油井采油实时监测及计量

高玉森，初波，陈胜利，杨广军，王树学，周景林

1.大安市木林森石油设备制造研发有限公司（吉林 白城 131300）

2.丹东源兴科技有限公司（辽宁 丹东118002）

3.戈壁能源公司（吉林 白城 131300）

4.中国石油 吉林油田分公司（吉林 松原138000）

最理想的采油作业是电子装置实时监测，达到油井有多少油就抽多少油的目的[1]。目前，由于缺乏有效监测，抽油机配置及工作流程不合理，达不到理想值，影响了产液量。30%以上的供液不足油井在50%～80%的运行时间内处于空抽状态，浪费了能源，增加了设备磨耗。我国很多油田单井产液量低，日产液低于2 m3油井占总井数34%[2]，低产油井普遍存在供采不平衡[3-6]，更需要实时监测采油状况，实现油井有多少油就抽多少油。井下地质情况是不断变化的，产液量也是在不断变化的，产生间抽也是不可避免的，大部分油田为保证原油产量，对低产油井的开采还是采用连续生产的方式[7]。随着油田开发进入中后期，地层能量逐渐下降，极易出现油井开采速度大于地层供液能力的情况，此时，过快地抽汲速度并没有带来产量的提高，却浪费了大量能量，系统效率降低[8]。

1 技术要求

1）在井场部署数据采集监测系统，对现场的油井进行数据采集、处理和控制。采集数据中含有产液量数据，达到计量效果。

2）在油田技术管理部门部署中心监测控制系统，满足对油井监测、分析诊断、预测预警等需求。

3）在油井供液不足、气体影响或井下工艺问题导致空抽时监测系统会自动断电停抽，当井下液面恢复到一定高度再自动复抽[1]，或人工排除故障后复抽。在满足产量要求的情况下，选择抽汲参数的最佳组合[9]。

2 监测数据采集

通过数字阀门采集数据。数字阀门结构如图1所示。

图1 数字阀门结构

当抽油机上冲程产液时，数字阀门内的阀芯开始发生位移，阀芯尾部的永磁铁同步产生位移，由于永磁铁的位移，使霍尔元件产生跟位移量大小同步变化的电子信号，信号经放大、滤波后输出。抽油机开启，数字阀门实时反映出抽油机的工作状况，达到实时监控的目的。

3 试验井柱状图及诊断处理

数据阀门采集的数据经处理传输后，可以在油田技术管理部门的中心监测控制子系统的显示器上以柱状图（图2）形式显示。柱状图X 轴为时间轴，Y轴数据分为两种形式显示。

1）单位时间（15 min）内数字阀门开启时间累加。只监控油井出液情况，不进行计量。

2）数字阀门每5 ms 检测一次阀芯位置，在1 min内每次阀芯移动距离与可移动全程百分比的平均值，在单位时间（15 min）内的算术和。在柱状图中用“%·min”表示。这一数据可以反映出单井单位时间产液量。

1 min 内每次阀芯移动距离与可移动全程百分比的平均值为

式中：L为阀芯可移动全程距离，L1到LN为每次阀芯移动距离。

通过每口井柱状图的特征，实时调整控制，使油井始终保持最佳状态[10]。

3.1 连续生产井的调整

3.1.1 数据波动大的油井

A油井调整前24 h连续开机生产。图2是调整前柱状图。

图2 数据波动大的油井调整前柱状图

通过图2 可以看出该井有间歇出液现象，每天有5 个时间段几乎不出液，说明该井运行参数不合理。为此冲数由3 次/min 调整到2.4 次/min，调整后柱状图见图3。

图3 数据波动大的油井调整后柱状图

调整后产液平稳，没有降低产液量，日耗电由107 kW·h 下降到86 kW·h。在保证产液的情况下日节电21 kW·h。

3.1.2 产液较低的油井

B 油井产液量较低，已经采用变频器电源。该井的原始监测数据：变频频率为31 Hz，产液量为0.92～0.94 t/d。

根据原始柱状图进行调整，由于该井加装了变频器，调整比较方便，调整后数据：变频频率为34 Hz，产液量为0.94～0.96 t/d。产液量增加2.15%。图4是产液较低油井调整后柱状图。

图4 产液较低油井调整后柱状图

3.2 间抽井的调整

当地层供液能力很差，连续抽油会使泵效很低，不仅浪费动力资源而且损坏抽油设备。为了避免能源和设备的损耗而采用间抽方法进行采油。间抽井选择油井工作制度是确定油井合理的开井、关井时间[11]，使油井供油能力与泵的工作能力相适应[12]。

3.2.1 出液时间严重滞后的油井

从图5可以看出C油井早8:00开井，直到9:15—9:30时间段才开始产液，出液时间严重滞后，说明该井抽油管内油柱已经漏失，可能出现油管断裂[13]或抽油泵漏失，可以根据漏失量大小确定是否作业。

3.2.2 停抽前不出液油井

图6是停抽前不出液油井调整前柱状图。D油井原始间抽作业时间定为8:00—22:00，生产时间14 h。到16:00 时基本不产液，但还在开井，说明停井时间严重滞后。对该井进行间抽制度优化，通过几次调整，在不影响日产液0.76 t的情况下，不出液的第一时间停井。生产时间减少6 h，日产液、产油量无变化，平均日耗电减少30 kW·h。

图5 出液时间严重滞后油井调整前柱状图

图6 停抽前不出液油井调整前柱状图

4 单井计量

在柱状图上Y 轴数据用“%·min”显示的时候，其数据和单位时间内油井产液量呈现正相关。用标准计量仪数据和柱状图显示数据进行比对，计算出平均值，将平均值输入到中心监测控制子系统的程序中，可以直接显示单井产液量。表1 是不同油井的数据比对和平均值计算结果。

表1 不同油井的数据比对和比值计算结果

图7 D206-31号油井用于修改参数的人机对话界面

图7 是修改D206-31号油井参数的人机对话界面，将原始设定系数0.000 50 和表1 计算出的比值1.068相乘，得出积数0.000 534。把0.000 50重新设定为0.000 534，可以直接显示D206-31 号油井产液量。

5 监测油井的产液含水量变化

水驱开发是油田采油中的重要环节，其所需技术较为复杂，所以出现的技术问题也较多，比如注水无效、注水效率低、测调水平不够等[14]，在油田注水系统评价方法中，反映出注水能耗高低[15]。单井产液含水量监测能及时发现单井产液含水量变化，对注水系统的注水井评价提供依据，能够根据监测数据找出注水能耗高的注水井，从而采取相应措施提高注水系统效率。

在油井监测系统中，采集数据的单向阀内装有加温装置和温度传感器。随着抽油机上冲程非加温区的较低温液体通过单向阀进入高温区，高温区内的温度传感器每0.1 s将测得温度输送给微电脑，微电脑计算出1 min内温度差平均值和两次高温间隔时间平均值。由于水和油的比热容分别约为4 200 J/(kg·K)和2 000 J/(kg·K)，所以根据单位时间内两次高温间隔时间平均值和温度变化大小（1 min内温度差平均值）计算出含水量。

6 结论

1）油井采油实时监测可以及时发现油井故障，及时处理。

2）通过油井采油实时监测，合理制定抽油机工作参数，实现油井有多少油就抽多少油的计划。

3）系统进行单井计量和监测油井产液含水率变化，适应采油生产需要。