吳斌

[摘? ? 要] 通過分析當(dāng)前產(chǎn)液量計量的方法，結(jié)合紅山油田的建設(shè)需求，選用功圖計產(chǎn)方法進行現(xiàn)場實踐，通過改進的稠油功圖計產(chǎn)方法，使得計產(chǎn)誤差在15%以內(nèi)的符合率達到91.5%，整個片區(qū)總體平均誤差10%以內(nèi)，取得了良好的實踐效果。

[關(guān)鍵詞] 產(chǎn)液量計量;稠油計量;功圖計產(chǎn);A11

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 11. 029

[中圖分類號] F273? ? [文獻標(biāo)識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2019）11- 0068- 02

0? ? ? 前? ? 言

紅山油田作為中石油公司 A11 試點示范建設(shè)油田，目前已完成部分生產(chǎn)區(qū)塊油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，實現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、安防等功能。紅山油田也是國內(nèi)典型的稠油熱采生產(chǎn)區(qū)域。1? ? ? 紅山油田計量方法探討

1.1? ?產(chǎn)液量預(yù)測

目前產(chǎn)液量預(yù)測主要的模型預(yù)測方法包括 Logistic 模型[1]、翁氏模型[2]、威布爾模型[3]、HCZ（胡—陳—張）模型、Arps 遞減模型[4]等。Logistic 模型在國外運用比較廣泛，對于采出程度大約 50%時進入遞減階段的油氣田，利用該模型可以得到相當(dāng)滿意的預(yù)測結(jié)果。2012年中國石油勘探開發(fā)研究院郭曉飛在一種新的產(chǎn)量預(yù)測方法及其應(yīng)用一文中提出了提出一套反饋機制下的產(chǎn)量預(yù)測方法[5]，該方法通過不斷修正，實現(xiàn)對產(chǎn)液的準(zhǔn)確預(yù)測。2016年中國石油大學(xué)的高麗潔提出，通過構(gòu)造混沌時序分析模型，用 C-C 方法確定相空間重構(gòu)參數(shù)嵌入維度與延遲時間;利用 Lyapunov 指數(shù)判別產(chǎn)量時間序列的混沌性;最后采用加權(quán)一階局域預(yù)測法對產(chǎn)量進行預(yù)測[6]。

紅山油田油藏油層平均溫度小于30 ℃，地層壓力低于5 MPa，黏度在30 000 mPa·s左右。原油黏度對溫度反應(yīng)敏感，溫度從30 ℃上升到50 ℃時，原油平均黏度從335 997 mPa·s下降到6 239 mPa·s。油藏埋深500 m左右，屬于淺層油藏。在開發(fā)過程中出現(xiàn)了注汽效果差、生產(chǎn)周期短、產(chǎn)量遞減快等問題，為油田產(chǎn)液量計量和預(yù)測帶來極大困難。同時產(chǎn)液量預(yù)測更適合于區(qū)塊分析，對于單井計量具有相應(yīng)的局限性，且預(yù)測不具備實時性。

1.2? ?計量站計量

傳統(tǒng)的稠油開采單井計量方法大多為使分離計量和翻斗量油計量法。分離計量法一般使用傳統(tǒng)的測試分離器，對稠油進行油氣水三相分離或氣液兩相分離后再分別進行計量。由于稠油自身的特性，分離器對稠油的分離效果比較差，分離后液體中殘存的氣體對于再用液相流量計或用體積流量計測量流量會造成較大的誤差，而且稠油液相中的油、水也不易分離，進行油氣水三相徹底分離比較困難，故一般采用定期取樣的方法確定稠油中的含水率。翻斗計量是一種質(zhì)量計量方法，設(shè)備有可動部件，對黏度較高的稠油計量誤差較大，效果不理想。傳統(tǒng)型的測試分離器基于重力分離的原理，但稠油一般存在油水乳化嚴重或液中帶氣的問題，所以用測試分離器測試稠油會有較大誤差。同時紅山油田采用的回摻熱水降黏和蒸汽伴熱集輸工藝，進一步增大了計量站計量的誤差。

1.3? ?多相流流量計

由于原油成分的復(fù)雜多變，一般的單相流量計無法滿足油田生產(chǎn)需求。油井產(chǎn)量計量主要目的是獲得油、氣、水三相流的總流量和各相流量，由于壓力和井況不同，各相體積含率和流動狀態(tài)的不同，能夠準(zhǔn)確測量油氣水三相流的參數(shù)難度較大。通過分析國內(nèi)外研究成果，油氣水三相流計量方案大體可為兩種：一是將多相流視為混合單相流，采用常規(guī)單相流儀表進行計量，結(jié)合相含率分析獲得分相流量;二是通過氣液兩相分離器將氣液分離后分別計量氣量和液量，再通過含水分析獲取水和油產(chǎn)量?；诙鄠鞲衅鹘M合多相流測量方法可以概括為以下三類： ①單相流量計與密度傳感器（或含水率傳感器）組合;②單相流量傳感器與單相流量傳感器組合 ;③雙傳感器相關(guān)分析與相含率傳感器一體化組合 也有用雙文丘里管進行相關(guān)和含率分析的。還有用電容相關(guān)、電導(dǎo)相關(guān)進行流量和含水率測量的。

稠油井具有流量小、含氣率低、原油黏度高、流動性差、原油極易形成乳化原油或發(fā)泡原油的特點。國內(nèi)研發(fā)除了多種稠油在線計量的分離型多相流量計設(shè)備，基于多傳感器組合多相流測量裝置的結(jié)構(gòu)原理。它們分別采用了射線衰減互相關(guān)與相含率分析、文丘里管與電容、電導(dǎo)、射線衰減等相含率傳感器的多傳感器組合技術(shù)。當(dāng)面對油井計量問題，由于建設(shè)成本、維護困難和安全性等問題，均面臨著無法推廣的局面。

1.4? ?功圖計量

功圖計產(chǎn)方法大體可以分為以下五種： 拉線法、面積法、液量迭代法、有效沖程法，綜合分析法。2017年北京安控科技股份有限公司，在安塞油田進行應(yīng)用和實踐，功圖計產(chǎn)軟件能夠在不同的工況下，實現(xiàn)90%以上油井，計量誤差小于20%，供液能力較好的油井，可實現(xiàn)誤差小于15%。

伴隨著紅山油田A11 項目中井口數(shù)字化建設(shè)，儀表本身精度的提高，數(shù)據(jù)采集精度與傳輸技術(shù)發(fā)展，功圖采集精度和密度都取得大幅度提高，功圖計產(chǎn)的分析依據(jù)變得更加充分，所以無論經(jīng)濟性、實時性、維護便利性等各方面來分析，功圖計量成為紅山油田產(chǎn)液量計量最佳選擇。

2? ? ? 基于稠油的功圖計產(chǎn)方法

結(jié)合紅山油田的生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀，提出采用功圖的采集儀表故障分析+多元分析模型+單井故障特征庫+歷史數(shù)據(jù)分析方法進行產(chǎn)液量計算。

2.1? ?儀表故障識別

結(jié)合游梁式抽油機的運動特性和柱塞泵的工作原理，依據(jù)機桿泵生產(chǎn)參數(shù)分析求解理論載荷變化范圍;將實時采集的地面功圖，通過求解泵功圖，去除摩擦、振動和加速影響因素，分析實測示功圖的最大載荷、最小載荷、液柱載荷變化，確定傳感器漂移情況，為油井工況的識別奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.2? ?油井工況的多元分析模型

傳統(tǒng)的功圖診斷方法有：功圖特征法分析、專家系統(tǒng)識別法、頻譜分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別法，人臉識別法等。示功圖特征分析法：功圖能較全面的反應(yīng)油井的工作狀況，但采集精度限制和油井工況復(fù)雜性，使該方法存在一定的局限性。專家系統(tǒng)識別法和頻譜分析法，需很大程度上依賴人工經(jīng)驗，當(dāng)示功圖發(fā)生反轉(zhuǎn)、壓縮時，診斷結(jié)果將受到圖像形狀變化的影響，容易產(chǎn)生誤差，從而降低了診斷準(zhǔn)確率。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別法依賴于大量知識庫，需經(jīng)過大量訓(xùn)練才能達到較高的精度，因此推廣難度較大。人臉識別法：人臉識別過程主要包含：人臉圖像采集及檢測、人臉圖像預(yù)處理、人臉圖像特征提取以及匹配與識別，采用的依然是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)特征匹配和識別方法，即需采集大量基本模型，然而油井生產(chǎn)是不斷變化，不具備人的某些生物特性的不變性原理，因此人臉識別法可以在短期之內(nèi)提高計產(chǎn)精度，后期使用維護成本極高。

文中系統(tǒng)采用多元參綜合分析法，利用標(biāo)準(zhǔn)知識庫（SKOF）結(jié)合油井典型功圖庫、異常功圖自學(xué)習(xí)特征庫（SLSA）進行油井工況識別和分析。標(biāo)準(zhǔn)知識庫（SKOF）解決油井部署前期應(yīng)用問題，異常功圖自學(xué)習(xí)特征庫（SLSA）支持系統(tǒng)自動升級。典型功圖庫可由現(xiàn)場工藝人員自行選取和添加，無須專業(yè)算法工程師進行完善。

2.3? ?歷史數(shù)據(jù)回歸分析

受限于通信和儀表采集偶然誤差的和數(shù)據(jù)缺失，現(xiàn)有的日產(chǎn)統(tǒng)計多是采用平均法，這種方法雖然計算簡單，但是誤差較大，尤其在遇到間歇性生產(chǎn)的稠油井，由于產(chǎn)量變化頻繁，直接平均計算會產(chǎn)生較大誤差。通過改進，采用加權(quán)線性，以解決油井產(chǎn)液量統(tǒng)計問題。

直接平均計算日產(chǎn)液量3.24 m3/d，若剔除零值求平均值，該井當(dāng)天產(chǎn)液量為4.32 m3/d;歷史數(shù)據(jù)回歸修正后日產(chǎn)液量4.56 m3/d;該井實際計量產(chǎn)液量4.82 m3/d;三種不同統(tǒng)計方法的誤差分別為32.8%、10.37%、5.4%。

3? ? ? 應(yīng)用效果

目前紅山功圖量油項目共接入井179口，使用平臺計量值的72口。

從2018年7月份至今，完成了平臺搭建與部署、計量值對比分析、井況對比分析、模型更新校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)庫對接、試用版網(wǎng)站部署、周期匯報等工作。平均每天正常開采井?dāng)?shù)137口，有效采集率83.16%。診斷分析功圖數(shù)40萬+條，功圖計產(chǎn)誤差在15%以內(nèi)的符合率達到91.5%，整個片區(qū)總體平均誤差10%以內(nèi)，基本能夠滿足油田生產(chǎn)需求。工況符合率88%，對低產(chǎn)井，復(fù)雜井況的井更具有科學(xué)指導(dǎo)性。用戶對功圖量油系統(tǒng)的算法以及工作給予高度的認可和支持。

以油井hD903016為例，該井在7月20日至8月10日期間，為嚴重欠液油井，該井日采集功圖數(shù)量較為穩(wěn)定，平均17.45幅/天;由于產(chǎn)液量低，計量間測量產(chǎn)液量大量為0;8月1日突變?yōu)?.5 t/d，其余有值天數(shù)7天，5天與功圖計產(chǎn)產(chǎn)液量符合;依據(jù)數(shù)據(jù)分析可知：對于低產(chǎn)井，功圖計產(chǎn)分析結(jié)果更具備科學(xué)性，可以指導(dǎo)實際生產(chǎn)。

4? ? ? 結(jié)論與建議

（1）生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)在油田應(yīng)用是科技發(fā)展的必然趨勢，生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合相應(yīng)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，可以有效提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)運維成本。在紅山油田應(yīng)用中，功圖計產(chǎn)誤差在15%以內(nèi)的符合率達到91.5%，完全能夠滿足油井日常生產(chǎn)管理需要，可以在其他油田進行推廣。

（2）功圖診斷量液系統(tǒng)是地面設(shè)施優(yōu)化簡化是油田降本增效的重要舉措，對于降本增效有著至關(guān)重要的影響。

（3）功圖診斷量液系統(tǒng)是油田精細化管理的重要環(huán)節(jié)，通過數(shù)據(jù)自動采集，減少人為錄取資料誤差，提高油田精細管理水平。

（4）功圖計量系統(tǒng)精度受限于儀表采集的精度，因此高精度、高可靠性的儀表是功圖計產(chǎn)應(yīng)用的基礎(chǔ)條件。

主要參考文獻

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