示功圖與油井供液能力定量化分析7頁(yè)

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(guó)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(yáng) 457001）摘要：通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)示功圖研究，確定了評(píng)價(jià)油井供液能力的3個(gè)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(dòng)載荷、氣體和漏失4種因素對(duì)卸載沖程和卸載比影響較大，對(duì)加卸比影響較小。結(jié)合研究區(qū)資料，對(duì)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(jí)。進(jìn)行區(qū)塊分析時(shí)，通過(guò)不同時(shí)期泵效、沉沒(méi)度、動(dòng)液面和加卸比4項(xiàng)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(lái)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(cè)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(gè)重要組成部分1-3。近年來(lái)，隨著油田信息化的快速發(fā)展，我國(guó)各大油田已相繼進(jìn)入智能化、自動(dòng)化、可視化和實(shí)時(shí)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(gè)重要方面，但目前的應(yīng)用缺乏對(duì)油井重要參數(shù)的考慮，工況診斷結(jié)果不全面，時(shí)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(guò)示功圖曲線的形狀來(lái)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(shí)，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(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)檢測(cè)抽油桿周期性上、下運(yùn)動(dòng)時(shí)不同位移處抽油桿上所承受的載荷來(lái)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(guò)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(shí)測(cè)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(shí)測(cè)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(gè)角度，變?yōu)椴灰?guī)則四邊形ABCD，如圖1所示。當(dāng)考慮振動(dòng)載荷時(shí)，則將由抽油桿振動(dòng)引起的懸點(diǎn)載荷疊加在四邊形ABCD上。在粘性液體中，抽油桿柱的振動(dòng)為阻尼振動(dòng)，因此振動(dòng)載荷的影響將逐漸減弱。另外，由于振動(dòng)載荷的方向具有對(duì)稱性，反映在示功圖上的振動(dòng)載荷也是按上、下沖程對(duì)稱的。圖1 考慮慣性和振動(dòng)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(shí)際情況很復(fù)雜，但總是存在一個(gè)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(lái)說(shuō)，示功圖都有加載過(guò)程和卸載過(guò)程，都會(huì)對(duì)應(yīng)有最大載荷點(diǎn)和最小載荷點(diǎn)，圖2為研究區(qū)A96-4井實(shí)測(cè)示功圖。圖2 研究區(qū)A96-4井實(shí)測(cè)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(gè)參數(shù)。（1）加載沖程：示功圖中，光桿位移從零到最大懸點(diǎn)載荷對(duì)應(yīng)位移的距離，稱為加載沖程，即圖2中A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)。（2）卸載沖程：示功圖中，光桿位移從最大點(diǎn)到最小懸點(diǎn)載荷對(duì)應(yīng)位移的距離，稱為卸載沖程，即圖2中B、C兩點(diǎn)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(duì)同一口井來(lái)說(shuō)，卸載沖程越大，示功圖中顯示的刀把越長(zhǎng)，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(gè)角度。慣性載荷越大，示功圖扭曲的角度也越大，對(duì)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(duì)加卸比的影響相對(duì)較小，因?yàn)樗?/p>

7、加載沖程和卸載沖程同時(shí)增大。（2）振動(dòng)載荷的影響，振動(dòng)載荷使理論示功圖的上下沖程變成波浪線。振動(dòng)載荷越大，加載沖程和卸載沖程也越大。振動(dòng)載荷對(duì)加卸比的影響相對(duì)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(kāi)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(kāi)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(dòng)閥打開(kāi)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(duì)加卸比的影響相對(duì)較小。（4）漏失的影響，漏失越嚴(yán)重，對(duì)示功圖影響越大。沖次越快，漏失的影響就越小。游動(dòng)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(dòng)載荷和氣體這3種因素對(duì)示功圖的影響是廣泛存在的，而漏失對(duì)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(duì)卸載沖程和卸載比的影響較大，對(duì)加卸比的影響較小。3礦場(chǎng)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(chǔ)量1073104t，可采儲(chǔ)量296104t，標(biāo)定采收率27.65%。儲(chǔ)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(duì)比示功圖井89口，213井次示功圖數(shù)據(jù)。通過(guò)軟件把示功圖數(shù)字化，得到各個(gè)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(shí)測(cè)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(shí)測(cè)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(shí)測(cè)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(jì)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(jì)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(jí)理論分析和實(shí)測(cè)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(lái)評(píng)價(jià)油井供液能力，對(duì)它進(jìn)行定量化以及分級(jí)，更有優(yōu)勢(shì)。根據(jù)加卸比的取值范圍，把油井供液能力分為4級(jí)。供液能力、加卸比、泵效、沉沒(méi)度以及動(dòng)液面的關(guān)系，如表2所示。由表可知，隨著供液級(jí)別的增加，加卸比、平均泵效和沉沒(méi)度也在增加，平均動(dòng)液面與之相反。對(duì)90%以上的油井，加卸比與供液能力對(duì)應(yīng)關(guān)系較好。但對(duì)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(shí)際情況，單獨(dú)進(jìn)行供液能力分級(jí)。表2 加卸比分級(jí)與其他參數(shù)的關(guān)系供液能力加卸比井次泵效/%沉沒(méi)度/m動(dòng)液面/m級(jí)0.44125.197.551751級(jí)0.40.66443.8170.711704級(jí)0.60.84461.2281.931475級(jí)0.86470.2645.2910103.4區(qū)塊動(dòng)態(tài)分析目前，進(jìn)行區(qū)塊分析時(shí)，評(píng)價(jià)區(qū)塊供液能力高低的指標(biāo)就是動(dòng)液面。抽油機(jī)井動(dòng)液面測(cè)試方法是利用聲波反射原理，井口測(cè)試儀器記錄下聲波反射曲線，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算得到動(dòng)液面數(shù)據(jù)。該方法存在的問(wèn)題主要有3個(gè)：（1）當(dāng)套管沒(méi)有氣體或者動(dòng)液面深度大于

12、2500米時(shí)，動(dòng)液面很難測(cè)試出來(lái)；（2）對(duì)頂部有封隔器的抽油機(jī)井，不能測(cè)量動(dòng)液面；（3）對(duì)含氣量高的井，由于存在泡沫段，也會(huì)造成動(dòng)液面測(cè)量不準(zhǔn)。隨著油田信息化的快速發(fā)展，示功圖測(cè)試技術(shù)不斷進(jìn)步，用示功圖參數(shù)來(lái)衡量油井供液能力有很大優(yōu)勢(shì)。2013年4月，利用泵效、動(dòng)液面、沉沒(méi)度和加卸比進(jìn)行油井供液能力分析，統(tǒng)計(jì)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(méi)度和加卸比都有所降低，動(dòng)液面有所增加，這些指標(biāo)的變化都說(shuō)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(shuō)，與動(dòng)液面和沉沒(méi)度相比，用加

13、卸比來(lái)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(duì)比指標(biāo)泵效/%動(dòng)液面/m沉沒(méi)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(shí)測(cè)示功圖中，確定了評(píng)價(jià)油井供液能力的3個(gè)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(dòng)載荷、氣體和漏失4種因素對(duì)示功圖參數(shù)的影響，它們對(duì)卸載沖程和卸載比影響較大，對(duì)加卸比影響較小。（3）結(jié)合研究區(qū)資料，對(duì)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(jí)。隨著供液級(jí)別的增加，加卸比、平均泵效和沉沒(méi)度也在增加，動(dòng)液面降低。對(duì)90%以上的油井，加卸比與供液能力對(duì)應(yīng)關(guān)系較好。（5）進(jìn)行區(qū)塊分析時(shí)，通過(guò)不同時(shí)期泵效、沉沒(méi)度、動(dòng)液面和加卸比4項(xiàng)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(lái)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

15、 pumping wellsJ. Journal of Petroleum Technology, 1966, 18(1): 91-98.2 Gibbs S G. Predicting the behavior of sucker-rod pumping systemsJ. Journal of Petroleum Technology, 1963, 15(7): 769-778.3 薛建泉, 岳廣韜, 張國(guó)棟. 抽油機(jī)井地面示功圖量油技術(shù)研究J. 石油鉆采工藝, 2012, 34(3): 61-66.4 Nazi G M, Ashenayi K, Lea J F, et al. Applic

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18、大專項(xiàng)：東濮凹陷油氣富集規(guī)律與增儲(chǔ)領(lǐng)域（編號(hào)：2011ZX05006-004-07）作者簡(jiǎn)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(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），在讀博士研究生。主要研究方向?yàn)橛蜌馓镩_(kāi)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