抽油機井生產過程中嵌入式仿真系統的研制與應用

2015-01-25 10:29:42郝利華大慶油田有限責任公司第一采油廠

石油石化節能 2015年9期

郝利華（大慶油田有限責任公司第一采油廠）

開展企業節能降耗，提升用能設備系統能源利用效率，實施油田低成本發展戰略是目前各油田開發的一項重要的研究課題[1]。國內外都非常注重抽油機節能技術研究，有關研究結果表明，抽油機系統電動機拖動裝置功率平衡度與功率因數低、系統效率低已成為抽油機節能的三大制約因素。近幾年來，國內各油田對抽油機功率平衡技術的研究也越來越重視，各類抽油機新型節能技術層出不窮，但圍繞機采系統整體節能，針對不同抽油機井生產過程的嵌入式仿真系統研究比較少。為此，在調查研究的基礎上，研發一套適合采油廠抽油機井生產過程的嵌入式仿真系統開發軟件，利用該軟件實現對現場采集到抽油機的示功圖、各項電參數和液面等進行系統分析，提出抽油機井生產的最優化生產運行方案，從而達到提升油井系統效率和節能降耗的目的。

1 主要研究內容

1）電容補償功能模擬技術。利用抽油機井的電功率圖曲線，進行電容補償功能模擬技術，量化的指導抽油機井的電容補償等技術研發。

2）抽油機井無線示功圖和軟件部分的擴容技術。利用油井生產參數，研發抽油機井無線示功圖和軟件部份的擴容。

3）嵌入式動液面測試技術。開發一套將采油現場測試的動液面數據鑲嵌到現有的儀器中，進行數據的整合嵌入式軟件系統。

4）多功能整合軟件。利用現有軟件開發一套將采油現場測試的功圖、動液面以及電參數等數據轉換到現有的軟件中，進行數據分析與研究的多功能整合軟件。運用系統開發的功能，提高抽油機井整體工作運行效率。

2 系統性能

2.1 功能

1）具有抽油機井多種生產參數綜合分析功能。軟件通過對現場采集到抽油機的示功圖、各項電參數和液面等進行系統綜合分析功能。

2）具有電動機功率分析功能。通過對現場采集到抽油機各項電參數以及采用從下死點算起的連續三次測量的電流曲線圖，可以記錄每一個周期的功率形成功率曲線圖，來計算最大功率、最小功率、平均功率和均方根功率，用最大功率和均方根功率來分析電動機的配備是否合適。

3）指導油井調平衡功能。軟件根據油井實際測量的電參數數值，錄入部分基礎數據，以抽油機最節能和安全為標準，采用功率法進行平衡分析，對功率曲線進行傅立葉分析，計算出油井平衡狀況，求出不平衡功率——功率曲線中的一階分量[2-3]。計算出最佳平衡調整量，使之正好抵消不平衡功率，使均方根功率最小，也就是均方根功率扭矩最小，抽油機最安全，電動機發熱量最小，給出平衡調整建議功能。

4）具有抽油機井無功補償仿真處理功能。能夠實現抽油機井的無功補償仿真處理，直接計算出每口井需要的最佳無功補償量。

5）具有嵌入式動液面測試和計算功能。該系統采用高頻和低頻的增益調節技術，能夠針對不同油井的生產情況，克服井上和井下的各種干擾因素，有針對性地進行動液面測試，能夠獲得清晰油井動液面測試圖。

6）具有單井系統效率計算功能。軟件在單井系統效率分析界面中只需輸入日產液、含水率、油壓、套壓、動液面這些數據，系統會自動計算出產液密度和日產油量。再結合測試得到的輸入功率、光桿功率，點擊“計算”就可直接得到有效功率、地面效率、井下效率和系統效率。

7）具有油井抽油機井生產整體系統優化功能。軟件根據計算出的有效功率、地面效率、井下效率和系統效率等數據，對油井生產狀況作出診斷，給出最優化運行生產參數調整建議。

8）完善的報表自動生成、保存和打印功能。實現平衡分析或單井系統效率計算過的抽油機井數據自動生成、保存和打印報表。可根據需求，生成以任意項目為主的、擁有任意項目數據的標準Excel表格，便于各種應用領域。

2.2 特點

1）系統軟件界面友好，操作簡單，系統實用性強。

2）系統功能齊全。該系統軟件運用了機采井系統效率測試技術以及測試數據分析軟件技術、高速電能測試和電能曲線信息識別技術、油井診斷和動液面監測技術、抽油機平衡分析技術、電動機仿真分析技術、供采協調及生產參數優化技術、井下管柱優化設計技術，為機采井系統效率測試、分析、評價及優化設計提供了技術保證。

3）系統軟件安全可靠。系統具有良好的安全保護功能，經現場應用，未發生系統運行故障，安全可靠。

4）推廣應用價值高。提高機采井系統效率是油井增產節能、延長設備使用壽命、降低生產成本的有效手段，已成為油田機采管理的重要內容，該系統軟件具有良好的推廣應用價值。

3 現場應用

該軟件可以根據需要顯示1個沖程或1min之內多個沖程的電參數，也可以仿照日置3166型電參數測試分析儀方式進行處理，見圖1。

圖1 抽油機井嵌入式仿真系統軟件運行界面

某油田8-26-14井自然錄取的電參數以及采用從下死點算起的連續3次測量的電流曲線圖對比，見圖2。

圖2 8-26-14井電參數測量

根據油井A實際測量的電參數數值，錄入部分基礎數據，計算出油井平衡狀況，給出平衡調整建議，見圖3。

圖3 錄入基礎數據后給出的平衡調整方案

某油田23-2013井模擬平衡調整后預測參數結果見圖4。實現油井數據錄入的簡潔明了、平衡塊分級計算等多項功能。提出的調平衡建議更加真實有效，并通過模擬數據給出不同平衡調整方案油井的預測參數，具有更直觀的指導作用。

某油田8-23-131井實測的電能參數和曲線見圖5，無功補償后的電能參數和曲線見圖6。

通過補償前后的數據對比可以看出：補償36kvar后，功率因數上升；平均電流下降；無功功率下降；有功功率不變，功率平衡度不變。采取功補償不僅可以降低電網有功損耗，節省電費，還可以減少因發熱而引起的設備損耗，節省設備投資。單井可減少無功功率36kvar，電網負載能力相當于增容36kVA，如果補償井較多增容量大，將來需要增加新井，不需要對電網擴容（增加變壓器及線路）。按照1kvar無功功率折算0.1kW有功功率的折算標準，這口井年可節省電費相當可觀。單井無功補償量不大的情況下，建議在變壓器端進行無功補償，提高電網的有功功率。