基于油田数字化平台的油井生产参数控制技术

2016-12-05谢瑛莉

长江大学学报(自科版) 2016年32期

关键词：示功图冲程柱塞

谢瑛莉

(中石化江汉钢管厂，湖北荆州 434000)

胡俊生，田吉云

(中石油长庆油田分公司第十一采油厂，甘肃庆阳 745000)

基于油田数字化平台的油井生产参数控制技术

谢瑛莉

(中石化江汉钢管厂，湖北荆州 434000)

胡俊生，田吉云

(中石油长庆油田分公司第十一采油厂，甘肃庆阳 745000)

针对油井系统效率低、能耗高的特点，在油田数字化平台的基础上，提出了一种根据柱塞有效冲程来调整油井生产参数的方法，给出了柱塞有效冲程的确定方法，以及冲次的调整方法，并介绍了该集成系统的功能和组成。该技术在2个井组上试验成功，能够自动调整生产参数，并且示功图显示油井的有效冲程增加，泵效提高，节能测试表明井组的综合节电率达到30%以上。

油田数字化；示功图；调参；节能

有杆抽油系统的效率是衡量系统性能和管理水平的重要指标[1]。油田数字化平台是一个集前端数据采集、中端数据处理以及后端平台管理的资源共享应用平台[2]。笔者提出了一种基于数字化平台的油井生产参数控制调节技术，根据适时采集得到的油井地面示功图数据，来分析柱塞有效冲程的大小，进而调节冲次的大小，使得抽油机的生产参数与地层供液能力相匹配，提高抽油机的系统效率。

1 抽油机冲次调节方法的建立

1.1 柱塞有效冲程的确定

柱塞有效冲程的确定是由地面示功图转化为泵示功图来计算的。依据Gibbs的一维黏滞阻尼波动方程，以光杆示功图的载荷时间曲线和位移时间曲线为边界条件，通过数值计算的方法得到泵示功图。从泵示功图的特征上来看，阀开闭点处曲率变化较大。在上冲程中，固定阀打开时，悬点载荷加载完成，此时悬点静载荷为最大值；在下冲程中，游动阀打开时，悬点卸载完成，此时悬点静载荷为最小值。通过泵示功图曲率的最大值可以确定泵在上下冲程开始的位置，再结合载荷的大小，静载荷较大且曲率较大的两个位置之间的距离为柱塞井下冲程St，而静载荷较小且曲率较大的两个位置之间的距离为柱塞有效冲程Sp。

1.2 冲次的调节方法

冲次的调节主要通过改变变频器的频率来完成，其调节依据是柱塞井下冲程和有效冲程的比值。当油层供液情况较好时，柱塞有效冲程较大，可以增加冲次；当油层供液能力较差，有效冲程较小，必须降低冲次，甚至实施间抽。如果Sp/St<10%，表明柱塞有效冲程过小，应该实施间抽；如果Sp/St>10%，则根据其比值来调节冲次的大小，调节后的冲次应为额定地面冲次的Sp/St倍。

2 生产参数控制系统集成

2.1 系统的功能

生产参数控制系统主要是在油田数字化采集系统的基础上，根据采集的示功图数据来分析油井的供液能力，进而调节抽油机冲次，使油井在合理参数下运行，从而达到节能降耗，提高油井系统效率的目的。

2.2 控制系统组成

生产参数控制系统由数据采集系统、变频器控制系统、中央控制系统和数据通讯系统等几个部分组成。数据采集系统单元主要由具有数据运算和信号采集功能的QLdsPIC3控制电路板、SMA4DC载荷传感器和SMD36DC角位移传感器组成，其完成示功图数据中载荷和位移数据的采集，为控制系统提供数据支持。变频器控制系统单元选用德国原装西门子G120/PM250四象限再生回馈型功率模块为核心元件，其内置式滤波器的电路设计杜绝了电网谐波干扰，控制为四象限再生能量回馈电网的运行模式。该控制系统单元可以弥补现有的变频控制单速运行与电阻式再生能量消耗方式的不足，且冲次调节方便。中央控制系统主要完成对数据的存储以及对示功图数据的处理和分析。数据通讯系统单元完成各个单元之间的通讯，将数据采集系统单元的数据传输给中央控制系统单元，中央控制系统单元的处理结果反馈给变频器控制单元。

3 应用实例

该技术在长庆油田高22-16井和关126-155井组进行了现场试验，两个井组分别有油井3口和4口。为了进行效果对比，使井组油井在原来模式下(工频)和自动调整生产参数模式下(变频)生产，在工况稳定的条件下测试变频的节电效果。采用SY/T 5264—2006《油田生产系统能耗测试和计算方法》、SY/T 6275—2007《油田生产系统节能监测规范》及SY/T 6422—2008《石油企业节能产品节能效果测定》测试标准进行测试和评定。两个井组的测试结果如表1、2所示。

表1 高22-16井组变频和工频运行情况对比数据表

表2 关126-155井组变频和工频运行情况对比数据表

从表1中可以看出，高22-16井组变频运行后日耗电量由222.72kW·h下降为176.88kW·h，日节电45.84kW·h，与工频对比综合节电率为34.67%。从表2中可以看出，关126-155井组变频运行后日耗电量由234.96kW·h下降为195.12kW·h，日节电39.84kW·h，与工频对比综合节电率为31.21%。