油井采油實時監測及計量

高玉森，初波，陳勝利，楊廣軍，王樹學，周景林

1.大安市木林森石油設備制造研發有限公司（吉林 白城 131300）

2.丹東源興科技有限公司（遼寧 丹東118002）

3.戈壁能源公司（吉林 白城 131300）

4.中國石油 吉林油田分公司（吉林 松原138000）

最理想的采油作業是電子裝置實時監測，達到油井有多少油就抽多少油的目的[1]。目前，由于缺乏有效監測，抽油機配置及工作流程不合理，達不到理想值，影響了產液量。30%以上的供液不足油井在50%～80%的運行時間內處于空抽狀態，浪費了能源，增加了設備磨耗。我國很多油田單井產液量低，日產液低于2 m3油井占總井數34%[2]，低產油井普遍存在供采不平衡[3-6]，更需要實時監測采油狀況，實現油井有多少油就抽多少油。井下地質情況是不斷變化的，產液量也是在不斷變化的，產生間抽也是不可避免的，大部分油田為保證原油產量，對低產油井的開采還是采用連續生產的方式[7]。隨著油田開發進入中后期，地層能量逐漸下降，極易出現油井開采速度大于地層供液能力的情況，此時，過快地抽汲速度并沒有帶來產量的提高，卻浪費了大量能量，系統效率降低[8]。

1 技術要求

1）在井場部署數據采集監測系統，對現場的油井進行數據采集、處理和控制。采集數據中含有產液量數據，達到計量效果。

2）在油田技術管理部門部署中心監測控制系統，滿足對油井監測、分析診斷、預測預警等需求。

3）在油井供液不足、氣體影響或井下工藝問題導致空抽時監測系統會自動斷電停抽，當井下液面恢復到一定高度再自動復抽[1]，或人工排除故障后復抽。在滿足產量要求的情況下，選擇抽汲參數的最佳組合[9]。

2 監測數據采集

通過數字閥門采集數據。數字閥門結構如圖1所示。

圖1 數字閥門結構

當抽油機上沖程產液時，數字閥門內的閥芯開始發生位移，閥芯尾部的永磁鐵同步產生位移，由于永磁鐵的位移，使霍爾元件產生跟位移量大小同步變化的電子信號，信號經放大、濾波后輸出。抽油機開啟，數字閥門實時反映出抽油機的工作狀況，達到實時監控的目的。

3 試驗井柱狀圖及診斷處理

數據閥門采集的數據經處理傳輸后，可以在油田技術管理部門的中心監測控制子系統的顯示器上以柱狀圖（圖2）形式顯示。柱狀圖X 軸為時間軸，Y軸數據分為兩種形式顯示。

1）單位時間（15 min）內數字閥門開啟時間累加。只監控油井出液情況，不進行計量。

2）數字閥門每5 ms 檢測一次閥芯位置，在1 min內每次閥芯移動距離與可移動全程百分比的平均值，在單位時間（15 min）內的算術和。在柱狀圖中用“%·min”表示。這一數據可以反映出單井單位時間產液量。

1 min 內每次閥芯移動距離與可移動全程百分比的平均值為

式中：L為閥芯可移動全程距離，L1到LN為每次閥芯移動距離。

通過每口井柱狀圖的特征，實時調整控制，使油井始終保持最佳狀態[10]。

3.1 連續生產井的調整

3.1.1 數據波動大的油井

A油井調整前24 h連續開機生產。圖2是調整前柱狀圖。

圖2 數據波動大的油井調整前柱狀圖

通過圖2 可以看出該井有間歇出液現象，每天有5 個時間段幾乎不出液，說明該井運行參數不合理。為此沖數由3 次/min 調整到2.4 次/min，調整后柱狀圖見圖3。

圖3 數據波動大的油井調整后柱狀圖

調整后產液平穩，沒有降低產液量，日耗電由107 kW·h 下降到86 kW·h。在保證產液的情況下日節電21 kW·h。

3.1.2 產液較低的油井

B 油井產液量較低，已經采用變頻器電源。該井的原始監測數據：變頻頻率為31 Hz，產液量為0.92～0.94 t/d。

根據原始柱狀圖進行調整，由于該井加裝了變頻器，調整比較方便，調整后數據：變頻頻率為34 Hz，產液量為0.94～0.96 t/d。產液量增加2.15%。圖4是產液較低油井調整后柱狀圖。

圖4 產液較低油井調整后柱狀圖

3.2 間抽井的調整

當地層供液能力很差，連續抽油會使泵效很低，不僅浪費動力資源而且損壞抽油設備。為了避免能源和設備的損耗而采用間抽方法進行采油。間抽井選擇油井工作制度是確定油井合理的開井、關井時間[11]，使油井供油能力與泵的工作能力相適應[12]。

3.2.1 出液時間嚴重滯后的油井

從圖5可以看出C油井早8:00開井，直到9:15—9:30時間段才開始產液，出液時間嚴重滯后，說明該井抽油管內油柱已經漏失，可能出現油管斷裂[13]或抽油泵漏失，可以根據漏失量大小確定是否作業。

3.2.2 停抽前不出液油井

圖6是停抽前不出液油井調整前柱狀圖。D油井原始間抽作業時間定為8:00—22:00，生產時間14 h。到16:00 時基本不產液，但還在開井，說明停井時間嚴重滯后。對該井進行間抽制度優化，通過幾次調整，在不影響日產液0.76 t的情況下，不出液的第一時間停井。生產時間減少6 h，日產液、產油量無變化，平均日耗電減少30 kW·h。

圖5 出液時間嚴重滯后油井調整前柱狀圖

圖6 停抽前不出液油井調整前柱狀圖

4 單井計量

在柱狀圖上Y 軸數據用“%·min”顯示的時候，其數據和單位時間內油井產液量呈現正相關。用標準計量儀數據和柱狀圖顯示數據進行比對，計算出平均值，將平均值輸入到中心監測控制子系統的程序中，可以直接顯示單井產液量。表1 是不同油井的數據比對和平均值計算結果。

表1 不同油井的數據比對和比值計算結果

圖7 D206-31號油井用于修改參數的人機對話界面

圖7 是修改D206-31號油井參數的人機對話界面，將原始設定系數0.000 50 和表1 計算出的比值1.068相乘，得出積數0.000 534。把0.000 50重新設定為0.000 534，可以直接顯示D206-31 號油井產液量。

5 監測油井的產液含水量變化

水驅開發是油田采油中的重要環節，其所需技術較為復雜，所以出現的技術問題也較多，比如注水無效、注水效率低、測調水平不夠等[14]，在油田注水系統評價方法中，反映出注水能耗高低[15]。單井產液含水量監測能及時發現單井產液含水量變化，對注水系統的注水井評價提供依據，能夠根據監測數據找出注水能耗高的注水井，從而采取相應措施提高注水系統效率。

在油井監測系統中，采集數據的單向閥內裝有加溫裝置和溫度傳感器。隨著抽油機上沖程非加溫區的較低溫液體通過單向閥進入高溫區，高溫區內的溫度傳感器每0.1 s將測得溫度輸送給微電腦，微電腦計算出1 min內溫度差平均值和兩次高溫間隔時間平均值。由于水和油的比熱容分別約為4 200 J/(kg·K)和2 000 J/(kg·K)，所以根據單位時間內兩次高溫間隔時間平均值和溫度變化大小（1 min內溫度差平均值）計算出含水量。

6 結論

1）油井采油實時監測可以及時發現油井故障，及時處理。

2）通過油井采油實時監測，合理制定抽油機工作參數，實現油井有多少油就抽多少油的計劃。

3）系統進行單井計量和監測油井產液含水率變化，適應采油生產需要。