有杆泵智能采油技术

有杆抽油系统的供排?­调问题是影响系统效率和油井潜能的根本问题，但以目前通用的技术装备水平，从设计到现场管理的各环节都很难解决。有杆泵智能控制系统针对该问题，整合了信息、自动化、智能化技术，建立了动液面回波的识别模型与计算方法以及配套的计算控制软件，对包括油井动液面、示功图在内的运行参数进行实时监测；对抽汲强度进行实时控制，从而解决抽油系统供排?­调问题。经­现场试验，该技术实现了预期目标，在提高系统效率，延长检泵周期，节约电能等方面都有很好效果，是有杆采油系统优化技术的新发展。 
    我国有10万多口油井,其中有80%的油井采用有杆抽油工艺，有杆抽油系统的供排调问题是影响系统效率和油井潜能的根本问题，但以目前通用的技术装备水平，从设计到现场管理的各环节都很难解决。优化设计包括两类内容：一是新油井的优化设计，即根据地质部门的预产以及油田长期开发的需要，合理的选择*佳的机、杆、泵组合，并确定抽汲参数；二是老油井抽汲参数优选[1]。在设计过程中，油井配产是重要的约束条件，由于抽汲参数是不连续的，很难做到设计排量恰好等于油井配产，矿场应用中一般使设计排量稍大于油井配产。同时新油井配产也是根据油藏各方面条件给出的期望值，与油井实际产量存在一定差距，有时还可能很大。上述两方面因素的存在使抽油系统在设计阶段已经­出现供排不?­调的可能性。
    随着油藏开发的不断进行，油井产能受到地质特征、油藏管理、采油工程、生产维护等多方面影响，从较长的时期看是一个动态的变量。当油层的供液量发生变化时，就需要对老油井抽汲参数优选，否则，当供液不足时，就会出现空抽现象、使能耗增高。当供液充足时，抽汲强度偏低，就会限制油井的产液量。油井的动液面参数直接反映了地层的供液情况及井下供排关系，是进行采油工艺适应性评价和优化的关键数据之一。目前，受自动化水平和人员成本等多方面因素的限制，国内油田的惯例是按月测试示功图和动液面，综和其它技术数据，确定理论运行参数（如：冲次、转速、排量等），由于数据录取、分析、调整的阶段性，使优化调整表现为事后控制，失去*佳时机；由于现有技术装备水平限制，无论冲程还是冲次的调节都不连续，很难达到理论要求；同时受人为因素的影响，在实际工作中常常出现调参不及时、运行参数不合理的现象，既耗费了人力，也不能达到*佳效果。总而言之，目前的技术手段很难实现有杆泵系统的供排?­调。长期以来，该问题受到石油界广泛关注。
    有杆泵智能控制系统就是针对上述问题研制开发的。智能控制技术包括两个实时概念：①实时监测，即采集井下动液面数据和/或示功图的能力；②实时控制，即通过自动执行机构控制抽汲强度的能力。该系统可从时间的微观角度实现供排?­调。

     一、构成及工作原­理
     1、实时监测部分
    可实时监测油井动液面、示功图及其它运行状态参数。其中动液面检测装置由次声波发讯装置、次声波接收装置和数据采集接口组成。次声波发讯装置采用弹簧蓄能气弹装置作为发声源，在设定的时间，用减速机压缩弹簧蓄能，然后瞬间释放，向油井环空发出功率为150KW的次声波信号，反射回波由经­接收装置放大后，经­过数字滤波、快速付立叶变换等一系列的软件处理，转化为有效数字信号，与示功图及其它运行状���参数信号一起经­数据采集接口输入微处理器。

    2、智能控制部分
    由大容量微处理器和数据处理及控制软件组成，其核心技术为建立动液面回波的识别模型与计算方法并编制了实现该计算方法的软件。微处理器接受此声波反射信号后，进行运算处理，确定液面深度，根据预设沉没度发出调参指令。

     3、执行部分
    根据微处理器发布的控制指令对抽油机的运行参数进行实时调速，控制抽汲强度，实现供排?­调。通过预设的多功能接口电路板实现交流变频调速、变极数电动机微分调速（256级）、机械式无级调速及滑差电机调速。

    4、远程通讯部分
    借用GSM/GPRS网络系统，实现了远程对机械抽油井现场运行数据的采集、处理、数字无线传输、视频监视并可进行调参等实时控制管理；其运行成本较低、工作可靠。

     二、现场试验情况
     2004年以来，在渤南油田4口井上进行试验，对测试结果的准确性、硬件软件的可靠性、现场适用性、经­济可行性等多方面进行验证。
    首先进行了液面测试准确性标定，采用实时动液面测试装置和井冈山回声仪同时监测同一口井动液面，在1840米时，两种仪器的检测结果相差30米，能够满足生产要求。下图为反射波回放结果，竖线标示的是自动解释的液面回波位置。
    其次对系统稳定性和适应性进行了评价。实施5口井。因为地层渗透率低（10-3010-3μm2 ），产能低下，抽油系统在采取了小泵深抽、长冲程、慢冲次、油管锚定、油杆扶正、地面拖动系统改造等优化措施后，系统效率低、供排不?­调问题没有从根本上消除。

    以上参数是在检泵后不久，泵况较好、没有磨损时的数据。平均动液面1780 m，平均泵挂深度1800m，泵挂深度与动液面深度基本持平，反映了低渗透油田固有规律，依靠降低流动压力，放大生产压差提高产液量的潜力非常有限[2]，平均泵效34.4 %。深井泵供液不足的现象非常普遍。根据现场统计规律，新投深井泵在供液不足条件下一般在6个月左右出现较为严重的漏失，油井产液量下降，动液面回升，泵效及系统效率持续下降到一个低水平点后趋于稳定。
    应用智能采油技术后，对控制程序进行了初始化，并根据有杆泵对*低沉没度要求，设置沉没度100—200米。油井在闭环控制系统的作用下，测试动液面，将实际沉没度(La)与设定沉没度(Lp)对比，当La小于Lp时，降低冲次；反之亦然。试验涉及的5口井，冲次下调1-2冲/min左右，动液面稳定在1700米左右。下图为5-11-1试验前后示功图对比。

    试验前示功图    试验后示功图
    动液面：  1854m   动液面：  1705m
    *大载荷：79.7KN  *大载荷：56.0KN
    *小载荷：30.9KN  *小载荷：35.6KN

     三、效果分析
     通过在4口油井上试验，见到如下效果。
    1、通过智能控制，深井泵沉没度保持在200～300米范围内，在总产量稳定的前提下，实现了供排?­调。
    2、冲次下降，泵充满程度提高，泵效提高了17.3％。冲击载荷下降，平衡度提高，机、杆、泵的运行状态得到改善。
    3、单井日节电43.7KWh,平均系统效率提高了10.8％。
    智能闭环采油控制系统效果分析

     四、结论
     1、有杆泵智能采油技术设计思路正确，关键技术先进，设备性能可靠，有较好的投资效益。
    2、该技术整合了自动、信息、智能等多学科的新成果，是有杆采油系统优化技术的新发展。生产过程中，通过系统在线的不断调整，使有杆泵沉没度始终保持在合理的范围内，*大限度挖掘油层潜力，使供排不?­调的矛盾得到较好解决。
    3、建立的动液面回波的识别模型与计算方法以及配套的计算控制软件经­实践证明方法正确、准确度高。
    4、实验认为，该技术对低渗透油田提高系统效率，延长检泵周期，节约电能都将起到很好作用。