抽油機井系統效率優化設計軟件在油田開發中的應用

范曉晶　（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

抽油機井系統效率優化設計軟件在油田開發中的應用

范曉晶（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

在油井生產過程中，為了達到抽油機井節能降耗、提高系統效率的目的，應用了抽油機井系統效率優化設計軟件，通過建立抽油機動態仿真模型，產能預測的仿真分析計算，進一步實現抽油機的優化設計。經現場應用100口井驗證，平均單井沖速降低2.6 min-1，產液量增加2.5 t/d，最大載荷降低7.32 kN，最小載荷上升2.83 kN，單井消耗功率降低1.90 kW，系統效率提高8.10百分點，節電率28.78%，節能降耗效果顯著。

抽油機；系統效率；優化軟件

抽油機井系統效率優化設計軟件是一個中文版，基于B/S構架的抽油機井系統效率分析和優化設計軟件。該軟件的數據基于ORACLE的數據結構，根據不同用戶職能,實現分級授權。系統具有一般查詢、高級查詢功能，主要實現了抽油機井參數敏感性分析,在此基礎上進行地面、井下效率方面的優化的若干經典方法、經驗方法、現代方法[1-2]。

1　抽油機井系統效率優化設計軟件結構及功能

軟件系統由4個功能模塊組成，分別是：數據管理、油井分析、參數優化仿真和系統管理[2]（圖1）。

◇數據管理模塊：實現手動輸入、ORACLE數據庫調用和自動化系統采集；

◇油井分析模塊：實現油井工況診斷、參數敏感性和系統效率的分析；

◇參數優化仿真模塊：實現抽油機斜、直井優化設計；

◇系統管理模塊：主要用來實現系統維護，出于系統運行的安全考慮，系統管理只有程序管理員有權對程序進行維護與管理，其他應用人員無法進入。

圖1　抽油機井系統效率優化設計軟件系統機構框圖

1.1數據管理

由于該模塊產能預測、優化設計涉及許多運行參數，為方便用戶操作，提高速度，將數據管理分成3部分：手動錄入、批量上傳和ORACLE數據導入。

在批量上傳和ORACLE數據導入過程中，數據上傳很快，但往往傳入數據不全，因此，需要手動錄入缺少的數據。手動錄入又包括生產數據、井況數據。

1.1.1生產數據

生產數據管理的是測試當天相對應的生產動態數據，主要數據項為：日產液、日產油、日產氣、套壓、油壓、動液面、井口溫度、含水率、含砂率等。

1.1.2井況數據

井況數據管理的是現有生產設備，包括抽油泵、抽油機、油管、電動機和抽油桿組合等與相應的工作環境如：泵深、油層中深、沖程、沖速，以及平衡狀態的數據。

1.2參數優化仿真

優化設計是本系統功能模塊中最重要的一部分，它針對不同的目標函數，對抽油機井的工況參數和設備參數進行優化組合，計算每種組合的系統效率相關參數，從而確定更好的優化方案，主要流程如圖2所示。

圖2　參數優化仿真流程

1.2.1新建仿真

新建仿真模塊主要功能：

◇選擇仿真井號：即前面所輸入的基本數據的井號；

◇打開歷史仿真：打開從前優化的井號數據；◇保存仿真：保存當前所優化的仿真。

1.2.2查看油井數據

查看油井數據模塊可以實現對優化設計所需要的各種數據進行瀏覽、修改和保存。主要數據包括：油井基礎數據、油藏數據、井況數據、電動機數據、抽油機數據、抽油桿數據、抽油泵數據和油井生產數據[3]。

1.2.3產能預測

產能預測方法包括 采油指數算法、Vogel算法、Vogel/Darcy算法、油水復合算法、所有算法。5種算法都是通過配置生產數據，利用圖形方式間接設置配產數據，產能預測是根據設置好的配置數據進行產能預測，繪制IPR曲線。

1）采油指數算法：適合于自噴井、高滲透砂巖或天然裂縫性灰巖油田。

2）Vogevl算法：適合于油氣兩相水驅方式，生產實際應用表明,當油井的綜合含水小于50%時,應用效果較好。

3）Vogel/Darcy算法：在油田實際中 ,油井絕大多數是在Pr＞Pb＞Pwf條件下生產的。在進行油井產能計算時,其流入特性關系應當采用Vogel/Darcy結合式來表達。在此表達式中,Pr～Pb段采用Darcy公式來描述,Pb～Pwf段則采用Vogel公式描述。

4）油水復合算法：前面所述的油井產能計算式是在油井不含水的情況下建立的。對于不同驅動類型的油藏,油井含水對產能的影響是不相同的。對于溶解氣驅油藏,油井產能將隨油井含水率的增加而減小；對于活躍水驅油藏,油井產能則是隨油井含水率的增加而增大。Patrobras建立了油井含水條件下的流入特性關系。它是在以往有關油井產能計算研究的基礎上,對于產油量的計算選用Vogel/ Darcy結合式來計算,對于產水量的計算選用 Darcy公式計算,再根據油井生產的油水比例,得出復合油水流入特性關系。

5）所有算法：所有算法項列出所有算法的結果，并將這些算法結果的IPR曲線用不同的顏色在同一個圖形中顯示出來。

5種算法是進行產能預測的幾種不同方法，用戶可根據所要優化井的實際情況進行選擇。

1.2.4流入流出

流入流出模塊包括“油管流體壓力分布規律”、“油管流體溫度分布規律”、“環空流體壓力分布規律”、“流入流出協調曲線”。

1.2.5動態仿真

動態仿真模塊包括動態仿真和懸點參數與曲柄轉角變化規律。

動態仿真具有以下功能：

1）抽油機性能對比仿真：程序可以對“常規抽油機”、“異型雙驢頭抽油機”、“異相曲柄抽油機”、“偏輪抽油機”進行不同運動規律下的系統效率參數的變化趨勢計算仿真。

2）電動機性能對比仿真：程序對“Y系列電動機”、“超高轉差系列電動機”對系統效率參數變化趨勢的仿真計算。

3）系統效率與分效率變化規律:用戶可以針對系統效率和分效率與對應變化參數在變化范圍內的變化趨勢繪制曲線,直觀地反映其影響趨勢。

4）懸點參數與曲柄轉角變化規律:反映抽油機1個沖程內曲柄轉角與懸點速度、加速度、曲柄角加速度和扭矩因數的對應變化趨勢曲線。

分析以上功能可以精確顯示不同參數組合下的運行特性對不同的地面設備的影響趨勢,為用戶選擇地面設備提供一定的參考數據。

1.2.6參數優化

在該模塊中可以得到最終的優化結果，實現報表打印。

2　現場應用情況

在保證產液量不降的前提下，降低電動機輸入功率，優化設計電動機、沖程、沖速、泵徑等參數，在葡北地區隨檢泵作業實施優化設計100口井，平均單井沖速降低2.6 min-1，產液量增加2.5 t/ d，最大載荷降低7.32 kN，最小載荷上升2.83 kN，單井消耗功率降低1.90 kW，系統效率提高8.10百分點，節電率28.78%。

3　結論

1）軟件以產液量不降為前提，合理優化桿柱組合、沖程、沖速、泵徑等參數，能夠提高機采井系統效率，節電效果明顯。

2）參數優化設計中涉及的靜、動態數據，如單井油氣比、原油黏度等，由于缺少單井資料，只能用區塊數據來代表，在一定程度上影響單井的優化結果。

3）該軟件以企業網ORACLE庫為數據源實現了單井優化設計的網絡化。

[1]張琪.采油工程原理與設計[M].東營:中國石油大學出版社，2006，124-135.

[2]張寶安.機械采油井生產系統優化設計[M].東營:中國石油大學出版社，2006，19-29.

[3]杜海江.提高機采系統效率的幾點見解[J].油氣田地面工程，2004，23（7）:5-6.

（編輯李珊梅）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.06.009

范曉晶，工程師，2003年畢業于齊齊哈爾大學，從事機采管理工作，E-mail：fanxiaojing@petrochaina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第七采油廠工程技術大隊，163517。

2015-12-15