示功图技术在长庆油田的应用

李明江，李珍，邱亮，邱奇

(中国石油长庆油田油气工艺研究院 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安 710018)

信息技术

示功图技术在长庆油田的应用

李明江，李珍，邱亮，邱奇

(中国石油长庆油田油气工艺研究院 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安 710018)

为改变传统油井计量、巡检、系统效率测试及动液面测试方式，合理高效开发油井，提高油田生产管理水平，以油井示功图为出发点开展了一系列技术研究，取得了油井液量自动计量、动液面在线监测、含水率实时计算、油井结蜡及智能加药周期判定等系列成果。示功图技术的全面推广应用，在地面流程简化、劳动组织架构优化等方面，为油田数字化管理提供了强有力的技术支撑。

示功图 动液面 低渗透 数据采集 油井计量

长庆油田属于典型的低渗、特低渗油田，大部分油气生产分布在荒山野岭、沟壑、沙漠、戈壁深处，需要投入大量的人力、财力管理，许多偏远井站必须住人守护。油气井间隔距离远，只有徒步或乘车巡井才能了解到生产状态，导致油气水井管理效率低、节奏慢、时率差，无法适应油田大发展的需要。在这样的背景下，数字化管理应运而生，该油田大发展为示功图技术的应用提供了平台，同时示功图技术的全面推广应用也为长庆油田数字化管理提供了强有力的技术支撑。

1 示功图技术在长庆油田的发展

1) 1999年起长庆油田分公司油气工艺研究院开展了“低渗透油田油井计量建模与测试系统”研究和攻关，积极探索出了一种新的井口计量技术——抽油机井功图法油井计量技术。

2) 2001年取得了技术上的突破，计量精度显著提高，并在不同区块进行了100多口井、400多井次的验证试验。

3) 2003年成功开发出集计算机技术、通信技术、数据采集及传感器技术于一体的功图法油井计量系统。

4) 2004年开始在西峰油田全面推广应用，经过现场应用和不断改进完善，已成为长庆油田工艺模式的主体技术之一。

5) 2008年功图法油井计量装置获得国家发明专利和“集团公司自主创新重要产品”认证。

截至2014年8月底，基于示功图技术开发的工况分析与功图计产系统已在该油田12个采油单位共建数据处理点1 074个，管理近34 000口油井，占到了该油田开井数的86%，功图计量及工况诊断技术已经成为长庆油田实现数字化管理的重要一环。

2 示功图工况诊断与计量原理

功图法油井计量技术是依据抽油机井深井泵工作状态与油井产液量变化的关系，把定向井有杆泵抽油系统视为1个复杂的三维振动系统(包含抽油杆、油管和液柱3个振动子系统)，该系统在一定的边界条件和一定的初始条件(如周期条件)下，对外部激励(地面功图)产生响应(泵功图)。因此，首先需建立定向井有杆泵抽油系统的力学、数学模型，该模型能计算出给定系统在不同井口示功图激励下的泵功图响应，然后对此泵功图进行分析，确定泵工况及有效冲程，进而求出地面折算有效排量[1]。功图法油井技量分析流程如图1所示。

图1 功图法油井计量系统分析流程示意

3 示功图技术在长庆油田的应用

通过在每口油井抽油机上安装载荷位移传感器，获取光杆的载荷和位移数据，将采集的光杆示功图数据传输至井场RTU，经过网络链路将数据传输到站点。站点安装了数据接收装置、系统监测软件和功图法油井计量分析软件，接收从各井场采集的光杆示功图数据，借助功图法油井计量技术、测试技术、通信技术和计算机技术开发的工况分析与功图计产系统，可实现生产数据实时采集、产量自动计量、工况远程监测、油井故障诊断、报告自动生成、故障实时预警等功能。

3.1 示功图叠加分析判断结蜡周期

把新检泵或刚采取清蜡措施后测取的油井示功图作为标准示功图，建立标准示功图库，并根据实际生产情况制订结蜡报警界限，每次新采集的油井示功图均与该井标准示功图进行对比，对比值超过报警界限的即认为结蜡，需采取清蜡措施，由此便可得到该井大概的清蜡周期[2]，如图2所示。

图2 统计对比判断结蜡流程示意

由以上思路编制了示功图叠加分析预警油井蜡卡软件，该软件的主要功能： 显示每口井的示功图，预测每口井的清蜡周期和清蜡时间；单井示功图查询，近期单井示功图查询，人工制订报警界限，单井载荷差查询，单井阶段载荷差输出，分油藏查询和预警结果输出等。

3.2 示功图技术计算动液面

油井动液面数据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重要依据。

长久以来，抽油机井环空动液面都是使用回声仪测试的，测试方法是人工定期进行操作，使用的设备比较危险、笨重，而且也很难长时间连续测试。目前所采用的动液面测试仪器由于受油井套管环空内死油环、井下狗腿等因素的影响，造成测试分析结果与实际液面情况不符，另外也有使用其他测量方法(诸如电动气枪、电动氮气瓶)，但因工艺结构复杂，成本较高，使用周期短，推广比较困难，现场缺少一种有效的动液面实时、连续监测方法[3]。长庆油田自2008年实施油田数字化以来，目前已经实现了每10 min采集1张示功图数据。用示功图数据求取动液面在很多文献中都已涉及，因而通过示功图的实时获得也可以实时获得动液面，并且不增加成本。

通过柱塞受力分析，以泵沉没压力为节点，建立了油井动液面数学模型，并以此为依据开发了示功图计算动液面软件，实现了示功图实时计算动液面，取消了员工现场测试，降低了员工劳动强度。

3.3 示功图技术实现油井智能加药

通过实时采集的示功图，对油井悬点最大最小载荷进行跟踪分析，判断载荷变化量，制订相应判定标准，由此实现了油井智能加药[4]。自2012年以来，已累计应用120套，管辖油井600多口,该装置的应用彻底改变了现有低效率的传统井口加药作业方式。

3.4 示功图实时计算含水率

在油田生产中，为了掌握每口油井的产油量，必须测定油井产液中水的含量。传统上油田对油井含水量的确定是通过井口取样、实验室蒸馏、离心、电脱水化验等一系列程序才可获得。该项工作由于油井数量巨大，而测定手段又相对落后，从而需要花费员工大量的时间和精力，极大地增加了员工劳动强度，而且测定的含水量时效性不强，不能非常准确地得知油井产油量[5]。

通过安装在井口的载荷、位移传感器，每10 min获取1张油井示功图，然后建立数学模型计算得到油井泵功图，由泵功图求取泵有效冲程及其面积，由于泵功图的面积相当于把动液面以上液体质量举升本次泵有效冲程高度所做的功，最后通过编程实现实时获取泵功图面积，进而可得到油井含水率。

3.5 示功图技术实现系统效率实时监测

长庆油田自2008年开始进行数字化建设，目前已经实现了生产数据、电参数据、功图数据同步实时数据采集，产液量自动计量，工况实时诊断等功能。

系统效率表达式：

η抽油=η地面×η井下=

(1)

式中：η抽油——抽油机系统效率；η地面——地面效率；η井下——井下效率；P水——有效功率；P入——输入功率；qV——产液量；H液——动液面深度；ρ——产液密度；pt——油压；pc——套压；g——重力加速度。

由式(1)可以看出，只要能够实时获取公式右边各参数，就能实现对系统效率的实时监测。

1) 参数实时采集。电压、电流、有功功率、无功功率等参数，通过安装在井场上的参数采集模块，可以实现与功图同步采集，通过分析，可以实时获得电机输入功率。

2) 产液量实时计算。目前，功图法油井计量已经在长庆油田大面积推广应用，成为该油田数字化核心技术之一，通过载荷位移传感器、井场RTU、无线网桥，就可以把数据实时上传处理，通过功图法油井计量就可实现产量的实时分析计算。

3) 静动态数据实时获取。油套压、动液面、井液密度可从工况分析与功图计产系统数据库中实时获取，基于以上基础，实现了系统效率全天候实时监测分析，解决了人工测试瞬时值代表性不强的问题，为优化工作参数、提高系统效率提供了技术依据。

4 现场应用效果

截至2014年8月，长庆油田功图覆盖率已达86%，合计34 000多口油井，大幅提高了油田管理水平，降低了油井隐形趟井，改变了传统巡井方式，轻点鼠标即可完成过去几天才能完成的工作，降低了员工的劳动强度。

从应用的情况看，效果明显，工况诊断结果的符合率达到85%以上，计量结果的符合率达到90%以上，达到了现场应用的要求，配合其他工艺技术应用，使单井综合人井比由0.94人/井减少到0.55人/井[1]，是计量方式的一次变革，简化了流程、降低了投资、减少了用工总量。

5 结 论

1) 示功图技术的应用，适应了长庆油田发展的需要，是该油田实现50 Mt/a，用工总量控制在7万人以内的有力保障。

2) 示功图技术的应用，实现了油井产液量自动计量、报表自动生成、故障自动预警和系统效率实时监测等功能，变革了传统计量方式和巡井测井方式，降低了成本和员工劳动强度。

3) 示功图技术的进一步研究很有必要，而且潜力巨大，通过采集数据的深度挖掘，可以获取更多有用的信息，为实现油井、井场和整个油田的智能化提供强有力的技术支撑。

[1] 杨瑞，黄伟，辛宏，等.功图法油井计量技术在长庆油田的应用[J].油气田地面工程，2010，29(02)： 55-57.

[2] 赵新智，李永明，余小兵，等.利用示功图叠加分析预警法预防油井蜡卡[J].油气田地面工程，2009，28(07)： 36-37.

[3] 任桂山，李强，闫学峰，等.利用示功图计算动液面方法研究及应用[J].中国石油化工，2012(11)： 47-50.

[4] 田殿龙，杨仓海，樊晨.丛式油井多井井口远程自控加药装置[J].油气田地面工程，2013，32(12)： 155-156.

[5] 张乃禄，薛朝妹，徐竟天，等.原油含水率测量技术及其进展[J].计量技术，2005(11)： 25-28.

[6] 王军平，熊小龙，贾双杰，等.Excel在计量工作中的实际应用[J].化工自动化及仪表，2013，40(01)： 102-104.

[7] 周国良，刘兴德，陈庆.屏蔽泵在线监测与故障判断处理[J].化工自动化及仪表，2013，40(03)： 419-421.

Application of Indicator Diagram Technique in Changqing Oil Field

Li Mingjiang， Li Zhen， Qiu Liang， Qiu Qi

(Oil & Gas Technology Research Institute CNPC & National Engineering Laboratory in Exploration and Development of Ultra-low Permeability Reservoir， Xi’an， 710018， China)

s： To change traditional oil well metering， routing inspecting， system efficiency testing and dynamic liquid level testing mode， develop oil well reasonably and efficiently， improve oil field production management， series of technical researches are carried out with indicator diagram technique as the starting point. Series of achievements were obtained， including automatic measurement of well fluid volume， online dynamic liquid level monitoring， real-time moisture computing， wax precipitation and intelligent material dosing cycle time determination. Overall popularization and application of indicator diagram technique has provided strong technical support for oilfield digital management on simplifying ground procedure and optimizing labor organization structure.

indicator diagram； dynamic interface； low permeability； data acquisition；oil well metering

李明江(1980—)，男，山东鄄城人，2007年毕业于中国石油大学(北京)油气田开发工程专业，获工学硕士学位，现就职于中国石油长庆油田油气工艺研究院，从事采油工艺方面的研究工作，任采油工程师。

TP274

B

1007-7324(2015)01-0043-03

稿件收到日期： 2014-10-23。