兴隆台油田稠油块蒸汽驱开发中智能调控技术的应用研究

李月明

摘 要：针对兴隆台油田稠油蒸汽驱开发过程中，生产井受蒸汽驱替作用效果强弱不同，井下油层供液能力不同，使抽油泵供排关系不平衡，导致排液不及时，影响蒸汽驱替效率或者造成抽油泵无功抽空，泵体损耗及电能浪费等问题，运用智能调控采油技术手段，大大提高抽油机系统的工作效率，达到稳定泵效、提高产量、降低损耗、节能增效的目的。

关键词：兴隆台油田;稠油蒸汽驱;智能调控技术

前言

油井在转入蒸汽驱开发前的蒸汽吞吐开发期间，各单井吞吐投产时间参差不齐，吞吐轮次高低不同、周期长短不一，加热半径远近有别，采出程度差异较大，同时受储层非均质性等因素影响，致使井组内注汽井与各生产井之间的热连通性不同，生产井受蒸汽驱替作用效果程度不同，造成各生产井供液能力不同。按照蒸汽驱开发要求，为了维持采注比蒸汽驱开发顺利进行，必须平衡抽油泵供排关系，保证合理的采液量。而以往人工操作方式根据手动测试的油井动液面参数调控抽油机频率转速，提降抽油杆上下往复冲次，维持抽油泵的供排平衡。人工操作方式及时性较差，甚至因为油套环空内的介质组成复杂，造成动液面参数测试误差大，进而误导调控;造成排液过快，抽油泵無功抽取，干摩损耗泵体，浪费电能;或者造成排液过慢，液量积压，影响蒸汽正常驱替推进。

1 智能调控采油系统工作原理

智能调控采油技术是自动化技术、通信技术和计算机信号处理技术相结合，主要通过在线自动实时监测并录取油井油管与套管之间的环形空间内的动液面参数作为调控依据。预先设置固定合理的动液面参数后，通过实时监测动液面高度动态变化，对抽油机变频电动机进行自动变频控制调频，近而调节抽油杆带动抽油泵内活塞的上下往复冲次数。当监测到动液面超过设定值时，表示油层供液能力强，系统自动提频，上调冲次，加速排液;当监测到动液面低于设定值时，表示油层供液能力弱，系统自动降频，下调冲次，放缓排液，使抽油泵始终在理想的供液能力范围内高效排液工作。

2 智能调控采油系统主要构成与功能

2.1 智能监测系统

2.1.1 动液面智能监测

智能调控采油的关键参数是动液面。动液面是油井生产时，油管与套管之间的环形空间内的液面。油井通过动液面计算抽油泵沉没度和井底流压，根据动液面变化制定油井工作制度。动液面反应油井地层供液能力的强弱，地层供液能力是决定油井产量和持续性的关键性因素。动液面准确程度直接决定了智能调控采油技术能否成功应用。动液面智能监测是以音标法为基础，采用亚声波作为回波信号，频率小于20Hz的亚声波在油套环形空间内传播距离远，能量消失慢，测出率和自动识别率高。通过现场试验，确定了不同套压所对应的声速值，并测出了气液过渡带的普遍厚度，从而为不具备使用回音标的油井动液面测试提供了准确的测试方法，对稠油热采井尤为适用。

2.1.2 示功图智能监测

由于稠油热采井油套环形空间内工况复杂，动液面测试技术一旦出现故障，会直接影响调控。为了预防由于测不出或测不准液面而造成的调控失效，系统集成了示功图智能监测分析功能。示功图智能监测可以按照固定频率，通过示功图测试仪定期测功图，并且可以在调控失效时立刻绘制示功图，同时提示报警。系统提示转为人工控制，方便技术人员维修并及时对井下供液状况做出辅助评价，保障抽油机安全稳定生产。示功图测试仪主要由位移传感器、载荷传感器、单片机处理器和小无线单元等部件组成。按照预先设定好的固定间隔时间，通过位移传感器和载荷传感 器定期定时测试抽油机光杆位移与悬点载荷，同时将数据送输给单片机处理器，完成数据处理和信号转换，再通过小无线单元把数据传输给智能控制柜采集数据终端。

2.1.3 优化管控箱

优化管控箱主要由 RTU、控制模块、变频器、电参模块和通讯模块组成。接收到动液面的测试数据或示功图测试仪的数据后，RTU会对其进行分析计算、处理变换并储存，绘制出光杆的移动示功图。电参模块可以按照设定时间定期测试电动机电参数据，并传递给RTU储存。RTU会定期将数据传递给通讯模块，通过 GPRS网络传输给中心控制系统的GPRS路由器。通讯模块接收到中心控制系统的管控命令后，将其传递给 RTU，RTU将数据转换传递给控制模块，由控制模块调动变频器，进而控制抽油机改变冲次，使抽油泵内活塞运动的速度与泵腔 内的进液速度相互匹配，达到最大泵效。

2.2 中心监督管控系统

中心监督管控系统一般设置在中心站场，是数据处理中心。它包括自动分析控制软件、动液面算数软件、功图计算软件、数据库和网页显示软件等。中心监督管控系统通过 GPRS 路由器将各单井的数据接收、储存至数据库内，动液面算数软件和功图计算软件从数据库内提取需要的各种数据并分析计算，再将结果储存到数据库中。通过网页显示软件与数据库进行对接沟通，从数据库中获得数据，并发布自动管控命令。自动分析控制软件根据得到的多种参数和动液面设计值进行数据分析，并将命令通过 GPRS 路由器传递给优化管控箱内的通讯模块。

2.3 自动保护管控系统

自动保护管控系统由断路器、交流接触器、热继电器和中间继电器等组成。变频运行过程中，变频器出现故障，自动保护管控系统自动切换工频运行，保护自身变频器。当外接电网出现大电压、大电流时，主开关跳闸，自动保护管控系统切断整个供电线路，保护整个设备。当电源电压下降或瞬时停电时，直流母线电压会下降，变频器通过降低输出频率降低电机转速，电机负载的惯性能量回馈到直流一侧，维持直流电压高于欠压动作值，避免因欠压而停机。当电机带有大惯性负载并快速停车或者在运行过程中由于负载突变等原因引起短时再生制动时，变频器的直流母线电压会上升，电机通过调整输出频率和自动延长减速时间、降低制动转矩，控制直流母线电压的稳定。

2.4 自动报警管控系统

为了防止出现特殊异常状况，管控系统增加了自动报警功能，随时监测油井状态变化。当出现下列不同异常状况时，管控系统会自动报警：运算出错、基本参数输入有误、功图和实际泵效由于断脱漏失造成异常;井口温度、压力、动液面、冲次、套管压力、电机电流和最大实际载荷等超过规定范围;串口设备通信、变频器、电度表读取参数出现故障;出现抽油杆断杆、管漏和卡泵等特殊情况。同时，调整油井相关参数，减少损失。不同情况有不同的报警等级，根据报警等级，对采油系统设备进行自动控制保护。

3 应用实践

某井组为反九点正方形井网，共有9口井。其中中心注汽井1口，周围 8 口生产井。根据生产效果将8口生产井分为两类：受蒸汽驱替作用效果正常的5口，效果弱的3口。由于该井组油井分布较为分散，井与井之间距离较远，人工定期监测能力有限，造成管控及时性较差，部分井的供液能力与抽油泵排液量不匹配，人工管理如果不能及时发现问题，泵效低造成泵体磨损，增加作业成本，浪费电能。因此，对8口生产井全部安装智能调控采油设备，提高系统运行效率。

通过井组整体实施智能调控采油技术试验前后的对比得知，阶段生产20d 后，整体增油明显，平均单井检泵次数减少 1 次，检泵周期平均延长32d，有效降低了因泵体损耗而检泵、检杆等作业费用，避免了抽油机系统和电能的无效损耗和浪费。

4 结论

智能调控采油技术系统替代人工手动操作管控调节采油，不但能够提高系统效率，节能降耗，增加经济效益，而且在油井供液量充足时，产液量也会显著增加。该系统完全适应蒸汽驱现场实际生产的需求，保证了蒸汽驱开发平稳、顺利进行。

（中国石油辽河油田分公司兴隆台采油厂    辽宁 盘锦 124000）