抽油機井系統(tǒng)效率優(yōu)化設計軟件在油田開發(fā)中的應用

范曉晶?。ù髴c油田有限責任公司第七采油廠）

抽油機井系統(tǒng)效率優(yōu)化設計軟件在油田開發(fā)中的應用

范曉晶（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

在油井生產過程中，為了達到抽油機井節(jié)能降耗、提高系統(tǒng)效率的目的，應用了抽油機井系統(tǒng)效率優(yōu)化設計軟件，通過建立抽油機動態(tài)仿真模型，產能預測的仿真分析計算，進一步實現(xiàn)抽油機的優(yōu)化設計。經現(xiàn)場應用100口井驗證，平均單井沖速降低2.6 min-1，產液量增加2.5 t/d，最大載荷降低7.32 kN，最小載荷上升2.83 kN，單井消耗功率降低1.90 kW，系統(tǒng)效率提高8.10百分點，節(jié)電率28.78%，節(jié)能降耗效果顯著。

抽油機；系統(tǒng)效率；優(yōu)化軟件

抽油機井系統(tǒng)效率優(yōu)化設計軟件是一個中文版，基于B/S構架的抽油機井系統(tǒng)效率分析和優(yōu)化設計軟件。該軟件的數(shù)據(jù)基于ORACLE的數(shù)據(jù)結構，根據(jù)不同用戶職能,實現(xiàn)分級授權。系統(tǒng)具有一般查詢、高級查詢功能，主要實現(xiàn)了抽油機井參數(shù)敏感性分析,在此基礎上進行地面、井下效率方面的優(yōu)化的若干經典方法、經驗方法、現(xiàn)代方法[1-2]。

1　抽油機井系統(tǒng)效率優(yōu)化設計軟件結構及功能

軟件系統(tǒng)由4個功能模塊組成，分別是：數(shù)據(jù)管理、油井分析、參數(shù)優(yōu)化仿真和系統(tǒng)管理[2]（圖1）。

◇數(shù)據(jù)管理模塊：實現(xiàn)手動輸入、ORACLE數(shù)據(jù)庫調用和自動化系統(tǒng)采集；

◇油井分析模塊：實現(xiàn)油井工況診斷、參數(shù)敏感性和系統(tǒng)效率的分析；

◇參數(shù)優(yōu)化仿真模塊：實現(xiàn)抽油機斜、直井優(yōu)化設計；

◇系統(tǒng)管理模塊：主要用來實現(xiàn)系統(tǒng)維護，出于系統(tǒng)運行的安全考慮，系統(tǒng)管理只有程序管理員有權對程序進行維護與管理，其他應用人員無法進入。

圖1　抽油機井系統(tǒng)效率優(yōu)化設計軟件系統(tǒng)機構框圖

1.1數(shù)據(jù)管理

由于該模塊產能預測、優(yōu)化設計涉及許多運行參數(shù)，為方便用戶操作，提高速度，將數(shù)據(jù)管理分成3部分：手動錄入、批量上傳和ORACLE數(shù)據(jù)導入。

在批量上傳和ORACLE數(shù)據(jù)導入過程中，數(shù)據(jù)上傳很快，但往往傳入數(shù)據(jù)不全，因此，需要手動錄入缺少的數(shù)據(jù)。手動錄入又包括生產數(shù)據(jù)、井況數(shù)據(jù)。

1.1.1生產數(shù)據(jù)

生產數(shù)據(jù)管理的是測試當天相對應的生產動態(tài)數(shù)據(jù)，主要數(shù)據(jù)項為：日產液、日產油、日產氣、套壓、油壓、動液面、井口溫度、含水率、含砂率等。

1.1.2井況數(shù)據(jù)

井況數(shù)據(jù)管理的是現(xiàn)有生產設備，包括抽油泵、抽油機、油管、電動機和抽油桿組合等與相應的工作環(huán)境如：泵深、油層中深、沖程、沖速，以及平衡狀態(tài)的數(shù)據(jù)。

1.2參數(shù)優(yōu)化仿真

優(yōu)化設計是本系統(tǒng)功能模塊中最重要的一部分，它針對不同的目標函數(shù)，對抽油機井的工況參數(shù)和設備參數(shù)進行優(yōu)化組合，計算每種組合的系統(tǒng)效率相關參數(shù)，從而確定更好的優(yōu)化方案，主要流程如圖2所示。

圖2　參數(shù)優(yōu)化仿真流程

1.2.1新建仿真

新建仿真模塊主要功能：

◇選擇仿真井號：即前面所輸入的基本數(shù)據(jù)的井號；

◇打開歷史仿真：打開從前優(yōu)化的井號數(shù)據(jù)；◇保存仿真：保存當前所優(yōu)化的仿真。

1.2.2查看油井數(shù)據(jù)

查看油井數(shù)據(jù)模塊可以實現(xiàn)對優(yōu)化設計所需要的各種數(shù)據(jù)進行瀏覽、修改和保存。主要數(shù)據(jù)包括：油井基礎數(shù)據(jù)、油藏數(shù)據(jù)、井況數(shù)據(jù)、電動機數(shù)據(jù)、抽油機數(shù)據(jù)、抽油桿數(shù)據(jù)、抽油泵數(shù)據(jù)和油井生產數(shù)據(jù)[3]。

1.2.3產能預測

產能預測方法包括 采油指數(shù)算法、Vogel算法、Vogel/Darcy算法、油水復合算法、所有算法。5種算法都是通過配置生產數(shù)據(jù)，利用圖形方式間接設置配產數(shù)據(jù)，產能預測是根據(jù)設置好的配置數(shù)據(jù)進行產能預測，繪制IPR曲線。

1）采油指數(shù)算法：適合于自噴井、高滲透砂巖或天然裂縫性灰?guī)r油田。

2）Vogevl算法：適合于油氣兩相水驅方式，生產實際應用表明,當油井的綜合含水小于50%時,應用效果較好。

3）Vogel/Darcy算法：在油田實際中 ,油井絕大多數(shù)是在Pr＞Pb＞Pwf條件下生產的。在進行油井產能計算時,其流入特性關系應當采用Vogel/Darcy結合式來表達。在此表達式中,Pr～Pb段采用Darcy公式來描述,Pb～Pwf段則采用Vogel公式描述。

4）油水復合算法：前面所述的油井產能計算式是在油井不含水的情況下建立的。對于不同驅動類型的油藏,油井含水對產能的影響是不相同的。對于溶解氣驅油藏,油井產能將隨油井含水率的增加而減??；對于活躍水驅油藏,油井產能則是隨油井含水率的增加而增大。Patrobras建立了油井含水條件下的流入特性關系。它是在以往有關油井產能計算研究的基礎上,對于產油量的計算選用Vogel/ Darcy結合式來計算,對于產水量的計算選用 Darcy公式計算,再根據(jù)油井生產的油水比例,得出復合油水流入特性關系。

5）所有算法：所有算法項列出所有算法的結果，并將這些算法結果的IPR曲線用不同的顏色在同一個圖形中顯示出來。

5種算法是進行產能預測的幾種不同方法，用戶可根據(jù)所要優(yōu)化井的實際情況進行選擇。

1.2.4流入流出

流入流出模塊包括“油管流體壓力分布規(guī)律”、“油管流體溫度分布規(guī)律”、“環(huán)空流體壓力分布規(guī)律”、“流入流出協(xié)調曲線”。

1.2.5動態(tài)仿真

動態(tài)仿真模塊包括動態(tài)仿真和懸點參數(shù)與曲柄轉角變化規(guī)律。

動態(tài)仿真具有以下功能：

1）抽油機性能對比仿真：程序可以對“常規(guī)抽油機”、“異型雙驢頭抽油機”、“異相曲柄抽油機”、“偏輪抽油機”進行不同運動規(guī)律下的系統(tǒng)效率參數(shù)的變化趨勢計算仿真。

2）電動機性能對比仿真：程序對“Y系列電動機”、“超高轉差系列電動機”對系統(tǒng)效率參數(shù)變化趨勢的仿真計算。

3）系統(tǒng)效率與分效率變化規(guī)律:用戶可以針對系統(tǒng)效率和分效率與對應變化參數(shù)在變化范圍內的變化趨勢繪制曲線,直觀地反映其影響趨勢。

4）懸點參數(shù)與曲柄轉角變化規(guī)律:反映抽油機1個沖程內曲柄轉角與懸點速度、加速度、曲柄角加速度和扭矩因數(shù)的對應變化趨勢曲線。

分析以上功能可以精確顯示不同參數(shù)組合下的運行特性對不同的地面設備的影響趨勢,為用戶選擇地面設備提供一定的參考數(shù)據(jù)。

1.2.6參數(shù)優(yōu)化

在該模塊中可以得到最終的優(yōu)化結果，實現(xiàn)報表打印。

2　現(xiàn)場應用情況

在保證產液量不降的前提下，降低電動機輸入功率，優(yōu)化設計電動機、沖程、沖速、泵徑等參數(shù)，在葡北地區(qū)隨檢泵作業(yè)實施優(yōu)化設計100口井，平均單井沖速降低2.6 min-1，產液量增加2.5 t/ d，最大載荷降低7.32 kN，最小載荷上升2.83 kN，單井消耗功率降低1.90 kW，系統(tǒng)效率提高8.10百分點，節(jié)電率28.78%。

3　結論

1）軟件以產液量不降為前提，合理優(yōu)化桿柱組合、沖程、沖速、泵徑等參數(shù)，能夠提高機采井系統(tǒng)效率，節(jié)電效果明顯。

2）參數(shù)優(yōu)化設計中涉及的靜、動態(tài)數(shù)據(jù)，如單井油氣比、原油黏度等，由于缺少單井資料，只能用區(qū)塊數(shù)據(jù)來代表，在一定程度上影響單井的優(yōu)化結果。

3）該軟件以企業(yè)網ORACLE庫為數(shù)據(jù)源實現(xiàn)了單井優(yōu)化設計的網絡化。

[1]張琪.采油工程原理與設計[M].東營:中國石油大學出版社，2006，124-135.

[2]張寶安.機械采油井生產系統(tǒng)優(yōu)化設計[M].東營:中國石油大學出版社，2006，19-29.

[3]杜海江.提高機采系統(tǒng)效率的幾點見解[J].油氣田地面工程，2004，23（7）:5-6.

（編輯李珊梅）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.06.009

范曉晶，工程師，2003年畢業(yè)于齊齊哈爾大學，從事機采管理工作，E-mail：fanxiaojing@petrochaina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第七采油廠工程技術大隊，163517。

2015-12-15