CN113027387A - 一种油井间抽控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油井间抽控制系统及方法，该系统包括抽油机、载荷传感器、位移传感器和间抽控制器，所述的间抽控制器分别与抽油机、载荷传感器和位移传感器电信号连接；所述的载荷传感器和位移传感器对抽油机的抽油杆载荷和位移进行测量。本发明通过寻找油井开井时间和关井时间曲线上的拐点，巧妙的找到适合油井间抽生产的合理工作制度，即满足了油井产液量损失率最低，又优选出了系统效率最高的工作制度，实现了油井的供产协调。

Description

一种油井间抽控制系统及方法

技术领域

本发明属于机采系统数字化设备领域，特别涉及一种油井间抽控制系统及方法。

背景技术

对于供液不足和低产低效井，以及开采中后期的低渗透井，随着地层压力的不断降低，油井供液能力不足的现象十分普遍，由于供排不平衡，抽油机长期处于低效工作状态，能量浪费严重，设备无效磨损加剧，导致经济效益很低，出现了许多效率低下，甚至“负效益”的机械采油井，如何让抽油机高效、节能的工作，成了亟待解决的问题。

从提高泵效和节能的角度来看，间歇抽油工作方式是一种极其有效的方式，克服了供液不足不能满足抽油设备连续工作的问题，从而提高了泵效，但间歇抽油需要一段时间的液面恢复，在此过程中井筒压力升高，随之而来的是井筒与地层间压差的减少以及地层渗流量的减少。因此，如何使抽油机井既能在高效状态下运行，同时又尽可能地发挥地层潜力。间抽生产面临的主要问题是间开时间确定问题，即油井间开生产开井、停井时间确定问题。文献调研、现场调查发现，目前主要有以下几种间开时间确定方法：

一是现场生产经验法，即根据油井实际生产情况，总结油井井口出液规律特征，大致确定油井有效生产时间，进行间开生产，显然这种方法误差较大，受现场采油工人的经验管理水平高低影响，且具体实施起来工作量大；

二是选取具有代表性的油井，进行井口连续动态测试，摸索油井出液规律或井筒内液面恢复规律，进行定性判断，确定油井间开生产时间；这种方式的工作量大、费用高、操作性不强；

三是基于油井数字化管理系统，连续采集油井生产示功图，判断油井供排规律，给定泵的充满度范围，定性确定油井间开生产时间，范围的确定主要根据经验和现场实际情况，缺乏理论依据，存在较大局限性。

发明内容

为了克服现有效率低且能耗高的问题，本发明提供一种油井间抽控制系统及方法，本发明通过寻找油井开井时间和关井时间曲线上的拐点，找到了适合油井间抽生产的合理工作制度，即满足了油井产液量损失率最低，又优选出了系统效率最高的工作制度，实现了油井的供产协调。

本发明采用的技术方案为：

一种油井间抽控制系统，包括抽油机、载荷传感器、位移传感器和间抽控制器，所述的间抽控制器分别与抽油机、载荷传感器和位移传感器电信号连接；所述的载荷传感器和位移传感器对抽油机的抽油杆载荷和位移进行测量。

所述的间抽控制器至少包括井口采集器、自动控制单元、显示单元和操作单元，所述的井口采集器、显示单元和操作单元分别与自动控制单元电信号连接。

所述的载荷传感器和位移传感器均通过电缆与间抽控制器的井口采集器电连接。

一种油井间抽控制方法，具体步骤为：步骤一，通过载荷传感器和位移传感器对抽油机中抽油杆的载荷和位移进行测量，采集载荷与时间、位移与时间曲线，生成光杆示功图；

步骤二，通过光杆示功图求解泵功图；

步骤三，通过泵功图中泵的充满程度计算公式，得到理论最大泵的充满程度值，确定泵充满程度的设定值范围；

步骤四，根据泵的充满程度设定值，绘制停井和开井的时间曲线，找到拐点，确定间抽的停井和开井时间；

步骤五，对比不同制度下产液量和系统效率，选择产液量损失最小或系统效率最高的制度为合理间抽制度。

所述的抽油机中抽油杆的载荷和位移电信号通过电缆线传至井口采集器，然后上传至自动控制单元进行运算求解光杆示功图数据，建立抽油杆和油管的有限元模型和液柱差分计算模型，然后迭代求解出深井泵口处载荷和抽油杆载荷和位移与时间的关系图，即得到泵功图。

所述的泵功图的充满程度＝(游动阀开启点位移-游动阀关闭点位移)/(固定阀关闭点位移-固定阀开启点位移)。

在给定抽油泵中泵的充满程度设定值的情况下，确定油井间抽工作制度；具体为以泵的充满程度的设定值为基准，上下调整5-10个百分点，设定泵的充满度界限值为60％，绘制在泵的充满程度在50％、55％、65％、70％下，油井停井时间和开井时间的关系曲线，从而确定相应的间抽工作制度。

所述的油井的停井时间和开井时间通过泵的充满程度来确定，具体的为：设定泵的充满度界设定值为60％，当泵的充满度为60％时，停机至少10分钟，开井生产到泵的充满度达到设定的60％，记录生产时间，再停井至少20分钟，开井生产到泵的充满度达到设定的60％，记录生产时间，以此类推，绘制停井和开井时间曲线，找到拐点，拐点处的停井时间和开井时间即为间抽时的停井和开井时间。

所述的拐点为随着停井时间的增加井筒内液面的恢复速度变慢。

所述的抽油泵中的泵的充满程度设定值范围为：60％<泵的充满程度<理论计算的最大泵的充满程度。

理论计算的最大泵的充满程度计算如下式：

式中，K——余隙系数；余隙系数K＝S₀/S，其中，S₀为余隙长度，单位为m；S为冲程，单位为m；R——泵吸入口气液比，m³/m³；p_s——抽油泵吸入口沉没压力，MPa；p_d——抽油泵排出口排出压力，MPa；n——天然气多变过程指数。

本发明的有益效果为：

本发明利用寻找油井开井时间和关井时间曲线上的拐点，巧妙的找到适合油井间抽生产的合理工作制度，即满足了油井产液量损失率最低，又优选出了系统效率最高的工作制度，实现了油井的供产协调。

以下将结合附图进行进一步的说明。

附图说明

图1为本发明控制流程图。

图2为某一泵的充满程度下，油井停井时间和开井时间关系曲线图。

图3为泵功图。

图4为间抽控制器示意图。

图5为油井间抽控制系统示意图。

图中，附图标记为：1、载荷传感器；2、位移传感器；3、抽油机；4、间抽控制器。

具体实施方式

实施例1：

为了克服现有效率低且能耗高的问题，本发明提供如图1-5所示的一种油井间抽控制系统及方法，本发明通过寻找油井开井时间和关井时间曲线上的拐点，找到了适合油井间抽生产的合理工作制度，即满足了油井产液量损失率最低，又优选出了系统效率最高的工作制度，实现了油井的供产协调。

一种油井间抽控制系统，包括抽油机3、载荷传感器1、位移传感器2和间抽控制器4，所述的间抽控制器4分别与抽油机3、载荷传感器1和位移传感器2电信号连接；所述的载荷传感器1和位移传感器2对抽油机3的抽油杆载荷和位移进行测量。

如图5所示，本发明中通过载荷传感器1、位移传感器2对抽油机3的抽油杆载荷和位移进行测量并传输给间抽控制器4，间抽控制器4经过处理后得到后续间开制度。本发明利用寻找油井开井时间和关井时间曲线上的拐点，巧妙的找到适合油井间抽生产的合理工作制度，即满足了油井产液量损失率最低，又优选出了系统效率最高的工作制度，实现了油井的供产协调。

实施例2：

基于实施例1的基础上，本实施例中，如图4所示，优选的，所述的间抽控制器4至少包括井口采集器、自动控制单元、显示单元和操作单元，所述的井口采集器、显示单元和操作单元分别与自动控制单元电信号连接。

优选的，所述的载荷传感器1和位移传感器2均通过电缆与间抽控制器4的井口采集器电连接。

本发明中，显示单元在本地显示油井间开工作制度，油井间开工作制度中的开井时间、停井时间可通过操作单元将指令发送到井口采集器。自动控制单元为现有技术，本发明中不再进行进一步的说明。

实施例3：

基于实施例1或2的基础上，如图1所示，本实施例中提供一种油井间抽控制方法，具体步骤为：

一种油井间抽控制方法，具体步骤为：步骤一，通过载荷传感器1和位移传感器2对抽油机3中抽油杆的载荷和位移进行测量，采集载荷与时间、位移与时间曲线，生成光杆示功图；

步骤二，通过光杆示功图求解泵功图；

步骤三，通过泵功图中泵的充满程度计算公式，得到理论最大泵的充满程度值，确定泵充满程度的设定值范围；

步骤四，根据泵的充满程度设定值，绘制停井和开井的时间曲线，找到拐点，确定间抽的停井和开井时间；

步骤五，对比不同制度下产液量和系统效率，选择产液量损失最小或系统效率最高的制度为合理间抽制度。

优选的，所述的抽油机3中抽油杆的载荷和位移电信号通过电缆线传至井口采集器，然后上传至自动控制单元进行运算求解光杆示功图数据，建立抽油杆和油管的有限元模型和液柱差分计算模型，然后迭代求解出深井泵口处载荷和抽油杆载荷和位移与时间的关系图，即得到泵功图。

本发明中，抽油泵中抽油杆的载荷和位移电信号通过电缆线传至井口采集器，然后上传至自动控制单元进行运算求解光杆示功图数据，建立抽油杆和油管的有限元模型和液柱差分计算模型，然后迭代求解出深井泵口处载荷和抽油杆载荷和位移与时间的关系图，即得到泵功图；根据井下供液能力，自动控制系统自动模拟出最佳间抽制度，通过监控泵功图的充满程度自动实现油井的间抽控制。

优选的，所述的泵功图的充满程度＝(游动阀开启点位移-游动阀关闭点位移)/(固定阀关闭点位移-固定阀开启点位移)。

优选的，在给定抽油泵中泵的充满程度设定值的情况下，确定油井间抽工作制度；具体为以泵的充满程度的设定值为基准，上下调整5-10个百分点，设定泵的充满度界限值为60％，绘制在泵的充满程度在50％、55％、65％、70％下，油井停井时间和开井时间的关系曲线，从而确定相应的间抽工作制度。

优选的，所述的油井的停井时间和开井时间通过泵的充满程度来确定，具体的为：设定泵的充满度界设定值为60％，当泵的充满度为60％时，停机至少10分钟，开井生产到泵的充满度达到设定的60％，记录生产时间，再停井至少20分钟，开井生产到泵的充满度达到设定的60％，记录生产时间，以此类推，绘制停井和开井时间曲线，找到拐点，拐点处的停井时间和开井时间即为间抽时的停井和开井时间。

优选的，所述的拐点为随着停井时间的增加井筒内液面的恢复速度变慢。

优选的，所述的抽油泵中的泵的充满程度设定值范围为：60％<泵的充满程度<理论计算的最大泵的充满程度。

理论计算的最大泵的充满程度计算如下式：

式中，K——余隙系数；余隙系数K＝S₀/S，其中，S₀为余隙长度，单位为m；S为冲程，单位为m；R——泵吸入口气液比，m³/m³；p_s——抽油泵吸入口沉没压力，MPa；p_d——抽油泵排出口排出压力，MPa；n——天然气多变过程指数。

优选的，所述的余隙系数K＝S₀/S，其中，S₀为余隙长度，单位为m；S为冲程，单位为m。

本发明打破了常规需要监测或计算油井动液面，并根据动液面的波动范围制定合理间抽制度的方法，而是利用寻找油井开井时间和关井时间曲线上的拐点，巧妙的找到适合油井间抽生产的合理工作制度，即满足了油井产液量损失率最低，又优选出了系统效率最高的工作制度，实现了油井的供产协调。

本发明中，抽油机3采用游梁式抽油机3，通过安装在井口悬绳器上的载荷传感器1和游梁下方的位移传感器2，对抽油机3的抽油杆载荷和位移进行测量，采集载荷与时间、位移与时间曲线。通过计算获得井口示功图，采集频率根据油田产量和出液规律，确定每一口油井巡测一组示功图数据的频率，对低产井宜采用10分钟的频率，且一天采集的有效功图数不少于110张。一个冲程周期内等时间间隔测取数据组点数不少于200个。载荷和位移电信号通过电缆线传至井口采集器，上传至自动控制单元进行运算求解光杆示功图数据，建立抽油杆和油管的有限元模型和液柱差分计算模型；然后迭代求解出深井泵口处载荷和抽油杆载荷和位移与时间的关系图，即得到泵功图，如图3所示。其中，限元模型和液柱差分计算模型为现有技术，本发明中不再进行进一步的说明。根据井下供液能力，自动控制单元自动模拟出最佳间抽制度，通过监控泵功图的充满程度自动实现油井的间抽控制。

理论计算油井的最大泵的充满程度，同时考虑到油井在正常生产的情况下，泵效达到60-70％，泵效良好，由于泵的充满程度>泵效，因此泵的充满程度设定值范围为：60％<泵的充满程度<理论计算的最大泵的充满程度。假定，理论计算的最大泵的充满程度为80％，那么泵的充满程度设定值就是大于60％，小于80％，即为65％、70％、75％，首先按照充满程度65％为限定值，当泵的充满程度＝65％时，关井5分钟，再开井抽吸至泵的充满程度等于65％，记录开井时间，关井10分钟，再开井抽吸至泵的充满程度等于65％，记录开井时间，关井15分钟，再开井抽吸至泵的充满程度等于65％，记录开井时间，以五分钟为间隔，以此类推，绘制一条停井和开井时间曲线，如图2所示；寻找拐点，拐点处的停井时间和开井时间即为泵充满程度为65％时，间抽的停井和开井时间。同理，再找到泵充满程度为70％、75％时，间抽的停井和开井时间，分别计算不同制度下产液量和系统效率，以产液量损失率最低为目标，优选出系统效率最高的间抽工作制度。

本发明中泵效的设定，当油井转抽初期在连抽带喷时，泵效有可能接近甚至大于100％，正常情况下，认为能达到0.6-0.7，泵效良好。通常，泵的充满程度大于泵效。通过泵的充满程度计算公式，理论计算油井的最大泵的充满程度。本发明可以计算不同制度下油井产量和系统效率。以产液量损失率最低为目标，优选系统效率最高的制度作为该井的间抽制度。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。本发明中未详细描述的装置结构及系统方法是均为现有技术，本发明中不再进行进一步的说明。

Claims (10)

1.一种油井间抽控制系统，其特征在于：包括抽油机(3)、载荷传感器(1)、位移传感器(2)和间抽控制器(4)，所述的间抽控制器(4)分别与抽油机(3)、载荷传感器(1)和位移传感器(2)电信号连接；所述的载荷传感器(1)和位移传感器(2)对抽油机(3)的抽油杆载荷和位移进行测量。

2.根据权利要求1所述的一种油井间抽控制系统，其特征在于：所述的间抽控制器(4)至少包括井口采集器、自动控制单元、显示单元和操作单元，所述的井口采集器、显示单元和操作单元分别与自动控制单元电信号连接。

3.根据权利要求1所述的一种油井间抽控制系统，其特征在于：所述的载荷传感器(1)和位移传感器(2)均通过电缆与间抽控制器(4)的井口采集器电连接。

4.一种油井间抽控制方法，其特征在于：具体步骤为：

步骤一，通过载荷传感器(1)和位移传感器(2)对抽油机(3)中抽油杆的载荷和位移进行测量，采集载荷与时间、位移与时间曲线，生成光杆示功图；

步骤二，通过光杆示功图求解泵功图；

步骤三，通过泵功图中泵的充满程度计算公式，得到理论最大泵的充满程度值，确定泵充满程度的设定值范围；

步骤四，根据泵的充满程度设定值，绘制停井和开井的时间曲线，找到拐点，确定间抽的停井和开井时间；

步骤五，对比不同制度下产液量和系统效率，选择产液量损失最小或系统效率最高的制度为合理间抽制度。

5.根据权利要求4所述的一种油井间抽控制系统，其特征在于：所述的抽油机(3)中抽油杆的载荷和位移电信号通过电缆线传至井口采集器，然后上传至自动控制单元进行运算求解光杆示功图数据，建立抽油杆和油管的有限元模型和液柱差分计算模型，然后迭代求解出深井泵口处载荷和抽油杆载荷和位移与时间的关系图，即得到泵功图。

6.根据权利要求4所述的一种油井间抽控制系统，其特征在于：所述的泵功图的充满程度＝(游动阀开启点位移-游动阀关闭点位移)/(固定阀关闭点位移-固定阀开启点位移)。

7.根据权利要求4所述的一种油井间抽控制系统，其特征在于：在给定抽油泵中泵的充满程度设定值的情况下，确定油井间抽工作制度；具体为以泵的充满程度的设定值为基准，上下调整5-10个百分点，设定泵的充满度界限值为60％，绘制在泵的充满程度在50％、55％、65％、70％下，油井停井时间和开井时间的关系曲线，从而确定相应的间抽工作制度。

8.根据权利要求7所述的一种油井间抽控制系统，其特征在于：所述的油井的停井时间和开井时间通过泵的充满程度来确定，具体的为：设定泵的充满度界设定值为60％，当泵的充满度为60％时，停机至少10分钟，开井生产到泵的充满度达到设定的60％，记录生产时间，再停井至少20分钟，开井生产到泵的充满度达到设定的60％，记录生产时间，以此类推，绘制停井和开井时间曲线，找到拐点，拐点处的停井时间和开井时间即为间抽时的停井和开井时间。

9.根据权利要求8所述的一种油井间抽控制系统，其特征在于：所述的拐点为随着停井时间的增加井筒内液面的恢复速度变慢。

10.根据权利要求7所述的一种油井间抽控制系统，其特征在于：所述的抽油泵中的泵的充满程度设定值范围为：60％<泵的充满程度<理论计算的最大泵的充满程度；

理论计算的最大泵的充满程度计算如下式：

式中，K——余隙系数；余隙系数K＝S₀/S，其中，S₀为余隙长度，单位为m；S为冲程，单位为m；R——泵吸入口气液比，m³/m³；

p_s——抽油泵吸入口沉没压力，MPa；p_d——抽油泵排出口排出压力，MPa；n——天然气多变过程指数。

Images