油井功圖量油誤差分析及校正案例探討

馬德文，顧永強(qiáng).

(1.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司勝利采油廠，山東東營 257041; 2.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司孤東采油廠，山東東營 25237)

1 基本概況

坨128單元目前共開油井95口，日產(chǎn)液量580噸，日產(chǎn)油量280噸。坨128單元是一個超低滲透油藏，單元油井液量低，平均單井液量6.1噸，其中液量小于5噸的共42口，占比44.2%；液量5-10噸的共37口，占比38.9%。因此，該單元絕大部分井液量都在10噸以內(nèi)，共占83.2%(圖1)。由于液量低，常規(guī)的分離器量油時間長，量油難度大，難以對單元內(nèi)每一口井適時跟蹤。此外，坨128單元油井間歇出油非常嚴(yán)重，不同時間產(chǎn)液量差別較大(圖2)，而常規(guī)的分離器量油測量的是一個短時間內(nèi)的液量，不同時間段的液量差別較大，因此分離器量油不能獲得油井的準(zhǔn)確產(chǎn)量。

圖1 坨128單元油井產(chǎn)液分布圖Fig.1 The distribution curve of liquid-producing in wells of T128 block

2011年以來，勝利采油廠大力推行功圖量油，它能夠連續(xù)計量油井產(chǎn)液量，特別適合間歇出油井，而且能夠極大的降低現(xiàn)場量油工作量[1]。但是在對坨128單元油井標(biāo)產(chǎn)時發(fā)現(xiàn)，功圖液量比標(biāo)產(chǎn)液量明顯偏高，導(dǎo)致該區(qū)塊的很多油井無法采用功圖量油。針對這個問題，本文對功圖量油的影響因素進(jìn)行了分析，然后利用定壓標(biāo)產(chǎn)進(jìn)行驗證，在此基礎(chǔ)上對功圖液量進(jìn)行了擬合校正，最終實現(xiàn)了功圖量油在坨128單元的推廣應(yīng)用。

圖2 STT128X64井連續(xù)功圖分布圖Fig.2 The continuous dynamometer card in well of STT128X64

2 功圖量油誤差的影響因素

目前勝利采油廠功圖量油采用的是有效沖程法，它是利用功圖下沖程直線段為有效沖程來計算油井產(chǎn)量(圖3)，實際計算時按照以下公式計算功圖產(chǎn)液量：

圖3 功圖液量計算原理圖Fig.3 The principal of measurement using dynamometer card

其中：Q為日產(chǎn)液量，D為泵徑，n為沖次，為柱塞有效沖程，ρo為泵內(nèi)原油密度，fw為含水。泵徑、泵內(nèi)原油密度和含水根據(jù)單井?dāng)?shù)據(jù)錄入系統(tǒng)，沖次由功圖系統(tǒng)現(xiàn)場自動采集，柱塞有效沖程通過功圖系統(tǒng)自動識別計算。

從功圖量油的計產(chǎn)公式看，功圖量油的密度是泵內(nèi)原油密度，而現(xiàn)場無法獲得泵內(nèi)原油密度，現(xiàn)場用的是地面原因密度，由于地下和地面溫度及壓力等參數(shù)的差異，地面原油密度和泵內(nèi)原油密度存在差異。影響比較大的主要是原油脫氣導(dǎo)致的體積的差異[2]。此外，功圖量油沒有考慮活塞間隙漏失量，而抽油泵是存在一定間隙漏失量的，這必然導(dǎo)致功圖量油出現(xiàn)誤差。因此，導(dǎo)致功圖量油存在誤差的影響因素主要有兩個，一是原油脫氣的影響，二是活塞間隙漏失的影響。

2.1 原油脫氣的影響

從功圖產(chǎn)液量的計算公式看，泵內(nèi)原油密度是計算功圖液量的重要參數(shù)之一。由于泵內(nèi)原油密度無法直接獲取，目前在設(shè)定時用的是地面原油的密度。然而泵內(nèi)混合物是由油氣水三相組成，具有可壓縮性。泵內(nèi)的流體壓力大，部分或全部天然氣溶于原油中，當(dāng)混合物被舉升到地面的過程中由于壓力逐漸變小，天然氣會析出，原油的體積也隨著壓力、溫度的變化而變化，因此地面原油的密度通常大于泵掛處原油的密度。

由于氣體的質(zhì)量較小，基本可以忽略脫氣導(dǎo)致的質(zhì)量差。因此，液體密度之比與體積之比成反比，而體積之比就是原油的體積系數(shù)。因此泵內(nèi)原因密度與體積系數(shù)存在以下關(guān)系：

式中ρo——為泵內(nèi)原油密度，

ρ1——為地面原因密度，

B0——為原油的體積系數(shù)。

原油的體積系數(shù)一般采用Standing經(jīng)驗公式進(jìn)行計算[3]：

Bo=0.972+1.121 3×10-2F1.175

式中RS——為氣油比，

ρg——為氣體密度。

從以上公式看，原因的體積系數(shù)是大于1的，且與氣油比成正比，氣油比越大原油的體積系數(shù)越大，泵內(nèi)原油密度就越小于地面原油密度，這就造成功圖液量偏高。

此外，脫氣導(dǎo)致的密度差異對功圖液量影響的大小還與含水有關(guān)，含水越低原油密度對混合液質(zhì)量的影響就越大，坨128單元油井含水普遍較低，平均含水為51.7%，因此原油脫氣對該區(qū)塊油井有明顯影響。

為了定量分析原因脫氣導(dǎo)致的密度差異對功圖液量的影響，本文利用示功圖監(jiān)控系統(tǒng)分別計算了同一口井分別在泵內(nèi)原油密度及地面原油密度條件下的功圖液量。計算時原因體積系數(shù)采用1.2[2]。計算結(jié)果見表1，計算發(fā)現(xiàn)不同密度條件下，功圖液量差別較大，STT128-30不同密度條件下液量差約0.6噸，誤差約22.5%。STT128X81液量差約0.8噸，誤差約16%。因此，在坨128單元由于本身單井液量較低，原油密度差異導(dǎo)致的功圖液量誤差仍然較高。所以，原油脫氣導(dǎo)致的密度差異是導(dǎo)致功圖量油誤差的重要影響因素之一。

表1 相同有效沖程下不同密度功圖液量差距統(tǒng)計

2.2 柱塞間隙漏失的影響

從功圖量油的計算公式看，功圖量油沒有考慮柱塞間隙漏失。然而實際抽油泵是存在著間隙漏失的，即使是新泵也存在一定的漏失量。目前坨128單元油井采用的是44防腐泵，泵間隙為二級間隙。根據(jù)抽油泵制造國標(biāo)提供的柱塞間隙漏失實驗，在壓差10 MPa下，44泵二級間隙，最大漏失量為580 mL/min(表2)[4]。

坨128單元油井由于供液較差，泵深比較深，平均泵深2 205 m，功圖都呈現(xiàn)供液不足，動液面基本都在泵口，這導(dǎo)致活塞兩端的壓差比較大，平均壓差約21.6 MPa，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他單元油井的壓差實驗介質(zhì)選用10號輕柴油，柱塞長度為1.2m

表2 抽油泵柱塞間隙漏失實驗Table 2 Experiment of gap leakage in plunger of oil pump

(圖4)，由于間隙漏失量與壓差成正比，壓差越大間隙漏失量必然越大。在功圖飽滿不出現(xiàn)供液不足的情況下，上沖程存在間隙漏失，下沖程不存在間隙漏失，據(jù)此計算新泵的漏失量約0.9噸/天。由于坨128單元功圖都呈現(xiàn)供液不足，在下沖程活塞在碰到泵內(nèi)液面之前也會存在間隙漏失，因此，實際漏失量會明顯大于0.9噸/天。

圖4 不同單元油井平均活塞壓差對比圖Fig.4 The contrast diagram of differential pressures in plunger of wells with different blocks

在油井生產(chǎn)的過程中也發(fā)現(xiàn)存在活塞間隙漏失的現(xiàn)象。例如STT128-150井固定凡爾漏失(后期作業(yè)發(fā)現(xiàn)固定凡爾斷)，漏失初期液柱載荷無法卸載導(dǎo)致光桿下行時最小載荷很大與正常生產(chǎn)時的最大載荷接近，此后由于間隙漏失導(dǎo)致泵內(nèi)液柱逐漸下降，液柱載荷逐漸下降，功圖反映的最大和最小載荷也逐漸下降，后期泵內(nèi)液體通過間隙漏失基本全部漏失后，載荷不再發(fā)生明顯變化，根據(jù)載荷下降的速度計算間隙漏失量約1.4 t/d(圖5)。

雖然間隙漏失量從數(shù)值上看并不大，放在其他能量較好單元這個漏失量甚至可以忽略。但是，坨128單元油井液量較低，平均單井液量6.1噸，間隙漏失量所占比例相對較大(表3)，其造成的誤差達(dá)到14.8%。而且隨著抽油泵在井時間的逐漸延長，活塞和泵筒的磨損逐漸加劇，間隙漏失量必然還要增大。因此，間隙漏失是導(dǎo)致該區(qū)塊功圖量油誤差的重要因素，在坨128單元應(yīng)用功圖量油時，必須考慮間隙漏失。

圖5 STT128-150井載荷變化圖Fig.5 The changing of load in well STT128-150

表3 不同單元44泵間隙漏失誤差對比表Table 3 The contrast of errors by gap leakage in plunger of oil pump with 44 centimeter indifferent blocks

3 標(biāo)產(chǎn)分析

為了進(jìn)一步驗證以上兩個因素對坨128單元油井功圖量油的影響，本次選擇坨128單元的典型單井進(jìn)行連續(xù)標(biāo)產(chǎn)，獲得油井的準(zhǔn)確產(chǎn)能，然后對比標(biāo)產(chǎn)數(shù)據(jù)和功圖量油數(shù)據(jù)，進(jìn)而驗證實際生產(chǎn)過程中以上兩個因素對功圖液量的影響。而且后期對功圖液量的修正也需要標(biāo)產(chǎn)數(shù)據(jù)。

3.1 標(biāo)產(chǎn)井選擇

為了使標(biāo)產(chǎn)井具有代表性，能夠反映整個坨128單元油井的生產(chǎn)情況，根據(jù)以下原則選擇標(biāo)產(chǎn)井：(1)油井工況正常，不存在了管漏、泵漏及其他工況問題；(2)功圖液量平均分布0-15噸之間，既有高液量井，也有低液量井(15噸以上的井供液穩(wěn)定且誤差較小，基本可以忽略)；(3)標(biāo)產(chǎn)井包含不同氣油比的油井，從而能夠反映氣體對功圖液量的影響；(4)油井功圖傳輸正常穩(wěn)定，能夠進(jìn)行后期的對比分析。根據(jù)以上原則本次選擇了坨128單元26口典型單井進(jìn)行了標(biāo)產(chǎn)(表4、表5)。

3.2 標(biāo)產(chǎn)方法

標(biāo)產(chǎn)時采用定壓連續(xù)標(biāo)產(chǎn)，標(biāo)產(chǎn)回壓設(shè)置為0.5 MPa，基本接近油井正常生產(chǎn)時的回壓。標(biāo)產(chǎn)罐5方，現(xiàn)場采取罐滿后將液量打到流程，然后再繼續(xù)標(biāo)產(chǎn)，計算標(biāo)產(chǎn)時間時扣除回打時間。累計標(biāo)產(chǎn)時間24小時，這樣標(biāo)產(chǎn)液量基本能夠代表該井的真實產(chǎn)液量。功圖液量根據(jù)標(biāo)產(chǎn)時間段內(nèi)所有功圖的液量進(jìn)行平均計算(功圖每小時1個)。

3.3 標(biāo)產(chǎn)結(jié)果

為了統(tǒng)一對比分析不同井功圖液量與標(biāo)產(chǎn)液量的差值，統(tǒng)一設(shè)置了誤差參數(shù)。由于標(biāo)產(chǎn)液量是油井的準(zhǔn)確產(chǎn)量，本次將誤差定義為：

誤差=(功圖液量-標(biāo)產(chǎn)液量)/標(biāo)產(chǎn)液量

為了驗證脫氣的影響，選擇不同氣油比且液量相近的油井3組(表4)，對比分析其誤差與氣油比的關(guān)系。標(biāo)產(chǎn)結(jié)果顯示氣油比越高，含水越低，功圖量油誤差越大，但是并沒有非常嚴(yán)格的正比函數(shù)關(guān)系。這個結(jié)果與本文上述分析的影響因素一致。

其他16口油井氣油比為0，統(tǒng)計對比發(fā)現(xiàn)功圖液量越小誤差越大。分析該誤差與間隙漏失有關(guān)，液量越低，間隙漏失占的比例必然越大，造成的誤差就越大(表5)。

表4 不同汽油比油井標(biāo)產(chǎn)結(jié)果Table 4 The standard production of wells with different gas oil ratio

表5 不同產(chǎn)液量油井標(biāo)產(chǎn)結(jié)果Table 5 The standard production of wells with different liquid-producing

4 功圖液量擬合計算

雖然功圖液量存在一定誤差，但是功圖量油仍然是目前最理想的量油方式。為了推廣功圖量油降低現(xiàn)場量油工作量，需要對功圖液量進(jìn)行校正。標(biāo)產(chǎn)結(jié)果顯示以上兩個因素對功圖液量的影響沒有嚴(yán)格的函數(shù)關(guān)系，這主要是因為影響原油體積系數(shù)的原因多，且不同井井況不一致，原油體積系數(shù)存在差別，無法統(tǒng)一定量修正。活塞間隙漏失量與泵制造初期的間隙漏失量有關(guān)，這個數(shù)值也不固定，且后期在生產(chǎn)過程中，隨著生產(chǎn)時間的延長活塞和泵筒的磨損加劇，間隙漏失量會上升，不同井所處的井況不同而磨損的大小也不同，也無法定量進(jìn)行修正間隙漏失量。因此無法采取合適的參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計算單井的準(zhǔn)確功圖液量。

雖然無法對單井利用公式進(jìn)行準(zhǔn)確的計算單井液量，但是本文對功圖液量與標(biāo)產(chǎn)液量之間的關(guān)系進(jìn)行了擬合計算。通過對比多種擬合方式發(fā)現(xiàn)，線性擬合的擬合率最高(圖6)。因此，可以利用線性擬合的方法來校正功圖液量，其擬合公式為：

y=1.0091x-1.851

式中y——為實際液量；

x——為功圖液量。

圖6 不同擬合方法擬合率對比圖Fig.6 Corrective ratio of different fitting methods

雖然這種校正對應(yīng)到具體某口單井，可能還是存在一定的誤差，但是總體看誤差相對較小，基本能夠反映該單元的準(zhǔn)確產(chǎn)能。

線性擬合公式存在一個問題，當(dāng)功圖液量小于1.83t時計算值是負(fù)值，但是這種井較少坨128單元只有1口，7區(qū)也僅1口，全廠僅13口(圖7)。而且功圖液量2噸以下現(xiàn)場標(biāo)產(chǎn)及憋壓發(fā)現(xiàn)基本不出液(表5)，所以在應(yīng)用時基本可以忽略這種情況。

利用此擬合關(guān)系將坨128單元功圖液量小于15噸的油井的功圖液量進(jìn)行了校正，校正后79口井產(chǎn)液量下降41.8噸，產(chǎn)油量下降約25.2噸。這明顯提高了坨128單元油井的計量準(zhǔn)確度。

表6 坨128單元油井功圖液量校正表Table 6 The correction of liquid production by dynamometer card in the block of T128

圖7 管理7區(qū)及全廠功圖液量分布圖Fig.7 The distribution curve of liquid-producing in wells of the seven Management and Plant

5 結(jié)論及認(rèn)識

(1)原油脫氣及柱塞間隙漏失是導(dǎo)致坨128單元功圖量油液量偏高的主要因素。

(2)標(biāo)產(chǎn)顯示液量越低功圖量油誤差越大，氣油比越大功圖量油誤差越大，反應(yīng)并驗證了柱塞間隙漏失及原油脫氣對功圖量油的影響。

(3)標(biāo)產(chǎn)液量和功圖液量的關(guān)系最符合線性關(guān)系，利用線性關(guān)系對功圖液量進(jìn)行了修正，修正后在坨128單元進(jìn)行了推廣應(yīng)用，明顯提高了該斷塊油井計量精度并且降低了現(xiàn)場量油工作量。