一種油井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法的建立與實(shí)施

張志堅(jiān)，王 鑫

1.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠 (黑龍江 大慶 163513)2.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司開發(fā)部 (黑龍江 大慶 163453)

一種油井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法的建立與實(shí)施

張志堅(jiān)1，王 鑫2

1.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠 (黑龍江 大慶 163513)
2.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司開發(fā)部 (黑龍江 大慶 163453)

為了進(jìn)一步提高抽油機(jī)井作業(yè)管理水平，實(shí)現(xiàn)油井作業(yè)分析-預(yù)判功能，歸納了油井檢泵作業(yè)的影響因素，提出了單井綜合風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)的確定方法。通過與平均風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)的比對(duì)，劃分了高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)以及合理區(qū)，實(shí)現(xiàn)了油井檢泵作業(yè)的預(yù)見性，為延長檢泵周期措施的對(duì)應(yīng)實(shí)施提供依據(jù)，提高油井作業(yè)管理水平。

油井作業(yè);抽油機(jī);檢泵作業(yè);風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

油田在節(jié)能減排和持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的新形勢(shì)下，降低原油生產(chǎn)成本，已成為工作的重點(diǎn)。油井作業(yè)成本是油田開發(fā)成本的重要組成部分，提高井下作業(yè)管理水平、降低檢泵率、延長檢泵周期是控制井下作業(yè)管理成本的重要手段［1-2］。油田開發(fā)幾十年來，在油井作業(yè)方面積累了很多寶貴經(jīng)驗(yàn)和成功做法，但仍存在一些制約井下作業(yè)管理水平進(jìn)一步提高的問題。

一是事前監(jiān)測(cè)手段單一，發(fā)現(xiàn)問題不及時(shí)。目前，能有效監(jiān)測(cè)井下工況的只有“示功圖”一種資料，液面、電流和產(chǎn)量等資料，由于受管理、設(shè)備等因素影響只能起到輔助診斷作用。由此，可能會(huì)導(dǎo)致診斷失誤和發(fā)現(xiàn)問題滯后。二是事中措施表面化，方案缺乏預(yù)見性。井下作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)一般只對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行處理，措施缺乏預(yù)見性，給井下作業(yè)留下風(fēng)險(xiǎn)隱患。三是事后缺少總結(jié)分析，分析水平需進(jìn)一步提高。隨著井下作業(yè)管理人員的逐年增加，新老交接，技術(shù)管理水平參差不齊，一些人員的理論水平需要提高，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)需要積累，缺少一種智能化的作業(yè)管理平臺(tái)，以提升管理水平。

基于以上考慮，提出了“油井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警”理念，通過對(duì)作業(yè)影響因素的分析和治理，提高作業(yè)管理水平。

1 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法的形成

1.1 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警基本思路

通過對(duì)油井檢泵作業(yè)影響因素的分析，歸納出影響油井檢泵的關(guān)鍵因素，在對(duì)各影響因素進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)上，提出了單井風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)及因數(shù)的確定方法，通過與平均風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)的比對(duì)，劃分了高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)以及合理區(qū)，實(shí)現(xiàn)了油井檢泵作業(yè)預(yù)見性。

該方法從宏觀上對(duì)油井井下生產(chǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行劃分，依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別對(duì)單井進(jìn)行“提前分析，超前優(yōu)化”，對(duì)已檢泵井指導(dǎo)施工設(shè)計(jì)，可有效延長抽油機(jī)井檢泵周期。

抽油機(jī)井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警圖的繪制步驟:①將抽油機(jī)井分為泵、桿、管3個(gè)系統(tǒng)，全面考慮影響每個(gè)系統(tǒng)工作狀況的主要因素;②對(duì)于每個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際狀況，對(duì)各種影響因素中的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并打分;③將各風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)和影響程度相乘得到該系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)因數(shù);④將多個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)按照權(quán)重比例相加得到綜合風(fēng)險(xiǎn)因數(shù);⑤以綜合風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)為縱坐標(biāo)，檢泵周期為橫坐標(biāo)，形成“抽油機(jī)井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警圖”。

1.2 主要影響因素分析

影響抽油機(jī)井檢泵的因素有很多種，通過對(duì)以往檢泵井原因分析及探討，總結(jié)出影響抽油機(jī)井檢泵的幾種原因，其中影響檢泵的主要原因有:泵問題、桿問題、管問題以及管理問題［3］。

1)泵問題。影響泵問題檢泵的主要因素有如下方面:①免修期長短;②含水高低;③泵型與地面參數(shù)匹配;④沉沒度高低;⑤砂垢影響;⑥泵質(zhì)量問題。

2)桿問題。抽油桿柱往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)受井液阻尼作用和摩擦力作用，造成桿柱受力狀態(tài)不同，特別是中和點(diǎn)以下的抽油桿幾乎全部處于受壓狀態(tài)，容易產(chǎn)生彎曲變形。在偏磨的油井中，沖程短，沖次高時(shí)，偏磨的部位相對(duì)較小，但摩擦次數(shù)頻繁，磨損嚴(yán)重。另外，在實(shí)際生產(chǎn)中，沉沒度過低、抽油桿扶正不合理、井口回壓過高、井口盤根壓得過緊、管桿尺寸配合間隙過小、泵間隙過小等因素，都不同程度地加劇桿與管的偏磨。

3)管問題。造成管問題檢泵主要原因有如下幾個(gè)方面：①管的使用壽命過長造成的老化;②地面參數(shù)匹配不合理造成的交變載荷過大致使管疲勞損壞;③由于偏心井口迫使油管橫向應(yīng)力過大從而發(fā)生油管斷裂;④含水過高且沒有扶正措施造成的偏磨［4-6］。

4)管理問題。首先，熱洗等冬季生產(chǎn)管理措施受設(shè)備限制，未能及時(shí)到位，出現(xiàn)蠟卡現(xiàn)象;其次，作業(yè)受條件限制，作業(yè)監(jiān)督未能實(shí)現(xiàn)全過程質(zhì)量監(jiān)控，施工質(zhì)量無法完全受控于甲方，部分關(guān)鍵工序不能完全跟蹤掌握。

1.3 單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)、影響程度的確定

影響抽油機(jī)井每種檢泵問題的因素有很多種，總結(jié)以往檢泵的經(jīng)驗(yàn)，把影響因素細(xì)分為不同的類別，并對(duì)其中的關(guān)鍵因素進(jìn)行影響程度的定性評(píng)價(jià)，通過打分確定影響程度值，見表1。

在表1定性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，對(duì)各影響因素進(jìn)一步細(xì)化，建立與使用時(shí)間長短、指標(biāo)高低等量值有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)量值評(píng)價(jià)體系，確定風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，見表2。

1.4 綜合風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)的確定

確定了抽油機(jī)各檢泵原因的影響因素、風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)和影響程度以后，根據(jù)公式(1)、(2)求出各類檢泵發(fā)生的綜合風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)，因數(shù)越大，風(fēng)險(xiǎn)越高，應(yīng)重點(diǎn)觀察調(diào)整。

單項(xiàng)檢泵原因風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)公式:

式中:F′為單項(xiàng)檢泵原因風(fēng)險(xiǎn)因數(shù);n為影響因素個(gè)數(shù);Fi為第i個(gè)影響因素的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù);Mi為第i個(gè)影響因素的影響程度。

桿問題、管問題風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)取表1中各分項(xiàng)按照式(1)計(jì)算結(jié)果的算術(shù)平均值。

單井綜合風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)公式:

式中:F綜合為單井綜合風(fēng)險(xiǎn)因數(shù);Fj′為第j個(gè)單項(xiàng)檢泵原因風(fēng)險(xiǎn)因數(shù);Mj為第j個(gè)檢泵原因的影響程度，可由該油田各原因檢泵發(fā)生的概率確定。該油田泵問題取0.5，桿問題取0.2，管問題取0.2，管理問題取0.1。

2 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用

以A井為例，該井上次作業(yè)日期為2011年11月20日，本次作業(yè)日期為2013年6月21日，采用閉閥泵生產(chǎn)，其他各項(xiàng)數(shù)據(jù)見表3。

表1 影響檢泵發(fā)生的關(guān)鍵因素影響程度表

表2 影響檢泵發(fā)生的關(guān)鍵因素風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)表

將表3中數(shù)據(jù)代入表1及表2，即可得到風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)和影響程度，采用式(1)進(jìn)行各項(xiàng)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表4

將表4中分項(xiàng)因數(shù)的計(jì)算結(jié)果代入式(2)，即可得到單井的綜合風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)。A井不考慮管理問題的單井綜合風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)=0.5×0.43+0.2×(0.5+0.55)/2+0.2× (0.64+0.6)/2=0.444。

利用以上方法計(jì)算出某油田抽油機(jī)井平均綜合風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)為0.4，平均檢泵周期1 098天(約3年)。以檢泵周期為橫坐標(biāo)，綜合風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)為縱坐標(biāo)，劃分風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，繪制A井風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警圖(圖1)。

表3 A井檢泵前正常生產(chǎn)數(shù)據(jù)表

表4 A井風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)計(jì)算表

圖1 A井風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警圖

風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域定義及劃分原則:由以上分析可知，風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)越高，發(fā)生檢泵作業(yè)的幾率越大，檢泵周期越短，年檢泵次數(shù)越多，費(fèi)用越高。以風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)作為主要參考對(duì)象，檢泵周期為次要參考對(duì)象，將風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)高且檢泵周期短的區(qū)域確定為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū);將風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)高且檢泵周期長的區(qū)域確定為中風(fēng)險(xiǎn)區(qū);將風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)低且檢泵周期短的區(qū)域確定為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū);將風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)低且檢泵周期長的區(qū)域確定為合理區(qū)。

高風(fēng)險(xiǎn)區(qū):綜合風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)高、檢泵周期短;中風(fēng)險(xiǎn)區(qū):綜合風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)高、檢泵周期長。

低風(fēng)險(xiǎn)區(qū):綜合風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)低、檢泵周期短;合理區(qū):綜合風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)低、檢泵周期長。

采用類似方法，繪制了全油田的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警圖，如圖2所示。

圖2 全油田風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警圖

為了驗(yàn)證風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)中確定的各單項(xiàng)及綜合風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)、因數(shù)和影響程度合理性，對(duì)某油田2013年檢泵的536井次抽油機(jī)井進(jìn)行了驗(yàn)證，以單井檢泵之前的正常生產(chǎn)數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，反映在抽油機(jī)井作業(yè)綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警控制圖中，有402井次落在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)中，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警圖符合率達(dá)到75.0% (圖3)。

圖3 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)準(zhǔn)確性驗(yàn)證情況

3 結(jié)束語

通過在油井作業(yè)管理上引入“風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警”方法，繪制了抽油機(jī)井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警圖，為抽油機(jī)井作業(yè)管理帶來了幫助，方便了抽油機(jī)井的日常管理工作。但是在深入剖析該風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警圖時(shí)，認(rèn)識(shí)到該預(yù)警圖仍然存在2個(gè)問題:

1)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警圖4個(gè)區(qū)域的劃分不夠細(xì)致。需要在現(xiàn)有抽油機(jī)井風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警圖4個(gè)區(qū)域的基礎(chǔ)上，繼續(xù)區(qū)域細(xì)分，使落實(shí)在每個(gè)區(qū)域的井都可以準(zhǔn)確反映出相應(yīng)問題，確保區(qū)域劃分詳細(xì)準(zhǔn)確。

2)抽油機(jī)井作業(yè)數(shù)據(jù)的維護(hù)工作仍需加強(qiáng)，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)沒有網(wǎng)絡(luò)化。需要在現(xiàn)有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)抽油機(jī)井作業(yè)數(shù)據(jù)的維護(hù)工作，同時(shí)研發(fā)抽油機(jī)井作業(yè)綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)，在各小隊(duì)中應(yīng)用，方便其對(duì)抽油機(jī)井作業(yè)綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警控制圖的調(diào)用，提高抽油機(jī)井管理水平。

［1］憲侃，葉利平，谷芐洪.抽油機(jī)采油技術(shù)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2004.

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In order to further improve themanagement level of pumping well operation，finish the analysis and prediction of pumping well operation，the factors of affecting oil well pump inspection operation are analyzed and summarized，and amethod to determine single-well integrated risk coefficient is proposed.High-risk areas，medium-risk areas，low-risk areas and reasonable areas are divided through comparing single-well integrated risk coefficientwith average risk coefficient，so the risk prediction of oil well pump inspection operations is implemented，which can provide the basis for the formulation and implementation of oilwell pump inspection cycle lengtheningmeasures and the improvement of pumping well operationmanagement level.

oilwell operation;well pumping unit;pump inspection operation;risk warning

梅

2014-12-12

張志堅(jiān)(1983-)，男，工程師，主要從事螺桿泵采油技術(shù)研究工作。