造等最佳化措施後，系統效率低、供排不Э調問題沒有從根本上消除。
以上參數是在檢泵後不久，泵況較好、沒有磨損時的數據。平均動液面1780 m，平均泵掛深度1800m，泵掛深度與動液面深度基本持平，反映了低滲透油田固有規律，依靠降低流動壓力，放大生產壓差提高產液量的潛力非常有限[2]，平均泵效34.4 %。深井泵供液不足的現象非常普遍。根據現場統計規律，新投深井泵在供液不足條件下一般在6個月左右出現較為嚴重的漏失，油井產液量下降，動液面回升，泵效及系統效率持續下降到一個低水平點後趨於穩定。
套用智慧型採油技術後，對控制程式進行了初始化，並根據有桿泵對最低沉沒度要求，設定沉沒度100—200米。油井在閉環控制系統的作用下，測試動液面，將實際沉沒度(La)與設定沉沒度(Lp)對比，當La小於Lp時，降低沖次；反之亦然。試驗涉及的5口井，沖次下調1-2沖/min左右，動液面穩定在1700米左右。下圖為5-11-1試驗前後示功圖對比。
試驗前示功圖 試驗後示功圖
動液面： 1854m 動液面： 1705m
最大載荷：79.7KN 最大載荷：56.0KN
最小載荷：30.9KN 最小載荷：35.6KN
三、效果分析
通過在4口油井上試驗，見到如下效果。
1、通過智慧型控制，深井泵沉沒度保持在200～300米範圍內，在總產量穩定的前提下，實現了供排Э調。
2、沖次下降，泵充滿程度提高，泵效提高了17.3％。衝擊載荷下降，平衡度提高，機、桿、泵的運行狀態得到改善。
3、單井日節電43.7KWh,平均系統效率提高了10.8％。
智慧型閉環採油控制系統效果分析
四、結論
1、有桿泵智慧型採油技術設計思路正確，關鍵技術先進，設備性能可靠，有較好的投資效益。
2、該技術整合了自動、信息、智慧型等多學科的新成果，是有桿採油系統最佳化技術的新發展。生產過程中，通過系統線上的不斷調整，使有桿泵沉沒度始終保持在合理的範圍內，最大限度挖掘油層潛力，使供排不Э調的矛盾得到較好解決。
3、建立的動液面回波的識別模型與計算方法以及配套的計算控制軟體經­實踐證明方法正確、準確度高。
4、實驗認為，該技術對低滲透油田提高系統效率，延長檢泵周期，節約電能都將起到很好作用。