機采井供采協調精準管理方法探討

肖輝（大慶油田有限責任公司第九采油廠）

1 問題提出

大慶外圍油田供液能力差、產液量低、舉升效率低、供液不足井比例高，隨著老油田開發時間的延長及新油田不斷投產，低產井所占比例逐年增加，低產井高效開采成為了油田發展面臨的難題。采用連續生產勢必會造成供液不足，供采不協調，進而導致舉升效率低[1]。為保證低效井有足夠的供液能力，通常采用間歇采油技術[2-4]。常規間歇采油節能效果顯著，但目前間歇采油受人員、設備、管理方面因素影響，一般以24 h為周期?！按箝g隔”的間歇啟停，存在停機時間長、流壓以及沉沒壓力變化幅度大的問題，一般波動幅度在50～150 m之間，與理論上的合理流壓存在一定誤差。為此，需要探索一種機采井精準管理方法，實現低產井流壓精準管理，確保抽油機井穩定高效運行。

2 機采井精準管理方法

短周期間歇采油技術以單井合理流壓及合理沉沒壓力為管理目標，實現連續穩定的供采協調和高效運行。

2.1 合理流壓區間的確定

根據油氣層滲流理論及低滲透油田滲流特征，推導出低滲透油井流入動態方程，在數學上表明流入動態曲線存在拐點。同時，應用大量油井液面恢復數據繪制的流入動態曲線，也表明曲線存在拐點，此拐點即為合理流壓點。

流入動態曲線的獲得可通過液面恢復法。油井在一個較低流壓狀態時關井，通過連續監測動液面，進而求得IPR曲線，界定合理流壓，保證油井流入產量最大化。

在確定合理流壓點的基礎上，結合產量、液面恢復、流壓等生產實際，以液面波動穩定在10 m以內為臨界條件，對間歇采油周期進行了計算，確定合理流壓區間。在確定單井合理流壓的基礎上，結合產量、液面恢復、流壓等生產實際，按液面波動10 m為臨界條件，建立關井流壓恢復與時間的關系，求解關井時間。

產量與關井液面恢復時間可由下式求得：

式中：qi——液面恢復速度，m3/min；

R套——套管半徑，mm；

R油——油管半徑，mm；

ρ——混合液密度，kg/m3；

Δh——液面恢復高度，m；

Δt——關井時間，min。

測算了3 t/d、2 t/d、1 t/d、0.5 t/d不同產量級別井液面恢復10 m關井時間（表1）。

結果表明采用以30 min為整周期，全天分為48個周期進行間歇采油可以滿足生產需要。

2.2 合理沉沒壓力區間的確定

為了保證在供采平衡的前提下舉升效率最高，就要確保抽油機井在合理沉沒壓力下生產。應用沉沒壓力與泵效關系理論公式[5]，即

式中：η——泵效，%；

g——重力加速度，m/s2；

pc——沉沒壓力，MPa；

Go——溶解油氣比，m3/m3；

a——溶解系數，m3/(m3·MPa)；

fw——含水率，%；

s——沖程，m；

n——沖速，min-1；

L——泵掛深度，m；

E——桿柱的彈性模量，取2.06×1011Pa；

fp、fr、ft——活塞、抽油桿、油管的截面積，cm2。

根據油井生產參數及原油物性，對不同含水級別下沉沒壓力與泵效關系進行分析。給出最高泵效的沉沒壓力控制界限，保證油井高效采出。

圖1 不同含水級別的沉沒壓力與泵效關系

由圖1可知，在同一含水級別下，沉沒壓力越大，泵效越高，但當沉沒壓力達到一定值時，泵效上升趨勢逐漸變緩，達到極值，此時的沉沒壓力即為合理沉沒壓力。

2.3 合理泵掛深度的確定

合理泵掛深度的確定有利于協調統一合理流壓及合理沉沒壓力。泵掛深度可由下式求得：

式中：Lp——合理泵掛深度，m；

H0——油層中深，m；

P——合理流壓、合理沉沒壓力，MPa。

2.4 單井供采協調精準管理的實現方式

為確保單井流壓、沉沒壓力處于合理流壓及合理沉沒壓力下生產，且能夠保持較穩定的值，應用短周期不停機間歇采油技術，以30 min為周期實現“小間隔”不停機間歇采油，實現穩定流壓高泵效生產。

該技術采用高效整周運行與低能耗擺動運行組合方式，以30 min為周期實現間歇采油，停抽時抽油機曲柄做低能耗小角度擺動；擺動時桿柱運動控制在彈性變形范圍內，井下柱塞保持不動；到設定間隔，電動機在動態下柔性啟動，正常抽油[6]。在這種方式下地面設備不停機安全運行，井下抽油泵間歇采油，實現了油井供采協調、高效舉升的目的，同時消除了頻繁啟動對電動機和傳動系統的損害，且杜絕了無人自動啟機時現場的安全隱患。

3 試驗效果分析

新218-82區塊共有油井19口，試驗前14口井實施人工間歇采油，5口井連續生產，平均單井開井時間15.6 h，關井時間8.4 h。通過應用短周期不停機間歇采油技術，依據機采井供采協調精準管理方法，經過不斷優化調整，取得了較好效果。

1）實現供采協調精準管理。由于采用30 min“小間隔”間歇運行，動液面變化幅度小，流壓、沉沒壓力較常規間歇采油變化范圍大幅度減小，能夠保持較穩定的值，使供采更加協調（表2）。19口試驗井在日開井時間減少7.7 h情況下，流壓上升0.6 MPa，平均單井產液量提高0.1 t/d，泵效由試驗前18.7%提高至目前的32.5%，提高了13.8個百分點，實現了低產井流壓精準管理；同時沉沒度穩定，泵充滿程度提高，改善了泵工作狀況，常規間歇采油液面波動幅度53 m，而不停機間歇采油液面波動幅度僅為3～5 m。

表2 區塊不停機間歇采油試驗前后生產情況

2）節能效果顯著。試驗井試驗前平均單井日耗電84.5 kWh，試驗后平均單井日耗電下降至50.9 kWh，系統效率由10.2%上升至14.5%，提高了4.3個百分點，平均單井節電率達39.7%（表3）。

表3 試驗區塊不停機間歇采油能耗測試效果

3）方便現場管理。試驗前人工執行間歇采油，現場管理難度大。應用短周期間歇采油技術后，設備自動連續運行，不需要人工啟停機，在確保安全運行前提下，降低了工人勞動強度。

4 結論

1）以低滲透油田合理流壓和合理沉沒壓力為理論基礎的供采協調精準管理方法，能夠實現機采井產量最大、泵效最高的管理目標。

2）應用30 min為周期的短周期不停機間歇采油，能實現低產井流壓、沉沒壓力保持較穩定的值，并且沉沒度穩定，改善了油井的工作狀況。

3）短周期間歇采油技術節能效果顯著，且方便現場管理，降低了工人勞動強度。