变参数计量方式在油田的应用

薄其贵

中国石油大庆油田有限责任公司第五采油厂 （黑龙江 大庆 163513）

某油田于1981年投入开发，2013年年产量突破200×104t，主要的采油方式有抽油机、螺杆泵、电泵、提捞等，产量计量主要采用分离器法、功图法、翻斗法及估产的方式。随着该油田开发的逐步深入，螺杆泵井数逐年增多，由于螺杆泵采油技术的特殊性不能采用功图法进行计量，而分离器、翻斗法存在着测试时间长、生产防盗差、井口油气分离影响大等问题[1-4]，不方便现场生产实际应用且需要大量的人力及物力的投入，因此，目前540口螺杆泵井中225口估产日产液量，给生产管理和动静态分析带来了极大的不确定性。该油田开展了电参数法计量螺杆泵日产液量研究。通过变参数前后扭矩等参量变化计算日产量，形成了一种便捷的计量方式。

1 变参数计量技术概述

根据不稳定试井的原理，通过可直接测试的电参数（扭矩），反映不同参数下，环空动液面的变化情况（井底流压的变化值），可以直接反映不同生产参数下，油井产量的变化，实现计量诊断[5]。产液量Q0的计算公式如下：

式中：n0为变参数前电机转速，r/min；P1为变参数瞬间电机功率，kW；P2为变参数t时间后电机功率，kW；S环为油套环空截面面积，m2；fx为续流量修正函数系数，无量纲；a为油套环空液体平均密度，g/cm3；t为变参数时间间隔，min；q为螺杆泵转排量，mL/r；n2为变参数后电机转速，r/min；fb为泵效修正函数系数，无量纲；η1η2为变参前后驱动装置的传动效率，%。

2 现场应用具体做法

依据上述原理设计了螺杆泵井变参数计量装置，该装置主要由单片机、有功变送器、环空压力变送器、油压压力变送器、附件及其他配件组成。将压力、电压、电流、有功功率信号转化为电信号，由单片机对AD转换的数字信号进行处理，测试数据及计量诊断结果存储于SD卡中，如图1、图2所示。

图1 计量装置设计原理图

装置运行时，螺杆泵井的工况改变前转速n0，测量电参有功功率值；变频调参工况改变后转速n2,采油井持续该工况状态下运行一段时间，再恢复到工况改变前状态运行,测量电参有功功率值。有功功率前、后测量值的变化量与环空液面前、后的变化量建立模型，结合测量的时间t,即可转换成螺杆泵井单井日产液量。

图2 计量装置外观图

该计量仪经过设计与理论计算，室内模拟工况的实验，达到如下技术指标。

1）参数指标：有功功率 0～37kW；电流 0～100A；电压 0～500V；压力 0～5MPa；硬盘容量 2G；工作温度范围-30～40℃。

2）功能指标：GPRS（可选）传输的数据包括电压、电流、有功功率、产量、液面等，每间隔120min左右传输一次，GPRS（可选）调参时暂不传输数据;液面误差≤15%；单井日产量0～100t/d；使用寿命≥2年。

3）数据回放：取回数据可在上位机上回放，查看油井运行情况曲线连续或间断形成，同时显示采油井计量诊断分析情况；数据计量诊断情况网上共享，结合数据库网络化管理软件，历史数据上位机回放网络化管理。

3 现场应用效果分析

该产液量计量仪在完成室内测试实验后，进行了现场应用试验，现场验证测试10口井，1口井由于泵况影响误差较大，不符合实际情况，其他9口井符合实际情况，总测试符合率为90%（表1）。螺杆泵井产液量计量仪操作简单、投入费用低、可以不需要考虑防盗问题，与液面恢复测试法对比，测试时间短，对生产影响小。

表1 电参数法测试井号表

4 结论

1）变参数计量法其实就是通过监测扭矩变化，结合不稳定试井理论，对产量准确计量的方法。从某种程度上说它是动态计量，通过一段时间的连续计量采用PC电子设备高精高敏的特性采集数据，求取平均值的一种方法。

2）变参数计量法的应用，有效地解决了螺杆泵单井产量计量的难题，有效地规避了测试时间长、生产防盗差、井口油气分离影响。

[1]张建伟.井下采油单螺杆泵的现状及发展 [J].石油机械，2000，22（8）：34-35.

[2]刘合，闰建文，薛凤云，等.大庆油田特高含水期采油工程研究现状及发展方向 [J].大庆石油地质与开发，2004，23（6）：65-67.

[3]师国臣，张佳民，魏纪德，等.大庆油田高效举升与节能技术的新发展[J].大庆石油地质与开发，2009，28（5）：246-252.

[4]张连山.国外螺杆泵采油系统的现状与发展[J].国外石油机械，1997，13（10）：8-10.

[5]段礼祥，师国臣，何易.螺杆泵驱动装置磨损状态监测系统[J].润滑与密封，2007，26（5）：61-63.