利用大數據創建抽油機井系統效率評價模板

于大華

(中石化勝利油田分公司現河采油廠)

生產指揮系統(簡稱PCS)能夠實時提供海量的油水井監控數據，技術人員利用PCS系統大數據建立了多種參數監控預警模型，對生產管理水平的提升起到了較大推動作用。抽油機井系統效率作為衡量抽油機井能源利用效率的指標，涉及的測試數據較多，在PCS系統建成之前，系統效率的計算評價要通過現場對每口油井測試才能實現，工作量巨大。PCS系統建成后，油井系統效率的相關數據可以直接從PCS系統提取，對油井進行實時的系統效率分析評價成為可能。利用PCS系統大數據，創建系統效率評價模板，可以評價一類油藏、一個單元、一種采油舉升方式的系統效率，對于優化油井工況、降低油井能耗、提升開發單位生產管理水平具有重要的意義。

一、抽油機井系統效率目標值測算

1. 抽油機井系統效率(η)的概念

抽油機井系統效率指抽油機井的有效功率與輸入功率的比值，以百分數表示[1]。

2. 系統效率子系統劃分

以光桿懸繩器為界，將系統效率分為:地面效率(ηs)和井下效率(ηw)兩部分。

地面效率包括：電機效率η1、皮帶減速箱效率η2、四連桿效率η3；井下效率包括：盤根盒效率η4、抽油桿效率η5、油管效率η6、抽油泵效率η7。

系統效率可表示為：

η=ηs×ηw=η1×η2×η3×η4×η5×η6×η7

3. 系統效率最大目標值測算

根據現場測試，η1≤80%、η2≤82%、η3≤95%。

地面效率最大目標值：

ηs-max=80%×82%×95%=62%

根據現場測試，η4≤90%、η5≤90%、η6≤80%、η7≤95%，井下效率最大值：。

ηw-max=90%×90%×80%×95%=62%

系統效率最大目標值：

ηmax=ηs-max×ηw-max=62%×62%=38.4%

鑒于以上測算結果，如果出現一口抽油機井測算出ηw>62%或ηs>62%或η>38.4%，就需要核實該井數據是否準確。

4. 單井耗電最大目標值測算

以現場常用的30 kW角形接法電機測算,運行電流一般不超過40 A，取Imax=40 A，功率因數取cosΦ=0.85，每天最大耗電量：

Wmax=P×T= 1.732×U×I×cosΦ=537 kW·h

如果PCS系統提取的單井日耗電量W>537 kW·h，可以斷定數據是不準確的。

二、系統效率評價模版的設計

1. 設計原則

以抽油機井的系統效率、日耗電量作為圖版的縱、橫坐標，依照有關標準和統計規律進行分區劃線，形成評價模板。

2. 系統效率分區劃線

參照ηmax的測算結果和中國石化集團勝利石油管理局企業標準Q/SH1020 1982-2009《提高低效抽油機井系統效率推薦做法》中高滲油藏抽油機井系統效率的合格范圍在16%～25%[2]。

最高線：前文已論述ηmax= 38.4%，取40%。

優良線：優良線設置為25%。

合格線：合格線設置為16%。

按照上述劃線，可分為四個區域，即資料不準區(η≥40%)、優良區(η≥25%～40%)、合格區(η≥16%～25%)、低效區(η<16%)。

3. 耗電量分區劃線

最高線：前文已論述，Wmax=537 kW·h，取500 kW·h設置為最高線。

高耗線和低耗線：據現場測試統計，將300 kW·h設置為高耗線，將100 kW·h設置為低耗線。

按照耗電量劃線標準可將模板分為四個區域，即資料不準區(W≥500 kW·h)、高耗區(W≥300～500 kW·h)、常(中)耗區(W≥100～300 kW·h)、低耗區(W<100 kW·h)。

4. 評價模版分區設置

有了系統效率和耗電量的劃線標準，就對評價模板進行分區設置。按照日耗電量的劃線標準再細分為低效高耗區、低效常耗區、低效低耗區。低效區是治理的重點,其他區域系統效率較高，不再進行耗能劃分，這樣抽油機井系統效率評價模板分為6個區域(見圖1)。其他油藏類型系統效率評價模版,可參照有關標準以及現場測試統計，自行確定系統效率、耗電量的分區劃線標準，但結構不變。

圖1 抽油機井系統效率評價模板(中高滲)

三、模版的應用

2018年11月，利用系統效率評價模板對現河莊采油管理區的237口抽油機井進行統計分析(見表1)，并建立系統效率評價圖版(見圖2)。

表1 現河莊采油管理區抽油機系統效率分區統計表

從抽油機井系統效率評價圖版上可以清晰的看到不同區域內油井的分布。

1. 資料不準區原因分析與治理

1.1 資料不準的原因

資料不準區包括W≥500 kW·h和η≥40%兩類。造成資料不準原因主要體現在電量、日產液量、動液面采集不準確三種情況。原因為電表計量不準，功圖計產誤差大，動液面錄取日期和效率計算日期不匹配。

1.2 資料不準校核方法

電表校核：通過現場落實，對電表功率輸出參數、電壓和電流相序、功率輸出參數和相序對應、電流互感器參數設置四種錯誤排除后，電量計量即可恢復正常。

圖2 現河莊采油管理區抽油機井系統效率評價圖版

功圖計產校核：可進行罐車標產、分離器量油求取真實液量，并對功圖計產系數進行修正。

動液面校核：可加密動液面測試，使取值日期一致即可。

2. 低效區原因分析與治理

通過分析，造成油井低效的原因為：資料有誤、井下效率低、地面效率低。重點對井下效率低、地面效率低的原因進行分析并提出治理提升的措施。

2.1 井下效率低

從系統效率評價模板的低效常耗區油井PCS系統提取數據分析，有兩個明顯的特點：井下效率、地面效率都很低。

以XHH75-X75井為例，該井動液面深(1 722 m)，沉沒度小(78 m)，油井舉升高度高，但沉沒度小，泵效也低，造成井下系統效率低。此類油井在工況宏觀控制圖上對應著參數偏大區，功圖基本為供液不足(見圖3)。

此類油井下步的治理措施為：一是降低油井沖次改善工況；二是實施油水井井組動態調整調驅，改善供排關系。

圖3 XHH75-X75井地面功圖

2.2 地面效率低

通過低效低耗區6口井PCS系統提取數據分析(見表2)，除地面效率地外，明顯的特點為動液面淺，沉沒度大。

表2 低效低耗區抽油機井生產數據表

表3 抽油機井系統效率治理存在問題及治理措施匯總表

以XHH71-C19井為例，該井從 PCS系統提取泵效86.7%，功圖為正常功圖，液柱載荷小，在工況宏觀控制圖上對應著參數偏大區，具有提液增油、增效的潛力，見圖4。

圖4 XHH71-C19井地面功圖

此類井下步治理措施：一是上調參數；二是改大泵生產。

3. 制定治理措施表

通過以上分析，制定了這部分井治理措施匯總表(見表3)，可以有效指導抽油機井系統效率管理工作。

4. 取得的效果

現河莊采油管理區通過抽油機井系統效率模板應用，經過兩個月的治理，抽油機井系統效率得到了一定提升。

(1)提液單耗由6.4下降至5.76.4 kW·h/t，折合全天節電量9800 kW·h，日節電8330元，全年降低電費支出304萬元。

(2)利用系統效率評價指導調參60口，日增油59.2t，折合全年增加銷售收入445萬元。

四、結論

(1)利用PCS系統的大數據建立系統效率評價模板，可以使管理區的油井快速“對號入座”,進行系統效率分析治理，工作效率大大提高。

(2)實現了既能宏觀評價油田、單元井組的系統效率，又能借助PCS系統數據對單井進行解剖式的分析，拓展了PCS系統的應用范圍。

(3)創新了一種抽油機井效能管理手段，具有一定的通用性和推廣性，可有效促進油田精細管理提速提效。