示功圖與油井供液能力定量化分析7頁

1、示功圖與油井供液能力定量化分析示功圖與油井供液能力定量化分析鐘張起1,2 侯讀杰1 張春梅2 王軍2 侯風(fēng)玉2（1中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 海淀 100083；2中石化中原油田分公司采油五廠，河南 濮陽 457001）摘要：通過對實測示功圖研究，確定了評價油井供液能力的3個參數(shù)，卸載沖程、卸載比和加卸比。卸載沖程和卸載比越大，供液能力越低；加卸比越大，供液能力越高。慣性載荷、振動載荷、氣體和漏失4種因素對卸載沖程和卸載比影響較大，對加卸比影響較小。結(jié)合研究區(qū)資料，對卸載沖程、卸載比和加卸比進(jìn)行優(yōu)選，加卸比誤差井次最少，是表征油井供液能力最好的指標(biāo)。根據(jù)加卸比的大小，把油井供液能力分為

2、4級。進(jìn)行區(qū)塊分析時，通過不同時期泵效、沉沒度、動液面和加卸比4項指標(biāo)判斷油井供液能力變化，結(jié)果一致。泵效和加卸比的變化幅度比較接近，用加卸比來衡量油井的供液能力，更可靠。關(guān)鍵詞：示功圖；抽油機(jī)井；供液能力；定量化；載荷游梁式抽油機(jī)在油田應(yīng)用廣泛，測取抽油機(jī)井示功圖是分析、診斷抽油機(jī)井是否正常生產(chǎn)的一種有效手段，也是抽油機(jī)井日常管理工作的一個重要組成部分1-3。近年來，隨著油田信息化的快速發(fā)展，我國各大油田已相繼進(jìn)入智能化、自動化、可視化和實時化的數(shù)字化階段。油井工況智能診斷是數(shù)字化油田發(fā)展的一個重要方面，但目前的應(yīng)用缺乏對油井重要參數(shù)的考慮，工況診斷結(jié)果不全面，時效性差，而且在工況的批量診斷

3、方面研究不夠4-6。示功圖診斷是通過示功圖曲線的形狀來研究抽油機(jī)井工況信息，由于它是圖形文件，在進(jìn)行區(qū)塊分析時，限制了示功圖的應(yīng)用。示功圖的形狀能反映油井供液能力，刀把形是供液不足的典型示功圖，根據(jù)刀把是否出現(xiàn)、以及刀把的長短，可以定性判斷油井供液正常、供液不足和嚴(yán)重供液不足。從示功圖中提取一些參數(shù)，使它能反映刀把的形狀以及長短，進(jìn)而可以定量判斷油井供液能力。1理論井示功圖示功圖是抽油機(jī)光桿載荷與位移的關(guān)系曲線，通過檢測抽油桿周期性上、下運(yùn)動時不同位移處抽油桿上所承受的載荷來反映油井的工作狀況。由于抽油機(jī)井的情況較為復(fù)雜，在生產(chǎn)過程中，深井泵將受到砂、蠟、水、氣、稠油和腐蝕等多種因素的影響，所

4、以，實測示功圖的形狀很不規(guī)則。為了正確分析和解釋示功圖，常需要以理論示功圖及典型示功圖為基礎(chǔ)，進(jìn)而分析和解釋實測示功圖7-8。靜載荷作用的理論示功圖為平行四邊形ABCD，考慮慣性載荷的理論示功圖是將慣性載荷疊加在靜載荷上，慣性載荷的影響使靜載荷理論示功圖被扭曲一個角度，變?yōu)椴灰?guī)則四邊形ABCD，如圖1所示。當(dāng)考慮振動載荷時，則將由抽油桿振動引起的懸點載荷疊加在四邊形ABCD上。在粘性液體中，抽油桿柱的振動為阻尼振動，因此振動載荷的影響將逐漸減弱。另外，由于振動載荷的方向具有對稱性，反映在示功圖上的振動載荷也是按上、下沖程對稱的。圖1 考慮慣性和振動后的理論示功圖 2示功圖參數(shù)分析典型示功圖是指

5、某一因素影響十分明顯，示功圖的形狀反映了該因素影響的基本特征。盡管實際情況很復(fù)雜，但總是存在一個最主要因素，因此可根據(jù)示功圖判斷泵的工作狀況9-10。一般來說，示功圖都有加載過程和卸載過程，都會對應(yīng)有最大載荷點和最小載荷點，圖2為研究區(qū)A96-4井實測示功圖。圖2 研究區(qū)A96-4井實測示功圖2.1參數(shù)定義為了克服人為因素的影響，使參數(shù)取值更客觀，定義以下4個參數(shù)。（1）加載沖程：示功圖中，光桿位移從零到最大懸點載荷對應(yīng)位移的距離，稱為加載沖程，即圖2中A點對應(yīng)的橫坐標(biāo)。（2）卸載沖程：示功圖中，光桿位移從最大點到最小懸點載荷對應(yīng)位移的距離，稱為卸載沖程，即圖2中B、C兩點橫坐標(biāo)的差值。（3）

6、卸載比：卸載沖程與光桿沖程的比值，稱為卸載比。（4）加卸比：加載沖程與卸載沖程的比值，稱為加卸比。對同一口井來說，卸載沖程越大，示功圖中顯示的刀把越長，油井供液能力越低。同理，卸載比越大，油井供液能力也越低。加卸比越大，油井供液能力越高。2.2影響因素分析理論上，卸載沖程、卸載比和加卸比都能定量化表示油井供液能力，而它們又存在一些干擾因素，不能完全反映油井的供液能力。（1）慣性載荷的影響，慣性載荷使靜載荷理論示功圖扭曲一個角度。慣性載荷越大，示功圖扭曲的角度也越大，對應(yīng)加載沖程和卸載沖程增大。同樣供液能力條件下，與泵深小的井相比，泵深大的井卸載沖程較大。慣性載荷對加卸比的影響相對較小，因為它使

7、加載沖程和卸載沖程同時增大。（2）振動載荷的影響，振動載荷使理論示功圖的上下沖程變成波浪線。振動載荷越大，加載沖程和卸載沖程也越大。振動載荷對加卸比的影響相對較小。（3）氣體的影響，由于氣體很容易被壓縮，使加載沖程和卸載沖程增加。下沖程末余隙內(nèi)存有溶解氣，上沖程開始后泵內(nèi)的壓力因氣體膨脹而不能很快降低，使固定閥打開滯后，加載緩慢。下沖程由于氣體壓縮，泵內(nèi)壓力不能迅速提高，游動閥打開滯后，因此卸載緩慢。氣體含量越高，加載沖程和卸載沖程越大。氣體對加卸比的影響相對較小。（4）漏失的影響，漏失越嚴(yán)重，對示功圖影響越大。沖次越快，漏失的影響就越小。游動閥漏失的影響只發(fā)生在上沖程，使加載沖程增加。固定閥

8、漏失的影響只發(fā)生在下沖程，使卸載沖程增加。慣性載荷、振動載荷和氣體這3種因素對示功圖的影響是廣泛存在的，而漏失對示功圖的影響范圍較小。理論上分析，同樣供液能力條件下，各種因素對卸載沖程和卸載比的影響較大，對加卸比的影響較小。3礦場應(yīng)用3.1研究區(qū)概況研究區(qū)位于東濮凹陷西斜坡帶中段，主要含油層位為沙3中及沙3下，含油面積4.5km2，石油地質(zhì)儲量1073104t，可采儲量296104t，標(biāo)定采收率27.65%。儲層平均孔隙度20.54%，平均滲透率22010-3m2，原油密度0.850.87 g/cm3，原油粘度 2.989.11mPas，為常溫常壓中滲復(fù)雜斷塊油藏。3.2參數(shù)優(yōu)選2013年4月

9、，研究區(qū)共有可對比示功圖井89口，213井次示功圖數(shù)據(jù)。通過軟件把示功圖數(shù)字化，得到各個示功圖的卸載沖程、卸載比和加卸比等示功圖參數(shù)。正常生產(chǎn)情況下，根據(jù)實測示功圖是否出現(xiàn)刀把形狀，技術(shù)人員把抽油機(jī)井分為供液正常和供液不足兩類。結(jié)合實測示功圖的解釋結(jié)果，確定供液正常和和供液不足的界限。然后，根據(jù)各參數(shù)劃定的界限，再重新解釋實測示功圖。不同參數(shù)解釋的結(jié)果有一部分與技術(shù)人員解釋的結(jié)果相矛盾，矛盾井次最少的參數(shù)，就是表征供液能力最好的參數(shù)，統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。由表可知，加卸比判斷供液能力誤差井次最少，且誤差在10%以內(nèi)，滿足工程需要。表1 不同參數(shù)判斷供液能力統(tǒng)計參數(shù)范圍供液不足界限矛盾井次矛盾井次

10、百分比參數(shù)可靠性加卸比0.186-1.4110.800157.04較可靠卸載比0.064-0.9880.333198.92一般卸載沖程/m0.298-4.7211.500209.39較差3.3供液能力分級理論分析和實測示功圖數(shù)據(jù)表明，與卸載比和卸載沖程相比，加卸比用來評價油井供液能力，對它進(jìn)行定量化以及分級，更有優(yōu)勢。根據(jù)加卸比的取值范圍，把油井供液能力分為4級。供液能力、加卸比、泵效、沉沒度以及動液面的關(guān)系，如表2所示。由表可知，隨著供液級別的增加，加卸比、平均泵效和沉沒度也在增加，平均動液面與之相反。對90%以上的油井，加卸比與供液能力對應(yīng)關(guān)系較好。但對某些特殊井，加卸比的高低并不能完全代

11、表油井的供液能力。同一口井，加卸比越高，油井供液能力也越高，可以根據(jù)油井的實際情況，單獨(dú)進(jìn)行供液能力分級。表2 加卸比分級與其他參數(shù)的關(guān)系供液能力加卸比井次泵效/%沉沒度/m動液面/m級0.44125.197.551751級0.40.66443.8170.711704級0.60.84461.2281.931475級0.86470.2645.2910103.4區(qū)塊動態(tài)分析目前，進(jìn)行區(qū)塊分析時，評價區(qū)塊供液能力高低的指標(biāo)就是動液面。抽油機(jī)井動液面測試方法是利用聲波反射原理，井口測試儀器記錄下聲波反射曲線，經(jīng)過分析計算得到動液面數(shù)據(jù)。該方法存在的問題主要有3個：（1）當(dāng)套管沒有氣體或者動液面深度大于

12、2500米時，動液面很難測試出來；（2）對頂部有封隔器的抽油機(jī)井，不能測量動液面；（3）對含氣量高的井，由于存在泡沫段，也會造成動液面測量不準(zhǔn)。隨著油田信息化的快速發(fā)展，示功圖測試技術(shù)不斷進(jìn)步，用示功圖參數(shù)來衡量油井供液能力有很大優(yōu)勢。2013年4月，利用泵效、動液面、沉沒度和加卸比進(jìn)行油井供液能力分析，統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。表中，變化幅度是差值與上半月基數(shù)比值的百分?jǐn)?shù)。由表可知，與上半月相比，區(qū)塊下半月的泵效、沉沒度和加卸比都有所降低，動液面有所增加，這些指標(biāo)的變化都說明區(qū)塊整體的供液能力有所降低。從各指標(biāo)的變化幅度可知，泵效和加卸比的比較接近。因此，從某種程度上說，與動液面和沉沒度相比，用加

13、卸比來衡量油井的供液能力，更可靠。表3 區(qū)塊分析中不同指標(biāo)對比指標(biāo)泵效/%動液面/m沉沒度/m加卸比上半月53.641408393.140.659下半月49.721434337.690.626差值-3.9226-55.45-0.033變化幅度-7.311.83-14.11-5.084結(jié)論（1）在實測示功圖中，確定了評價油井供液能力的3個參數(shù)，卸載沖程、卸載比和加卸比。卸載沖程和卸載比越大，供液能力越低；加卸比越大，供液能力越高。（2）分析了慣性載荷、振動載荷、氣體和漏失4種因素對示功圖參數(shù)的影響，它們對卸載沖程和卸載比影響較大，對加卸比影響較小。（3）結(jié)合研究區(qū)資料，對卸載沖程、卸載比和加卸比

14、參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，加卸比誤差井次最少，在10%以內(nèi)，是表征油井供液能力最好的指標(biāo)。（4）根據(jù)加卸比的大小，把油井供液能力分為4級。隨著供液級別的增加，加卸比、平均泵效和沉沒度也在增加，動液面降低。對90%以上的油井，加卸比與供液能力對應(yīng)關(guān)系較好。（5）進(jìn)行區(qū)塊分析時，通過不同時期泵效、沉沒度、動液面和加卸比4項指標(biāo)判斷油井供液能力變化，結(jié)果一致。從各指標(biāo)的變化幅度可知，泵效和加卸比的比較接近。用加卸比來衡量油井的供液能力，更可靠。參考文獻(xiàn):1 Gibbs S G, Neely A B. Computer diagnosis of down-hole conditions in sucker rod

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18、大專項：東濮凹陷油氣富集規(guī)律與增儲領(lǐng)域（編號：2011ZX05006-004-07）作者簡介：鐘張起，1975年11月生。1995年畢業(yè)于重慶科技學(xué)院地質(zhì)專業(yè)， 2012年進(jìn)入中國地質(zhì)大學(xué)（北京），在讀博士研究生。主要研究方向為油氣田開發(fā)工程，二氧化碳驅(qū)等方面的研究工作。電話：E-mail：zhongzhangqiDynamometer card and quantitative analysis of well deliverabilityZhong Zhangqi1,2 Hou Dujie1 Zhang Chunmei2 Wang Jun1 Hou Fengyu2

19、（1.School of Energy Resources,China University of Geosciences,Beijing,100083，China;2.No.5 Oil Produnction Plant,Zhongyuan Oilfield Company,SINOPEC,Puyang,457001,China）Abstract: Through research on actual dynamometer card, unload stroke , unload ratio and load/unload ratio are determined to evaluate

20、the well deliverability. The larger unload stroke and unload ratio, the lower well deliverability, as well as the law of load/unload ratio is opposite. Inertial load , vibratory load , gas and leakage influence more remarkbly on unload stroke and unload ratio than load/unload ratio. Combined with field data in the study area, unload stroke, unload ratio and load/unload ratio are optimized for quantification of well deliverabil