第３８卷第２期 ２（）】０年３月 石 油 钻 探 技 术 Ｖｏ１．３８ Ｎｏ．２ Ｍａｒ．，２０１０ ＰＥｑ、ｌ （）ｌ Ｅ＇ＵＭ Ｉ）ＲＩＩ Ｉ ＩＮ（ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ 油藏与开采 油井远程监控与计量技术在延长油田的应用 郝世彦 樊平天 张新涛 （延长油田股份有限公司，陕西延安７１６００１） 摘 要：介绍了油井＿ｒ－况诊断、液量自动计量系统的原理、组成及功能。重点介绍了“功图法”计算泵有效排量 的模型和现场修正系数。油井“功图法”判断油井工作状况适用于不同含水期、不同产液量状态和不同油田的开发 阶段。在延长油田２４口油井应用表明，诊断结果准确，能及时判断油井工作状况，计算油井产量。对比计算出的 油井产量与现场测试产量，平均相对误差３．７２ ，说明利用“功图法”计算出的产量能够真实反映油井的实际产液 能力，满足油井计量的精度要求，确保了油井的长期稳定生产，在该油田具有推广应用价值。 关键词：抽油机；油井管理；远程监控；计量；示功图；延长油田 中图分类号：ＴＰ３９３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：ｌ００１—０８９０（２０１０）０２—００８４—０４ 延长油田位于鄂尔多斯盆地，年生产能力已达 到１ ０００ Ｘ １０ １的规模，是我国重要的能源基地。 井１ 监 视 器 但陕北地区地形复杂，油井遍布于高山深谷、丘壑峰 峦之中，交通不便，再加上油井多、车辆少、人员紧 缺，无法及时了油井运行情况，液量计算不准确，给 油井生产、日常管理、液量计量带来很多不便，在很 大程度上制约了油田的发展速度。为此，延长油田 数据处理点 一 选取２４口抽油机井安装了油井远程监控、液量自动 计量及分析优化系统，采用油井远程监控与计量技 术监控油井生产情况，计量油井产液量。油井远程 数据采集点 监控与计量技术以单井工况监测和产量计量为核 心，辅以油井数据的分析诊断，以达到简化地面流 图１监测系统结构 １．１油井远程监测技术原理 程、提高油井系统效率的目的。 由于井下工况复杂多样，泵示功图表现出多种 形状特征。典型泵示功图是指某一因素影响十分明 １油井远程监控计量系统原理 油井远程监控计量系统通过高精度的数据采集 器＿１。］，获取安装在油井上的负荷和位移传感器的数 显，其形状代表该因素影响下的基本特征ｌ４ ］。虽然 实际情况中有多种因素在影响示功图的形状，但总 有主要因素。因此，示功图的形状也反映了主要因 素影响下的特征，如图２所示。 据，通过数据电台将其传送到数据处理点，利用油井 监测和计量分析系统对数据进行处理，实时显示示 图２中（１）～（５）分别对应自喷、固定阀卡死、泵 筒内壁严重磨损、抽油杆断脱、气锁的情况，（６）、（８） 对应抽油泵充不满的情况，（７）是泵内气体影响下的 示功图，（９）对应柱塞脱出泵筒的情况，（１０）、（１１）分 收稿日期：２００９—１２—１ ５；改回日期：２（）１（）一（）２ ２４ 作者简介：郝世彦（１ ９６，１叫＿）．男，陕西延川人，１ ９８６年毕业于西 安石油学院钻采工艺专业，西南石油大学油气储运工程专业在读博 士研究生，高级工程师，副总工程师，从事油田勘探开发工作。 联系方式：（０９】＿）２９１ ８０２０．｝１ａ。 ｈｉｙａｎ８８８＠１ ６３．ＣＯＩＣＩ 功图、分析油井工况、计算油井产液量。 该油井自动监控系统主要采用集中管理分散控 制结构（见图１）。该系统由数据处理点和数据采集 点组成。数据处理点是各数据采集对象（抽油井）进 行信息交换的平台，主要由中心天线、数据处理器、 远距离无线传输模块、服务器、计算机、系统软件及 油井计量分析软件组成。 第３８卷第２期 郝世彦等：油井远程监控与计量技术在延长油田的应用 ，一—］ ＜ ——＝ （１） （２） ， （３） ＿ ，＿一） （４） ｓ ／厂（６） 【— ． ：。！ ：：』． 『 一． ／…）＼＼ （１２） ｌ 一 —√，＿ —、ｌＩ ． １ ｆ （Ｉ３） ｆ ｆ （１４） 】 （１５） ｃ Ｕ （】６） ／（１７） （１８） Ｉ． 图２油井典型泵示功图 别对应固定阀、游动阀漏失的情况，（１２）对应系统摩 阻过大的情况，（１３）对应泵筒弯曲的情况，（１４）、 （１５）对应上碰泵、下碰泵的情况，（１６）对应卡泵情 况，（１７）、（１８）分别对应正常工况下不锚定、锚 定的情况。 示功图量油方法主要针对图２中的（６）～（１５）， （１７）、（１８）对应泵况下的产液量计算问题，对于其他 泵况下的计量问题，需用其他手段实现。 １．２油井计量技术原理 “功图法”油井计量技术［７－８￣是依据抽油机井深 井泵工作状态与油井产液量变化关系，把有杆泵抽 油系统视为一个复杂的振动系统（三维振动系统包 括抽油杆、和液柱３个振动系统），该系统在一 定的边界条件和初始条件（如周期条件）下，对外部 激励（地面示功图）产生响应（泵示功图），计算流程 见图３。利用该技术能计算出给定系统在不同井口 示功图激励下的泵示功图响应，然后对泵示功图进 行分析，确定泵有效冲程，进而求出地面折算有效排 图３理论计算流程 量，其计算公式为： Ｑ ：１１３１ Ｎ５ ｅｄｚ（ ＋Ｂ ｗ） （１） 式中，Ｑ 为地面折算有效排量，Ｉｎ．。／ｄ；Ｎ为冲次， ｍｉｎ＿。；Ｓ 为有效冲程，ｍ；ｄ为泵径，ｍ；ｆ 为含水 率；Ｂ。为原油体积系数；Ｂ 为水体积系数。 同时考虑到不同区块的原油物性不同，溶解气 含量不同，含气原油脱气体积收缩引起地层原油与 地面原油的体积差，在每个区块应用前应选一些井 进行测试，然后经过对比分析得出这个区块对示功 图计算结果的修正值，对示功图计算结果进行修正。 Ｋ 一（ —ｑ ）／ｑ （２） Ｋ一１／ｎ∑Ｋ （３） Ｑ—ＫＱ （４） 式中，ｑ 现场测试产液量，ｍ。／，ｔ；Ｑ为修正后的地面 产液量，ｍ。／ｄ。 １．３柱塞有效冲程的计算 柱塞有效冲程应该主要依据泵示功图上阀开闭 点的位置来确定。一般情况下，柱塞有效冲程Ｓ 通 过游动阀的开闭点位置计算，如图４中（１）、（２）、（３） 所示，Ａ、Ｄ两点间的水平距离即为柱塞有效冲程。 然而在某些情况下，柱塞有效冲程Ｓ 必须通过固定 阀的开闭点位置计算，如图４中（４）所示柱塞脱出泵 筒的情况下，Ｂ、Ｃ两点间的水平距离即为柱塞有效 冲程。总的说来，柱塞有效冲程Ｓ 取游动阀或固定 阀开闭点对应的柱塞位置差绝对值的较小值。 （１）正常工况 （２）供液不足 （３）气体影响 （４）柱塞脱泵 图４泵示功图与阀开闭点位置的关系 １．３．１ 泵示功图的预处理 为了便于使用程序计算有效冲程，在计算之前还 石 油 钻 探 技 术 需作一定的处理，主要处理步骤为： ８Ｋ ，以提高计算精度，即： ８Ｋ：一（ＳＫＨ＋８Ｋ ＋８Ｋ ＋８／￣…＋ ８Ｋ ＋２）／５ １．３．３ 阀开闭点的位置与柱塞有效冲程确定 （９） １）考虑到泵示功图的载荷值范围远远大于位移 值范围，有必要将泵示功图原始数据进行归一化处 理，归一化载荷比记为Ｒｆ、行程比记为Ｒ ； ２）将归一化后的泵示功图按照柱塞行程距离展 开，就是将柱塞行程在区间ＳＧ Ｅｏ，１］上的闭合曲线转 在泵示功图的高载荷段找出曲率变化最大的两 换成在区间ＳＧ Ｅｏ，２］上的单值曲线Ｆ（ ）； ３）在此基础上进行等ＡＳ取点，消除数据点的细 个尖峰点，位移小者为固定阀开启点、反之为固定阀 关闭点；在低载荷段找出曲率变化最大的两个点，位 移小者为游动阀关闭点、反之为游动阀开启点。分别 微波动及疏密程度对曲率计算精度的影响。 １．３．２ 泵示功图曲率计算模型 泵示功图曲线上任意一点Ｐ 的曲率Ｋ 可根 据与其相邻的４个数据点Ｐ 一ｚ（ｓ一，ｆＨ）、ＰＨ （ｓ 一１，ｆｌ一１）、Ｐ ＋１（ ＋１，ｆ ＋１）、Ｐ ＋２（５ ＋２，ｆ ＋２）之间 的几何关系计算，如图５所示。 图５离散点曲率计算示意 Ｐ 点的曲率为： Ｋ 一 （５） 式中，△ 是直线Ｐ Ｐ 到直线Ｐ Ｐ 的有向旋转 角度，其计算公式为： ＡＯｉ—ａｒｃｔａｎ『 一 １＋（ｓ 一 ２５ ）（ｓ 一ｓ告］汁２）Ｉ ㈤ 弧长△Ｚ。的近似计算公式为： Ａｌ 一Ｐ 一２Ｐ 一１＋ＰＨＰ ＋Ｐ Ｐ ＋１＋Ｐ ＋１Ｐ汁２ （７） 则Ｐ 点处的曲率变化量８Ｋ 可根据Ｐ 、Ｐ… 两点的曲率Ｋ 、Ｋ㈩计算： ５Ｋ 一ｌ Ｋ…一Ｋ Ｉ （８） 泵示功图曲线是通过数值方法计算得到的，曲 线中含有复杂的曲率成分。在实际计算中，为了降 低或消除其引起的曲率变化量的波动，一般采用相 邻５点取平均值的方法计算中间点的曲率变化量 计算固定阀开闭点的位置差ｓ 。和游动阀开闭点的位 置差Ｓ…，则柱塞有效冲程Ｓ 为其中的较小者。 ２ 现场应用 从２００８年１１月份开始，延长油田在２４口油井 上安装了油井远程智能示功图测试及诊断分析优化 系统。 ２．１油井运行情况实时监控 利用该系统可实时监控油井运行情况，对油井运 行状态做出准确的诊断，在油井出现故障时报警。 该系统根据定１１３７井的示功图（图６）计算出 该井不产液，结合该井的示功图判断该井抽油杆断 脱。技术人员发现后及时去油井核实，发现油井确 实不产液，修井时发现抽油杆断脱。 ６２ ２０ ４９ ７６ 至３７ ３２ 篓２４ ８８ １２ ４４ ０ ０ ０ ６３８ ｌ ２７５ １ ９ｌ３ ２ ５５１ 位移／ｍ 图６定１１３７井的示功图 ２．２油井产液量变化 该系统能够准确反映出油井产液、产油情况，并 通过示功图反映油井产液量的变化。如定１１２３井 ２００９年４月１７日、４月２Ｏ日液量变化较大，该井在 这两日的实测示功图有效冲程部分变化明显（图７）， 准确反映了该变化情况。 ２．３ 液量计量 所安装的油井中（２４口油井，统计２３口，１口因 停井未统计）日产液量计量的符合率都在９３ 以 上，平均相对误差３．７２ ，说明产液量的计量准确。 第３８卷第２期 郝世彦等：油井远程监控与计量技术在延长油田的应用 ・ ８７・ 为Ｉ／辖铎 ４１ ３Ｏ ４２ ９０ 他 ３３ ０４ ３４ ３２ ２５ ７４ １７ ｌ６ ８ ２６ ８ ５８ Ｏ Ｏ ０ ４２ ０ ８４ ０ ２６ ｌ ６８ ２ １０ Ｏ ０ ４２２ ０ ８４４ １ ２６６ １ ６８８ ２１００ 位移／ｍ 位移／ｍ ２００９—０４—１７ ２００９—０４—２０ 图７定１１２３井的地面示功图 ３ 结 论 参 考 文 献 ［１］ 王建华，李璞．ＧＰＲＳ通信在油井远程监控系统中的应用ＥＪ］． １）应用远程监控、液量自动计量系统，生产管 石油钻探技术，２００４，３２（２）：６７－７０． 理人员可以随时了解油井的生产情况以及设备的运 ［２］ 王晓远，杨光，闫杰，等．基于局域网的自动监控系统在钻井平 行情况。在出现故障时，能及时发现并排除，使油井 台的应用［Ｊ］．石油钻探技术，２００５，３３（２）：６３－６５． 为Ｉ／棹鞯 ［３］ 高健，曲昌学，岳雷，等．智能监控技术在油田注水井上的应用 在最短的时间内恢复生产，提高油井生产时效。 『Ｊ］．石油钻探技术．２００３，３１（６）：６１－６２． ２）采用功图法量液技术，产液量的计算精度接 ［４］ 张琪，吴晓东．抽油井计算机诊断技术及其应用［Ｊ］．华东石油 近甚至超过相同工艺条件下的一般量液技术，能准 学院学报，１９８４，８（２）：１４４—１５９． 确计量出非疑难井的单井产量；同时，通过远传示功 Ｅ５３ 杨顺辉．差分曲线法在示功图诊断中的应用［Ｊ］．石油钻探技 术．２００２，３０（２）：６３—６４． 图数据的批量计算，能够较好地确定单井的时段产 ［６］ 王志伟，薛改珍，金正谦，等．应用人工神经网络认别示功图 液量、累计产液量和平均产液量。 ［刀．石油钻探技术，２００１，２９（２）：５６－５７． ３）远程监控、液量自动计量系统在延长油田的 Ｅ７３ 史明义，项勇，邹晓燕，等．功图法计量技术在大港油田的应用 应用，充分体现了其优越性，弥补了巡井难、计量难 ［Ｊ］．石油规划设计，２００６，１７（３）：９－１２． Ｅｓ］ 唐庆，王新红，孙福山，等．抽油机井功图法量油技术先导试验 的不足，并为油田的高速发展和现代化管理提供了 ［Ｊ］．油气井测试，２００６，１５（６）：６４—６５． 强有力的技术支持。 ［审稿王杰祥］ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｍｏｔｅ Ｗｅｌｌ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｎ Ｙａｎｃｈａｎｇ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ｈａｏ Ｓｈｉｙａｎ Ｆａｎ Ｐｉｎｇｔｉａｎ Ｚｈａｎｇ Ｘｉｎｔａｏ （Ｙａｎｃｈａｎｇ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｙａｎ’ａｎ，Ｓｈａｎｘｉ，７１６００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｗｅｌｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｌｉｑｕｉｄ ｆｌｏｗ．Ｗｏｒｋ—ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｄｉａｇｒａｍ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｕｍｐｓ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｗｅｌｌ ｗｏｒｋ—ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｄｉａｇｒａｍ ｔｏ ｄｉ— ａｇｎｏｓｅ ｗｅｌｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｐｐｌｉｅｓ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｃｕｔｓ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｉｑｕｉｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｖｅｌ— ｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｇｅｓ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ２４ ｗｅｌｌｓ ｉｎ Ｄｉｎｇｂｉａｎ ｏｆ Ｙａｎｃｈａｎｇ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｗｅｌｌ ｃｏｎｄｉ— ｔｉｏｎｓ ｃａｎ ｂｅ ｄｉａｇｎｏｓｅｄ ｃｏｒｒｅｃｔｌｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｃａｎ ｂｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ．Ｃｏｍｐａｒａ— ｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｎ—ｓｉｔｅ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｂｙ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｅｒｒｏｒ ｉｓ ３．７２ ．Ｉｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｗｏｒｋ—ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｄｉａｇｒａｍ ａｇｒｅｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｌｉｑ— ｕｉｄ ｒａｔｅｓ ａｎｄ ｓａｔｉｓｆｉｅｓ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｗｅｌｌ ｄｅｓｉｇｎ．Ｉｔ ｅｎｓｕｒｅｓ ｔｈｅ ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ ｓｔａｂｌｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｗｉｄｅｌｙ ｉｎ ｔｈｉｓ ｏｉｌｆｉｅｌｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｅｌｌ ｐｕｍｐｉｎｇ ｕｎｉｔ；ｗｅｌｌ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ｒｅｍｏｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｇａｇｉｎｇ；ｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒ ｃａｒｄ； Ｙａｎｃｈａｎｇ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ
