油井故障診斷優(yōu)化技術(shù)與應(yīng)用探討

谷麗娜

摘 要：目前油田抽油機井占油井總數(shù)的比例達(dá)到 90%以上，大部分油井通過人工測量，效率低，人工判斷不準(zhǔn)確，無法及時準(zhǔn)確掌握油井運行狀況，從而對油井生產(chǎn)、日常管理帶來不便，嚴(yán)重制約了油田的發(fā)展。如何降低機械采油成本、提高油井正常生產(chǎn)時率、延長油井免修期等技術(shù)成為油田穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵，油井優(yōu)化診斷技術(shù)應(yīng)運而生，能夠及時發(fā)現(xiàn)油井故障，實現(xiàn)提高油井時率和單井產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：油井；優(yōu)化診斷；生產(chǎn)時率；油井免修期

油田開發(fā)經(jīng)歷了幾十年的歷程，隨著科技進(jìn)步，大量實用技術(shù)在石油的勘探、鉆井、測井、修井、采油、注水生產(chǎn)等領(lǐng)域被推廣應(yīng)用，有力推動了石油工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。在采油生產(chǎn)管理方面，計量、監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制等電子技術(shù)和注水自動控制也得到了一定的應(yīng)用，但目前多處于分散的、各自獨立的測控系統(tǒng)，且應(yīng)用程度進(jìn)展不一，未能充分發(fā)揮分項監(jiān)控技術(shù)的實用價值。油井優(yōu)化診斷技術(shù)將結(jié)合現(xiàn)場自動化采集系統(tǒng)，應(yīng)用數(shù)字功圖綜合診斷技術(shù)，實現(xiàn)油井的實時工況診斷、實時報警等功能，由事后告知向事前預(yù)知轉(zhuǎn)變，由以往單一功圖診斷向綜合故障診斷轉(zhuǎn)變。

1 油井優(yōu)化診斷技術(shù)的研究

常規(guī)的功圖診斷技術(shù)有差分曲線、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷、數(shù)字功圖綜合診斷等方法。前兩種方法依賴于系統(tǒng)本身的固化知識，不具有較強的適應(yīng)性；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)類似于語音識別系統(tǒng)，自身帶有訓(xùn)練、學(xué)習(xí)的過程，具有較強的適應(yīng)性，可有效地提高診斷正確率，但受自身數(shù)學(xué)模型限制，存在應(yīng)用的局限性，診斷正確率普遍偏低。 油井優(yōu)化診斷技術(shù)以對自動化采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析診斷優(yōu)化為核心，所采用的是數(shù)字功圖綜合診斷方法，輔

以 PVT 物性模型、多相管流模型、桿柱分析模型、波動方程求解泵功圖等各種計算分析手段，推算出 30 種不同工況的功圖識別，實現(xiàn)對抽油機油井動態(tài)分析的目的。該方法將功圖數(shù)字化，從數(shù)字中提取信息，判斷特征，結(jié)合油井其它工作參數(shù)對地面功圖、泵功圖、桿柱應(yīng)力、泵效組成、物性剖面等進(jìn)行綜合診斷分析。同時能提供油井實時診斷、實時故障報警、定量分析等功能，由過去的單一功圖診斷向綜合故障診斷方向發(fā)展，提高了油井的生產(chǎn)時率。

2.1 基本原理

PVT 物性模型研究的是，在一定的壓力、溫度下流體的物性特征。應(yīng)用黑油模型計算沿井筒不同壓力、溫度下的PVT 物性剖面，為多相管流計算提供可靠的物性數(shù)據(jù)。 多相管流模型研究的是多相流體在井筒中的流動規(guī)律或分布形態(tài)，其中包括水平流動、垂直流動和傾斜流動。油氣井生產(chǎn)時井筒壓力溫度剖面計算的基礎(chǔ)是油氣水多相管流計算，同時也是抽油機井下故障及示功圖計算單井產(chǎn)量研究的基礎(chǔ)。該項目研究的井筒多相流動規(guī)律相關(guān)式是Beggs-Brill 相關(guān)式。該相關(guān)式是根據(jù)小型試驗設(shè)施上所得的數(shù)據(jù)而建立起來的，不僅可以用來計算垂直多相管流的壓力降，還可以計算傾斜和水平多相管流的壓力降。 泵功圖模型：在分析斜井抽油桿柱動態(tài)受力與變形的基礎(chǔ)上，建立了描述斜井抽油桿柱動態(tài)行為的波動方程，建立了相應(yīng)的數(shù)值求解方法。斜井診斷與直井診斷測試方法基本相同，首先都需要通過載荷傳感器和位移傳感器在地面測得不同時間光桿載荷和位移的變化關(guān)系，然后通過數(shù)學(xué)模型求得抽油桿柱任意位置處的載荷與位移，乃至泵處的載荷與位移關(guān)系，即泵功圖。 對泵效進(jìn)行分析，就涉及到泵的實際容積和理論排量。泵的實際容積是一個定值，在生產(chǎn)過程中被以下五部分所占據(jù)：實際產(chǎn)液量、進(jìn)泵氣體量、泵的漏失量、沖程損失和泵內(nèi)液體的體積變化影響。 為了確定合適的工作系統(tǒng)，需對一定條件下的抽油桿柱力學(xué)特性進(jìn)行分析，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)微分方程。與直井相比，斜井井眼軌跡在空間上的變化，會讓抽油桿柱工作環(huán)境變得更惡劣。

2.2 技術(shù)內(nèi)容

（1）接收采集系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)據(jù)及手動錄入靜態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)； （2）建立 PVT 物性、多相管流、桿柱分析模型； （3）波動方程及求解泵功圖； （4）數(shù)字功圖綜合診斷分析；（5）分析預(yù)警、診斷優(yōu)化。

3 油井優(yōu)化診斷技術(shù)應(yīng)用

通過在某油田采油站油井上應(yīng)用此技術(shù)。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集部分全部采用免費無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，油井的油壓、套壓、出井溫度、示功圖和電參量等數(shù)據(jù)傳輸至油井?dāng)?shù)據(jù)采集柜（一口井一套），再由油井?dāng)?shù)據(jù)采集柜無線傳輸至采油站的工控機上。結(jié)合現(xiàn)場自動化采集系統(tǒng)，應(yīng)用油井優(yōu)化診斷技術(shù)，將功圖數(shù)字化，判斷特征，結(jié)合油井其它工作參數(shù)對地面功圖、泵功圖、桿柱應(yīng)力、泵效組成、物性剖面等進(jìn)行綜合診斷分析，得出油井的工況。根據(jù)系統(tǒng)給出的優(yōu)化建議年累計調(diào)整油井沖次、平衡、防沖距等生產(chǎn)參數(shù)139次，使得49井次進(jìn)入抽油機宏觀控制圖的合理區(qū)內(nèi)，使得油井的工作狀況更加合理，平均單井產(chǎn)液量增加2.76t/d。 應(yīng)用油井優(yōu)化診斷技術(shù)后，該區(qū)塊的89口油井平均產(chǎn)液量由24.6t/d提高到27.3t/d，泵效由58.2%提高到61.7%，躺井率由4.2%下降至3.8%，檢泵周期延長了37天。

4 結(jié)論及建議

（1）及時準(zhǔn)確的油井分析診斷功能。將采集的功圖圖形數(shù)字化，從數(shù)字中提取信息，判斷特征，結(jié)合油井其它工作參數(shù)進(jìn)行功圖分析、桿柱應(yīng)力分析、泵效組成分析、物性剖面分析等綜合診斷分析，得出油井的故障類型，并生成油井診斷報告。 （2）實現(xiàn)了油井的優(yōu)化功能。根據(jù)油井故障類型，提供相應(yīng)的優(yōu)化建議，使得油井始終在最佳的狀態(tài)下運行。 （3）有效的提高油井管理水平。提高了油井的生產(chǎn)時率、產(chǎn)液量和泵效，延長了油井的檢泵周期，為油田的穩(wěn)產(chǎn)提供技術(shù)支持。 （4）實現(xiàn)了油井的數(shù)字化管理。形成了油井的監(jiān)測、診斷、計量、參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的平臺，可有效地輔助員工完成油水井的分析管理工作，在提高管理效率、增產(chǎn)、節(jié)能、促進(jìn)安全管理等方面綜合發(fā)揮作用。

參考文獻(xiàn)

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