高含水油田區(qū)地面優(yōu)化簡化技術(shù)的應(yīng)用

姜凱凱 柴小勇

(中國石油長慶油田分公司第一采油廠，陜西 延安 716000)

王窯作業(yè)區(qū)位于陜西省延安市安塞縣境內(nèi)，1990年建成投用，是中國石油長慶油田分公司第一采油廠開發(fā)最早、規(guī)模最大、歷史最悠久的區(qū)塊。1991年成為該第一采油廠直屬隊，2002年與王南分區(qū)，經(jīng)過近二十年的開發(fā)，目前形成了年產(chǎn)量40萬t的生產(chǎn)規(guī)模。作為第一采油廠開發(fā)最早的區(qū)塊，王窯區(qū)目前已進(jìn)入高含水開發(fā)階段，主力油田挖潛效果變差，穩(wěn)產(chǎn)難度加大，采油成本上升；同時，已建設(shè)施不僅老化嚴(yán)重，而且負(fù)荷率逐年下滑，系統(tǒng)效率進(jìn)一步降低，能耗卻逐年上升。為此，該廠組織技術(shù)力量，在油田地面系統(tǒng)優(yōu)化、生產(chǎn)運行方式和數(shù)字化水平三方面進(jìn)行分析、優(yōu)化和簡化。

1 工藝流程簡介①

王窯作業(yè)區(qū)地面集油流程主要采用的是單井進(jìn)站、集中計量、原油外輸三級布站方式。生產(chǎn)井與站點之間的集油管線呈輻射狀布置，平均每座站點管轄5～8個井組(20～40口油井)，平均集油半徑1.5km。站內(nèi)流程：來油進(jìn)入總機關(guān)→緩沖罐進(jìn)行油-氣分離→曲桿泵進(jìn)行原油外輸→茶爐對原油進(jìn)行加熱，工藝流程如圖1所示。

圖1 集輸工藝流程示意圖

2 地面優(yōu)化簡化關(guān)鍵技術(shù)

長期以來，高含水油田采油井的計量方式?jīng)Q定了地面采油系統(tǒng)的工藝流程和井站布局方式。王窯作業(yè)區(qū)一直采用傳統(tǒng)的雙容積分離器進(jìn)行油井計量，這直接決定了地面集輸系統(tǒng)的三級布站模式，要實現(xiàn)地面工藝的優(yōu)化簡化，關(guān)鍵就是撤銷計量站和配水間，解決油井計量和水井注水監(jiān)控的問題。

2.1 抽油井在線計量

抽油井在線計量主要采用“數(shù)字化功圖法”油井計量技術(shù)，它是依據(jù)抽油機安裝的載荷傳感器和角位移傳感器進(jìn)行實時的功圖采集，實時監(jiān)控深井泵工作狀態(tài)與油井液量變化的關(guān)系，即把有桿抽油機系統(tǒng)視為一個復(fù)雜的振動系統(tǒng)，該系統(tǒng)在一定的邊界條件和初始條件下，對外部激勵產(chǎn)生影響。然后對該油井功圖進(jìn)行分析，判斷是否為漏失、供液不足或氣體影響等，確定泵的有效沖程，計算泵的排量，進(jìn)而求出地面折算有效排量。

陜西省延安市王窯作業(yè)區(qū)有針對性地選擇不同井況的油井將功圖計量數(shù)據(jù)與實測結(jié)果進(jìn)行對比(表1)，進(jìn)而持續(xù)地校正參數(shù)，提高功圖計量精度。

表1 功圖計量與實測結(jié)果對比(2012年)

2.2 抽油井遠(yuǎn)程計量監(jiān)控

由于油井本地在線計量系統(tǒng)的功能比較單一，為了方便地進(jìn)行油井生產(chǎn)動態(tài)分析和油井工況的實時監(jiān)控，在該系統(tǒng)平臺上又拓展了新型單井遠(yuǎn)程在線計量系統(tǒng)，并與油田公司現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)平臺對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。遠(yuǎn)程計量軟件通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫錄入該井的動態(tài)數(shù)據(jù)，并結(jié)合本地在線計量系統(tǒng)實現(xiàn)對油井生產(chǎn)參數(shù)(電壓、電流、功率、電量、載荷、沖程、井口壓力和開/停井)的遠(yuǎn)程實時監(jiān)控、查詢、統(tǒng)計、分析及故障報警等功能，構(gòu)成較為完整的油井在線本地與遠(yuǎn)程計量信息系統(tǒng)管理平臺。

2.3 抽油井液面自動檢測

油井液面檢測儀的基本原理是聲納系統(tǒng)的回聲定位法。目標(biāo)發(fā)射器發(fā)出聲波之后，經(jīng)傳播介質(zhì)到達(dá)探測目標(biāo)，然后聲波被目標(biāo)反射回到發(fā)射點，由接收換能器接收，換能器通過聲/電轉(zhuǎn)換處理反饋至采集系統(tǒng)。在以上過程中，聲波信號往返時間可以通過處理計算得到，結(jié)合自動控制技術(shù)，實現(xiàn)聲波的定時發(fā)射、數(shù)據(jù)采集、分析、信號處理及數(shù)據(jù)上傳等，完成在線液面自動檢測。油井液面自動檢測技術(shù)目前在王窯作業(yè)區(qū)應(yīng)急4班試運行，液面檢測結(jié)果如圖2、3所示。

圖2液面自動監(jiān)測界面

圖3 液面監(jiān)測儀測量結(jié)果

2.4 注水井穩(wěn)流配水

為簡化地面注水工藝，撤銷配水間，就必須解決水井穩(wěn)流注水和注水量監(jiān)控的問題。目前，全區(qū)配水間和閥組間均采用高壓穩(wěn)流裝置實現(xiàn)自動控制注水。王窯作業(yè)區(qū)主要使用GLZ高壓流量自控儀與磁電式穩(wěn)流測控裝置。穩(wěn)流自控儀的實際運行表明，該配水器能夠滿足實際注水需求，而數(shù)字化遠(yuǎn)傳技術(shù)的應(yīng)用則解決了注水遠(yuǎn)程控制與實時監(jiān)控問題。穩(wěn)流裝置的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 穩(wěn)流裝置結(jié)構(gòu)簡圖

穩(wěn)流裝置的工作原理：在使用過程中先設(shè)定流量值，控制器通過比較發(fā)出指令，驅(qū)動電機調(diào)節(jié)閥門使瞬時流量值接近或等于設(shè)定值。穩(wěn)流裝置的標(biāo)定結(jié)果見表2。

表2 高壓穩(wěn)流裝置標(biāo)定數(shù)據(jù)(2012年)

(續(xù)表2)

2.5 數(shù)字化橇裝增壓集成裝置

數(shù)字化橇裝增壓集成裝置主要由集成裝置本體、混輸泵、控制系統(tǒng)、閥門管線及橇座等組成，將原油混合物的過濾、加熱、分離、緩沖、增壓及自控等功能高度集成，通過電動閥門的切換實現(xiàn)多種工藝流程，適用于低滲透油田原油混合物的增壓混輸站場。王窯作業(yè)區(qū)共有3種不同型號的數(shù)字化撬裝裝置，共計15臺。

2.6 數(shù)字化智能式抽油機

王窯作業(yè)區(qū)新建的油井均使用了二代數(shù)字化抽油機，目前投產(chǎn)安裝194臺。二代數(shù)字化抽油機應(yīng)用了一體化控制柜技術(shù)，將抽油機控柜和遠(yuǎn)傳計量柜整合，實現(xiàn)了抽油機的自動調(diào)解變頻，自動調(diào)解沖程和沖次，以及數(shù)字化井口采集上傳等功能。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

目前，王窯作業(yè)區(qū)井場、站點的數(shù)字化建設(shè)與地面系統(tǒng)優(yōu)化簡化工程已基本完成。

3.1 集輸系統(tǒng)

2010～2012年期間，共計關(guān)掉王一計及王三計等4座站點，將王一轉(zhuǎn)及王四轉(zhuǎn)等14座站點改造成數(shù)字化撬裝站，并對站內(nèi)地面管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，將32座站點合并為9個基本生產(chǎn)單元，全區(qū)將此前的13個井區(qū)合并為8個應(yīng)急班，由傳統(tǒng)意義上的三級布站轉(zhuǎn)變成目前的二級布站。集輸系統(tǒng)優(yōu)化簡化前、后的對比如圖5所示。

a. 優(yōu)化前 b. 優(yōu)化后圖5 集輸系統(tǒng)管網(wǎng)優(yōu)化前后的對比

3.2 注水系統(tǒng)

王窯作業(yè)區(qū)共有注水站4座，供水站1座，污水回注站1座，轉(zhuǎn)水站1座，配水間29座，閥組94座。注水系統(tǒng)以注水干線為主框架，建設(shè)單干管分支注水工藝管網(wǎng)，通過地面優(yōu)化簡化技術(shù)，94座閥組全部實現(xiàn)無人值守，并對存在安全隱患的注水管網(wǎng)進(jìn)行更新改造。王窯作業(yè)區(qū)注水系統(tǒng)優(yōu)化簡化前后的對比如圖6所示。

a. 優(yōu)化前 b. 優(yōu)化后圖6 王窯作業(yè)區(qū)注水系統(tǒng)管網(wǎng)優(yōu)化前后對比

4 效果分析

地面優(yōu)化簡化技術(shù)在王窯作業(yè)區(qū)應(yīng)用后，取得了良好的效果，既優(yōu)化簡化了地面系統(tǒng)又降低了運行成本，具體表現(xiàn)在三大方面。

4.1 工作效率提升

油井在線遠(yuǎn)傳計量系統(tǒng)的建設(shè)，實現(xiàn)了油井遠(yuǎn)程自動計量，計量站無人值守，簡化了單井集油工藝流程，優(yōu)化了集油管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過高含水井帶動低含水井原油集油，提高了集油效率。

水井?dāng)?shù)字化穩(wěn)流配水系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)了平穩(wěn)注水，配水間無人值守，簡化了水井工藝流程，優(yōu)化了注水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過在主線上分支建設(shè)無人值守閥組間，縮短了注水管線的距離，提高了注水效率。

站點內(nèi)數(shù)字化集成撬裝的應(yīng)用，簡化了流程，減少了由于管線連接多個設(shè)備造成的中間熱能損失，簡化了操作和檢修程序，通過減少站點內(nèi)設(shè)備、管線及輸油泵房等設(shè)施，既符合油田低成本開發(fā)的戰(zhàn)略要求又提高了效率。

4.2 實現(xiàn)油水井動態(tài)監(jiān)測

地面系統(tǒng)優(yōu)化簡化后，油水井實現(xiàn)了在線遠(yuǎn)傳計量和油水井動態(tài)實施監(jiān)測管理，有效提高了油田管理水平。實現(xiàn)了功圖、壓力及溫度等生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時自動采集，提高了基礎(chǔ)自量的準(zhǔn)確率和泵況分析。生產(chǎn)曲線的自動繪制以及工況診斷分析等智能分析系統(tǒng)，幫助技術(shù)人員提高了分析水平和工作效率。油井功圖載荷監(jiān)控數(shù)據(jù)在線傳輸為油井洗井等日常措施的效果跟蹤提供了便利條件。油井在線遠(yuǎn)傳計量系統(tǒng)能夠在油井停抽、回壓變化的第一時間向管理人員發(fā)出提示，各級管理技術(shù)人員根據(jù)報警信息及時制定措施，提高時效。

4.3 優(yōu)化人力資源

地面工藝優(yōu)化簡化后，人力資源得以優(yōu)化。王窯作業(yè)區(qū)建設(shè)數(shù)字化調(diào)控中心一座，將32座站點合并為8個中樞站控，將13個井區(qū)合并為8個應(yīng)急班，以調(diào)控中心為核心，負(fù)責(zé)全區(qū)的生產(chǎn)組織和信息的上傳下達(dá)，并以站控中心為基本生產(chǎn)單元，組織安排應(yīng)急班開展日常工作。數(shù)字化增壓撬的應(yīng)用減少了操作人員的數(shù)量，降低了工作強度和工作風(fēng)險，提高了工作效率。

5 結(jié)束語

通過地面優(yōu)化簡化新技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了王窯作業(yè)區(qū)油井在線功圖計量和水井穩(wěn)流注水的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。通過運用數(shù)字化技術(shù)，改變了以往三級布站的模式。數(shù)字化撬裝的應(yīng)用，使得地面設(shè)備設(shè)施得以簡化，提高了系統(tǒng)效率，消除了安全隱患，自動化水平的提高優(yōu)化了人力資源配置，降低了工人的勞動強度。目前油井的動液面還是由人工測量，動液面監(jiān)測儀目前仍處于試驗階段，測量系統(tǒng)還在不斷地完善升級。王窯作業(yè)區(qū)地面優(yōu)化簡化工藝為新區(qū)域的開發(fā)建設(shè)提供了模板。