機采井供采協(xié)調精準管理方法探討

肖輝（大慶油田有限責任公司第九采油廠）

1 問題提出

大慶外圍油田供液能力差、產液量低、舉升效率低、供液不足井比例高，隨著老油田開發(fā)時間的延長及新油田不斷投產，低產井所占比例逐年增加，低產井高效開采成為了油田發(fā)展面臨的難題。采用連續(xù)生產勢必會造成供液不足，供采不協(xié)調，進而導致舉升效率低[1]。為保證低效井有足夠的供液能力，通常采用間歇采油技術[2-4]。常規(guī)間歇采油節(jié)能效果顯著，但目前間歇采油受人員、設備、管理方面因素影響，一般以24 h為周期?！按箝g隔”的間歇啟停，存在停機時間長、流壓以及沉沒壓力變化幅度大的問題，一般波動幅度在50～150 m之間，與理論上的合理流壓存在一定誤差。為此，需要探索一種機采井精準管理方法，實現(xiàn)低產井流壓精準管理，確保抽油機井穩(wěn)定高效運行。

2 機采井精準管理方法

短周期間歇采油技術以單井合理流壓及合理沉沒壓力為管理目標，實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的供采協(xié)調和高效運行。

2.1 合理流壓區(qū)間的確定

根據油氣層滲流理論及低滲透油田滲流特征，推導出低滲透油井流入動態(tài)方程，在數(shù)學上表明流入動態(tài)曲線存在拐點。同時，應用大量油井液面恢復數(shù)據繪制的流入動態(tài)曲線，也表明曲線存在拐點，此拐點即為合理流壓點。

流入動態(tài)曲線的獲得可通過液面恢復法。油井在一個較低流壓狀態(tài)時關井，通過連續(xù)監(jiān)測動液面，進而求得IPR曲線，界定合理流壓，保證油井流入產量最大化。

在確定合理流壓點的基礎上，結合產量、液面恢復、流壓等生產實際，以液面波動穩(wěn)定在10 m以內為臨界條件，對間歇采油周期進行了計算，確定合理流壓區(qū)間。在確定單井合理流壓的基礎上，結合產量、液面恢復、流壓等生產實際，按液面波動10 m為臨界條件，建立關井流壓恢復與時間的關系，求解關井時間。

產量與關井液面恢復時間可由下式求得：

式中：qi——液面恢復速度，m3/min；

R套——套管半徑，mm；

R油——油管半徑，mm；

ρ——混合液密度，kg/m3；

Δh——液面恢復高度，m；

Δt——關井時間，min。

測算了3 t/d、2 t/d、1 t/d、0.5 t/d不同產量級別井液面恢復10 m關井時間（表1）。

結果表明采用以30 min為整周期，全天分為48個周期進行間歇采油可以滿足生產需要。

2.2 合理沉沒壓力區(qū)間的確定

為了保證在供采平衡的前提下舉升效率最高，就要確保抽油機井在合理沉沒壓力下生產。應用沉沒壓力與泵效關系理論公式[5]，即

式中：η——泵效，%；

g——重力加速度，m/s2；

pc——沉沒壓力，MPa；

Go——溶解油氣比，m3/m3；

a——溶解系數(shù)，m3/(m3·MPa)；

fw——含水率，%；

s——沖程，m；

n——沖速，min-1；

L——泵掛深度，m；

E——桿柱的彈性模量，取2.06×1011Pa；

fp、fr、ft——活塞、抽油桿、油管的截面積，cm2。

根據油井生產參數(shù)及原油物性，對不同含水級別下沉沒壓力與泵效關系進行分析。給出最高泵效的沉沒壓力控制界限，保證油井高效采出。

圖1 不同含水級別的沉沒壓力與泵效關系

由圖1可知，在同一含水級別下，沉沒壓力越大，泵效越高，但當沉沒壓力達到一定值時，泵效上升趨勢逐漸變緩，達到極值，此時的沉沒壓力即為合理沉沒壓力。

2.3 合理泵掛深度的確定

合理泵掛深度的確定有利于協(xié)調統(tǒng)一合理流壓及合理沉沒壓力。泵掛深度可由下式求得：

式中：Lp——合理泵掛深度，m；

H0——油層中深，m；

P——合理流壓、合理沉沒壓力，MPa。

2.4 單井供采協(xié)調精準管理的實現(xiàn)方式

為確保單井流壓、沉沒壓力處于合理流壓及合理沉沒壓力下生產，且能夠保持較穩(wěn)定的值，應用短周期不停機間歇采油技術，以30 min為周期實現(xiàn)“小間隔”不停機間歇采油，實現(xiàn)穩(wěn)定流壓高泵效生產。

該技術采用高效整周運行與低能耗擺動運行組合方式，以30 min為周期實現(xiàn)間歇采油，停抽時抽油機曲柄做低能耗小角度擺動；擺動時桿柱運動控制在彈性變形范圍內，井下柱塞保持不動；到設定間隔，電動機在動態(tài)下柔性啟動，正常抽油[6]。在這種方式下地面設備不停機安全運行，井下抽油泵間歇采油，實現(xiàn)了油井供采協(xié)調、高效舉升的目的，同時消除了頻繁啟動對電動機和傳動系統(tǒng)的損害，且杜絕了無人自動啟機時現(xiàn)場的安全隱患。

3 試驗效果分析

新218-82區(qū)塊共有油井19口，試驗前14口井實施人工間歇采油，5口井連續(xù)生產，平均單井開井時間15.6 h，關井時間8.4 h。通過應用短周期不停機間歇采油技術，依據機采井供采協(xié)調精準管理方法，經過不斷優(yōu)化調整，取得了較好效果。

1）實現(xiàn)供采協(xié)調精準管理。由于采用30 min“小間隔”間歇運行，動液面變化幅度小，流壓、沉沒壓力較常規(guī)間歇采油變化范圍大幅度減小，能夠保持較穩(wěn)定的值，使供采更加協(xié)調（表2）。19口試驗井在日開井時間減少7.7 h情況下，流壓上升0.6 MPa，平均單井產液量提高0.1 t/d，泵效由試驗前18.7%提高至目前的32.5%，提高了13.8個百分點，實現(xiàn)了低產井流壓精準管理；同時沉沒度穩(wěn)定，泵充滿程度提高，改善了泵工作狀況，常規(guī)間歇采油液面波動幅度53 m，而不停機間歇采油液面波動幅度僅為3～5 m。

表2 區(qū)塊不停機間歇采油試驗前后生產情況

2）節(jié)能效果顯著。試驗井試驗前平均單井日耗電84.5 kWh，試驗后平均單井日耗電下降至50.9 kWh，系統(tǒng)效率由10.2%上升至14.5%，提高了4.3個百分點，平均單井節(jié)電率達39.7%（表3）。

表3 試驗區(qū)塊不停機間歇采油能耗測試效果

3）方便現(xiàn)場管理。試驗前人工執(zhí)行間歇采油，現(xiàn)場管理難度大。應用短周期間歇采油技術后，設備自動連續(xù)運行，不需要人工啟停機，在確保安全運行前提下，降低了工人勞動強度。

4 結論

1）以低滲透油田合理流壓和合理沉沒壓力為理論基礎的供采協(xié)調精準管理方法，能夠實現(xiàn)機采井產量最大、泵效最高的管理目標。

2）應用30 min為周期的短周期不停機間歇采油，能實現(xiàn)低產井流壓、沉沒壓力保持較穩(wěn)定的值，并且沉沒度穩(wěn)定，改善了油井的工作狀況。

3）短周期間歇采油技術節(jié)能效果顯著，且方便現(xiàn)場管理，降低了工人勞動強度。