抽油机井系统效率优化设计软件在油田开发中的应用

范晓晶　（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

抽油机井系统效率优化设计软件在油田开发中的应用

范晓晶（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

在油井生产过程中，为了达到抽油机井节能降耗、提高系统效率的目的，应用了抽油机井系统效率优化设计软件，通过建立抽油机动态仿真模型，产能预测的仿真分析计算，进一步实现抽油机的优化设计。经现场应用100口井验证，平均单井冲速降低2.6 min-1，产液量增加2.5 t/d，最大载荷降低7.32 kN，最小载荷上升2.83 kN，单井消耗功率降低1.90 kW，系统效率提高8.10百分点，节电率28.78%，节能降耗效果显著。

抽油机；系统效率；优化软件

抽油机井系统效率优化设计软件是一个中文版，基于B/S构架的抽油机井系统效率分析和优化设计软件。该软件的数据基于ORACLE的数据结构，根据不同用户职能,实现分级授权。系统具有一般查询、高级查询功能，主要实现了抽油机井参数敏感性分析,在此基础上进行地面、井下效率方面的优化的若干经典方法、经验方法、现代方法[1-2]。

1　抽油机井系统效率优化设计软件结构及功能

软件系统由4个功能模块组成，分别是：数据管理、油井分析、参数优化仿真和系统管理[2]（图1）。

◇数据管理模块：实现手动输入、ORACLE数据库调用和自动化系统采集；

◇油井分析模块：实现油井工况诊断、参数敏感性和系统效率的分析；

◇参数优化仿真模块：实现抽油机斜、直井优化设计；

◇系统管理模块：主要用来实现系统维护，出于系统运行的安全考虑，系统管理只有程序管理员有权对程序进行维护与管理，其他应用人员无法进入。

图1　抽油机井系统效率优化设计软件系统机构框图

1.1数据管理

由于该模块产能预测、优化设计涉及许多运行参数，为方便用户操作，提高速度，将数据管理分成3部分：手动录入、批量上传和ORACLE数据导入。

在批量上传和ORACLE数据导入过程中，数据上传很快，但往往传入数据不全，因此，需要手动录入缺少的数据。手动录入又包括生产数据、井况数据。

1.1.1生产数据

生产数据管理的是测试当天相对应的生产动态数据，主要数据项为：日产液、日产油、日产气、套压、油压、动液面、井口温度、含水率、含砂率等。

1.1.2井况数据

井况数据管理的是现有生产设备，包括抽油泵、抽油机、油管、电动机和抽油杆组合等与相应的工作环境如：泵深、油层中深、冲程、冲速，以及平衡状态的数据。

1.2参数优化仿真

优化设计是本系统功能模块中最重要的一部分，它针对不同的目标函数，对抽油机井的工况参数和设备参数进行优化组合，计算每种组合的系统效率相关参数，从而确定更好的优化方案，主要流程如图2所示。

图2　参数优化仿真流程

1.2.1新建仿真

新建仿真模块主要功能：

◇选择仿真井号：即前面所输入的基本数据的井号；

◇打开历史仿真：打开从前优化的井号数据；◇保存仿真：保存当前所优化的仿真。

1.2.2查看油井数据

查看油井数据模块可以实现对优化设计所需要的各种数据进行浏览、修改和保存。主要数据包括：油井基础数据、油藏数据、井况数据、电动机数据、抽油机数据、抽油杆数据、抽油泵数据和油井生产数据[3]。

1.2.3产能预测

产能预测方法包括 采油指数算法、Vogel算法、Vogel/Darcy算法、油水复合算法、所有算法。5种算法都是通过配置生产数据，利用图形方式间接设置配产数据，产能预测是根据设置好的配置数据进行产能预测，绘制IPR曲线。

1）采油指数算法：适合于自喷井、高渗透砂岩或天然裂缝性灰岩油田。

2）Vogevl算法：适合于油气两相水驱方式，生产实际应用表明,当油井的综合含水小于50%时,应用效果较好。

3）Vogel/Darcy算法：在油田实际中 ,油井绝大多数是在Pr＞Pb＞Pwf条件下生产的。在进行油井产能计算时,其流入特性关系应当采用Vogel/Darcy结合式来表达。在此表达式中,Pr～Pb段采用Darcy公式来描述,Pb～Pwf段则采用Vogel公式描述。

4）油水复合算法：前面所述的油井产能计算式是在油井不含水的情况下建立的。对于不同驱动类型的油藏,油井含水对产能的影响是不相同的。对于溶解气驱油藏,油井产能将随油井含水率的增加而减小；对于活跃水驱油藏,油井产能则是随油井含水率的增加而增大。Patrobras建立了油井含水条件下的流入特性关系。它是在以往有关油井产能计算研究的基础上,对于产油量的计算选用Vogel/ Darcy结合式来计算,对于产水量的计算选用 Darcy公式计算,再根据油井生产的油水比例,得出复合油水流入特性关系。

5）所有算法：所有算法项列出所有算法的结果，并将这些算法结果的IPR曲线用不同的颜色在同一个图形中显示出来。

5种算法是进行产能预测的几种不同方法，用户可根据所要优化井的实际情况进行选择。

1.2.4流入流出

流入流出模块包括“油管流体压力分布规律”、“油管流体温度分布规律”、“环空流体压力分布规律”、“流入流出协调曲线”。

1.2.5动态仿真

动态仿真模块包括动态仿真和悬点参数与曲柄转角变化规律。

动态仿真具有以下功能：

1）抽油机性能对比仿真：程序可以对“常规抽油机”、“异型双驴头抽油机”、“异相曲柄抽油机”、“偏轮抽油机”进行不同运动规律下的系统效率参数的变化趋势计算仿真。

2）电动机性能对比仿真：程序对“Y系列电动机”、“超高转差系列电动机”对系统效率参数变化趋势的仿真计算。

3）系统效率与分效率变化规律:用户可以针对系统效率和分效率与对应变化参数在变化范围内的变化趋势绘制曲线,直观地反映其影响趋势。

4）悬点参数与曲柄转角变化规律:反映抽油机1个冲程内曲柄转角与悬点速度、加速度、曲柄角加速度和扭矩因数的对应变化趋势曲线。

分析以上功能可以精确显示不同参数组合下的运行特性对不同的地面设备的影响趋势,为用户选择地面设备提供一定的参考数据。

1.2.6参数优化

在该模块中可以得到最终的优化结果，实现报表打印。

2　现场应用情况

在保证产液量不降的前提下，降低电动机输入功率，优化设计电动机、冲程、冲速、泵径等参数，在葡北地区随检泵作业实施优化设计100口井，平均单井冲速降低2.6 min-1，产液量增加2.5 t/ d，最大载荷降低7.32 kN，最小载荷上升2.83 kN，单井消耗功率降低1.90 kW，系统效率提高8.10百分点，节电率28.78%。

3　结论

1）软件以产液量不降为前提，合理优化杆柱组合、冲程、冲速、泵径等参数，能够提高机采井系统效率，节电效果明显。

2）参数优化设计中涉及的静、动态数据，如单井油气比、原油黏度等，由于缺少单井资料，只能用区块数据来代表，在一定程度上影响单井的优化结果。

3）该软件以企业网ORACLE库为数据源实现了单井优化设计的网络化。

[1]张琪.采油工程原理与设计[M].东营:中国石油大学出版社，2006，124-135.

[2]张宝安.机械采油井生产系统优化设计[M].东营:中国石油大学出版社，2006，19-29.

[3]杜海江.提高机采系统效率的几点见解[J].油气田地面工程，2004，23（7）:5-6.

（编辑李珊梅）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.06.009

范晓晶，工程师，2003年毕业于齐齐哈尔大学，从事机采管理工作，E-mail：fanxiaojing@petrochaina.com.cn，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司第七采油厂工程技术大队，163517。

2015-12-15