基于动液面控制的抽油机智能排采技术现状

邹祥城，黄继庆，李庆国

（1.渤海石油装备公司研究院，天津 200280；2.大港油田公司物资装备处，天津 200280）

0 引言

抽油机是目前油气开采的主要装备，也是油气田的耗电大户。为了降低抽油机能耗，提高系统效率，各油气田企业和石油装备制造企业持续开展了抽油机排采系统节能降耗技术研究，以达到提高抽油机排采系统效率、降低生产成本、实现油气田智能高效生产的目的。介绍目前油气田在用的几种基于动液面控制的抽油机智能排采技术现状。

1 动液面控制对油气井排采的意义

动液面检测和控制在油气田开发和生产中有着重要作用，动液面控制在合理区间可减少空抽或重载，从而提高泵效和系统效率。油井和煤层气井排采方式不同，因此基于动液面控制的抽油机智能排采技术也有所不同。

油井受地层供液能力的影响，其产液量是一个不断变化的过程。投产初期，油井供液能力足、产量较高，开发中后期，供液能力不足导致产量逐渐下降且波动较大。如果不能根据地层供液能力的变化及时调整抽油机抽吸参数，可能导致出现泵效降低、油井能耗增加、“三抽”系统可靠性降低等问题。

煤层气井采用排水采气生产工艺，具有液面（井底流压）控制对产气量影响大、临界解析压力不易控制等特点。因此煤层气开采过程中动液面控制要求更为严格和复杂，须严格按照开采方案控制液面及压力。尤其在排采初期，要摸索地层产液能力以及泵对煤粉的适应性，逐步提高排采强度，保持井底流压的稳步降低，避免出现大起大落，从而保护地层，保证煤层气井按排采规律连续、渐变、长期、高效地开采。

2 动液面检测及控制技术

为实现油气井的合理排采，动液面应控制在合理的范围内，目前国内油气田控制动液面的方法主要有以下四种：

2.1 人工判断间抽控制

当检测到油井产液量不足或泵效过低时，分析得出是因为油井供液不足造成动液面降低，通过人工或远程控制对抽油机采用间抽工作制度，以减少空抽。这种方式需要现场人员定期对油井产量、动液面或示功图进行检测分析，根据经验确定间抽工作制度，由于间抽工作制度很难根据油井动液面变化个性化及时调整，使得实际排采效果大打折扣。这种方式是投入成本最少，也是节能效果较差的控制方式。

2.2 声波测量冲次调节

利用声波的反射原理，采用回声仪对动液面进行测量，通过多次测量后分析得到较为真实的动液面，再由技术人员结合泵挂深度及抽油机工作制度、产液量等信息进行分析，通过变频调节抽油机冲次，使得抽油泵保持在合理沉没度运行，产液量保持较高且稳定。由于动液面深度可从井口到井下数千米不等，井身轨迹也不是完全竖直，声波在传播过程中会受到影响。同时，油套环空中出现的死油、气泡、结蜡、煤粉等也会使反射声波不易辨识，数据的准确性受到一定限制，影响真实动液面的测量。目前，有部分企业研制了自动回声测量动液面装置，并结合自动控制系统进行抽油机冲次变频调节，但由于自动回声测量装置成本较高且测量精度较低，目前还处于试验和摸索阶段。

2.3 功图分析智能调冲（图1）

利用在抽油机上安装的载荷、位移传感器计算得到抽油机的井口示功图。示功图面积与油井产量成正比，通过自动控制程序分析不同抽油机冲次下示功图面积的变化规律，控制系统通过变频器或永磁涡流传动系统等装置自动调整抽油机冲次，使示功图面积和单井产液量趋于最大化，也就是油井动液面始终保持在合理范围内。这种控制系统可利用油田现有的远程监控装备，投入成本较低，节能效果明显。建议油井采用功图分析的方式实现智能调整抽油机冲次的目的。

2.4 压力直测闭环控制

井下压力传感器能够最直接的反映井下动液面高度，精度高、稳定性好。在井下抽油泵吸入口安装压力传感器，通过检测到的压力推算泵的沉没度，再根据压力的变化自动调节抽油机的冲次，使泵的沉没度保持在最佳范围内，使油气井系统效率达到最优。由于该方式需要安装一套井下压力监测装置及信号传输电缆，成本投入较高，但该方式控制精度最高，比较适用于需要精确控制动液面的煤层气井开采。建议煤层气开采井采用压力直测的方式实现智能调整抽油机冲次。基于井下压力直测的抽油机智能控制流程见图2，抽油机智能排采系统见图3。

3 结语

综上所述，油气井生产过程中动液面保持在合理区间能够提高系统效率，目前现场应用中有多种检测和控制动液面的方法，各油气田要根据具体井况和区块特点选择适合的控制方法。

图1 基于示功图的抽油机智能控制流程

图2 基于井下压力直测的抽油机智能控制流程

图3 抽油机智能排采系统