油井工況分析及參數(shù)優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用

段澤英

[摘 要] 油井工況分析及工作參數(shù)優(yōu)化作為采油單位降本增效的一項重要手段，一直被油田生產(chǎn)科研人員廣泛關(guān)注和探索研究。新疆油田科研人員經(jīng)過10多年的技術(shù)研究，總結(jié)分析各類油井工況及參數(shù)優(yōu)化設(shè)計軟件的特點和適應(yīng)范圍，結(jié)合新疆油田生產(chǎn)實際情況，建立一套適合新疆油田稀油井工況分析算法及參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，并研發(fā)一套稀油井工況分析及參數(shù)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)，輔助油田生產(chǎn)管理人員分析、診斷、優(yōu)化油井工藝參數(shù)，在潛力挖潛、提質(zhì)增效、科學管理等方面發(fā)揮重要作用。

[關(guān)鍵詞] 稀油井；多參數(shù)全組合；逆向迭代；參數(shù)優(yōu)化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 01. 076

[中圖分類號] TP315 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2019）01- 0172- 05

1 引 言

新疆油田油井油層的深度深淺不一，非均質(zhì)性嚴重，產(chǎn)量壓力大，限產(chǎn)井與非限產(chǎn)井并存，采油單位每年檢泵工作量非常大，大約占油井總數(shù)的90%以上，因此急需一套適合新疆油田油井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計軟件進行技術(shù)支持。新疆油田油井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計按照“先產(chǎn)量，后效率，同時也要兼顧產(chǎn)量與效率均衡”的原則和目標，開展油井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計算法研究和系統(tǒng)研發(fā)。

2 相關(guān)專業(yè)軟件引進及應(yīng)用效果分析

新疆油田自1999年以來，從石油院校、專業(yè)技術(shù)公司引進不同版本的油井工況分析和參數(shù)優(yōu)化設(shè)計專業(yè)軟件。經(jīng)使用發(fā)現(xiàn)每款軟件計算輸出指標均有局限性，要么以泵效為目標不能完全反映綜合指標；要么以定產(chǎn)設(shè)計為基礎(chǔ)，系統(tǒng)效率為目標，不兼顧產(chǎn)量設(shè)計；要么定產(chǎn)設(shè)計只顯示系統(tǒng)效率部分指標，不顯示產(chǎn)量等其他關(guān)鍵指標。部分軟件還需用戶提供不易獲取的抽油機參數(shù)、油藏地質(zhì)參數(shù)等，給用戶的使用體驗帶來諸多不便。新疆油田針對上述問題，汲取各專業(yè)軟件的優(yōu)點，結(jié)合油田實際生產(chǎn)情況，開展新軟件研發(fā)工作。

3 油井工況分析方法研究

抽油機井工況分析主要包括抽油管柱完好情況、排液情況、以及設(shè)備負載情況等，根據(jù)油田生產(chǎn)科研人員對油井多年來管理經(jīng)驗，通過反復計算“泵效偏差值、沉沒率偏差值、泵深實現(xiàn)率、抽油機負載率”可以實現(xiàn)油井工況診斷分析，實現(xiàn)油井的潛力挖潛。

通過驗證分析，泵效偏差值和沉沒率偏差值可以反映井下管柱工況的好壞，泵深實現(xiàn)率可以反映抽油井排液強度，抽油機負載率可以反映設(shè)備負載。

泵效偏差值計算方法：

泵效偏差值=實際泵效-泵效水平值 ①

沉沒率偏差值計算方法：

沉沒率偏差值=實際沉沒率-合理沉沒率 ②

泵深實現(xiàn)率計算方法：

泵深實現(xiàn)率=實際泵深/安全下泵深度 ③

抽油機負載率計算方法：

抽油機負載率=驢頭最大載荷/抽油機額定載荷④

計算上述四個結(jié)果的關(guān)鍵點在于如何推算出泵效水平、理想沉沒率和安全下泵深度三個基準值，就很容易計算出上述結(jié)果。

4 油井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法研究

油井工作參數(shù)優(yōu)化的主要對象是“泵徑、沖程、沖次、下泵深度”，合理設(shè)置這些參數(shù)不但可以使油井產(chǎn)量最大化，而且還可以保證工作效率最合理，從而實現(xiàn)油井的合理開采。經(jīng)過油田生產(chǎn)科研人員多年研究，建立全合租、多指標、逆向迭代計算的設(shè)計思路，簡化優(yōu)化經(jīng)驗公式，實現(xiàn)由過去煩瑣的抽油系統(tǒng)效率計算和擬合計算向“工程師法”設(shè)計計算的轉(zhuǎn)變，更加實用。

設(shè)計思路：

（1）計算每種“泵徑、沖程、沖次、下泵深度”的“產(chǎn)液量、井下效率、抽桿系數(shù)、沉沒壓力、最大最小載荷”等指標。

（2）采用“試算法”解決“泵徑、沖程、沖次、下泵深度”，既是設(shè)計結(jié)果又是過渡參數(shù)的循環(huán)計算問題。

（3）對于表面張力、原油黏度、飽和壓力等“冷門”參數(shù)用可靠經(jīng)驗公式計算。

（4）由于抽油機型號非常繁雜，在缺乏測試數(shù)據(jù)的情況下地面效率很難計算，井下參數(shù)設(shè)計的效率指標改用井下效率。

（5）針對以往軟件所需數(shù)據(jù)獲取難，計算方法復雜的情況，我們與A2生產(chǎn)數(shù)據(jù)緊密結(jié)合，實現(xiàn)自動獲取。

（6）以供排協(xié)調(diào)為目標，計算供液量與排液量，試算流入與產(chǎn)出供排協(xié)調(diào)點，計算效率，生成下泵深度關(guān)系曲線。

5 系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用效果

系統(tǒng)基于油田公司W(wǎng)EB平臺，采用.NET MVC技術(shù)架構(gòu)開發(fā)，客戶端采用Bootstrap JS框架實現(xiàn)頁面布局，服務(wù)端采用JQuery Ajax、TheadPool多線程并發(fā)，曲線發(fā)布采用HighCharts控件，系統(tǒng)目前運行穩(wěn)定可靠、執(zhí)行效率高。

系統(tǒng)所有的操作都在一個界面上完成，實現(xiàn)“一張看板的功能”，如圖1所示。輸入井號，選擇設(shè)計井類型，點擊“確定”按鈕，系統(tǒng)會從A2生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫中自動獲取該井所有的動態(tài)數(shù)據(jù)，如圖2所示。

在設(shè)定完所有參數(shù)組合后，點擊“優(yōu)化計算”，系統(tǒng)只需數(shù)秒即可生成IPR曲線，以及優(yōu)化結(jié)果，并且所有的產(chǎn)量和效率數(shù)據(jù)都可以自動排序，如圖4、圖5所示。

點擊“查看”按鈕，可以查詢該井的下泵深度敏感分析曲線，系統(tǒng)以10的倍數(shù)為間隔，計算每個泵掛供排協(xié)調(diào)點的“五參數(shù)組合”，通過多因素關(guān)聯(lián)分析，生成“產(chǎn)液量、井下效率、抽桿系數(shù)、沉沒壓力、載荷” 的下泵深度關(guān)系曲線，如圖6所示。

2016年完成“抽油井工況分析表”發(fā)布，系統(tǒng)實現(xiàn)了泵效偏差、沉沒率偏差計算結(jié)果的數(shù)字化和量化排序，從而及時發(fā)現(xiàn)潛力井，如圖7所示。

2017年完成“采油井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計”發(fā)布，采油廠采用工況分析表預警抽油井260口，抽油井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計230口，平均單井產(chǎn)液提高2.81噸，油量提高0.48噸，井下效率提高1.8%，如表1所示。

6 結(jié) 語

系統(tǒng)屬于新疆油田公司自主研發(fā)軟件，相比其他專業(yè)軟件考慮因素全面、算法透明，并量化所有指標分析結(jié)果，更具有實用性、可靠性、擴展性，目前在新疆油田稀油采油單位全面推廣應(yīng)用，取得良好的應(yīng)用效果。

主要參考文獻

[1]劉煒，劉宏昭.三種泵功圖特征提取方法及比較[J].煤炭技術(shù)，2010，29（9）：202-204.

[2]朱晶，張恒發(fā).抽油機井參數(shù)整體優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用及效果分析[J].油氣田地面工程，2009，28（6）：37-38.

[3]吉效科，李寧會，劉成延，等.長慶油田抽油機參數(shù)優(yōu)化技術(shù)探討[J].長江大學學報自然科學版：理工卷，2010（2）：211-212.

[4]馮立，王群嶷，吳虞.降低采油工程投資的機采優(yōu)化設(shè)計方法[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2011，30（3）：113-117.

[5]趙景茂，王翠霞，李相東.提高機采系統(tǒng)效率技術(shù)應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2002（z1）：46-51，103.

[6]趙晶陽.泵效對抽油機井能耗的影響分析[J].化學工程與裝備，2017（12）：84-85.