油井工况自动诊断软件的研究与应用

摘 要：随着油田自动化自动化系统的完善，为功图自动诊断提供了数据保证，通过建立示功图诊断模型以及分析方法。研究了抽油机井地面功图与预测功图之间的转化关系。研究建立了示功图诊断理论，根据油井示功图判断机采井工况，评判漏失、断脱、供液情况，并能进行杆柱校核根据不同的特殊工况油井建立判断计算理论模型，并实现了软件自动处理诊断。

关键词：自动；功图；模型；自动化处理

一、油井工况自动诊断软件研究的意义

随着采油一厂尕斯库勒油田地面系统的建设完成，无论是抽油机井的日常管理，还是油井单井的计量求产，其他各类资料台帐的建立均需要进行数字化处理的要求日益提高，作为诊断技术的研发-抽油机井示功图自动诊断系统，对尕斯库勒数字化油田的系统评价分析和改进完善十分必要。

实现抽油机的的诊断，可以及时发现油井停电、不正常停机，泵工作状况配重不平衡等情况，从而有效地防止设备损坏，减少不必要的生产损失。抽油机运行过程中，油井的机电设备难免会出现一些不正常情况，如井下受蜡影响，杆断、脱，阀失灵等，有些情况如能及时发现并处理，可以减少或避免油井生产损失。

青海油田前期开展的功图诊断技术仅仅限于油井产量的诊断，产量并不能完全反映油井的实际生产状况，虽然在软件的编制过程中考虑了油井工作状态，但并没有对抽油机井工作状态进行明显提示，未完全涉及到漏失断脱的以及井下杆柱的工作状态的判断，因此，根据生产实际开展了油井工况诊断技术研究，达到自动诊断油井工况，提高诊断效率的目的。

二、研究的内容

2.1 数学模型建立

在参考前人研究的基础上，根据生产实际和油田抽油机井的生产状态，确定了功图诊断的模型，即基于油井示功图面积变化，建立相应的数学模型来判断油井供液状况、抽油泵漏失状况、断脱、漏失和杆柱应力等方面进行诊断。

2.2 实现目标

通过数据接口程序，读入采集的功图数据，同时通过计算获得预测功图数据，这时数据准备结束，进入数据处理判断部分。

诊断数学模型是通过对功图的大量分析，我们可以发现一个明显的特点，基于功图显示的是油井上下冲程过程中的载荷变化，其上下冲程的功图具有对称性，因此通过功图补齐的方法通过面积的变化来进行诊断，这是进行功图诊断的基础，本项目就是基于此，如图2-2。

图2-2 实际、预测功图对比

（1） 供液情况的判断

根据实际功图和预测功图面积的对比，可以将供液情况分为3种，供液不足、中度供液不足、严重供液不足，通过简单的计算通过面积比值就可进行计算。比值=实际功图面积/预测功图面积（这个比值可以根据油田功图实际进行预设）。

（2）断脱的判断

如果油井杆柱断脱，那么由于所获取的数据为断脱，因此不能在进行预测功图的获取，只能通过计算悬点最大最小载荷来，通过比较实际功图最大、最小载荷来判断是否断脱。

由于载荷受动液面的影响，如果根据载荷来判定则会导致计算值和实际之间的误差，因此在判断过程中引用了（最大载荷-最小载荷）与实际功图最大最小载荷之间存在某种关系，即通过功图处于最大最小载荷之间的相对位置来确定油井的实际工作状况，如图2-3。

图2-3 计算载荷与实际功图

根据图2-3所示，可以设置实际载荷数据在计算值之间的位置以及两者之间的比值就可以判断实测功图属于断脱（深部断脱，浅部断脱）或喷抽。

（3）光杆功率的计算：通过功图闭合面积即可得到光杆功率。

（4）泵效的计算：根据泵正常工作功图面积与实际功图面积的比值可以得到泵效，在此计算过程中，应该考虑冲程损失对泵效造成的影响。

（5）杆柱校核

根据实测功图的最大最小载荷，通过分级计算每级杆柱的载荷，通过载荷计算杆柱应力并进行校核。

最大杆应力=悬点最大载荷/杆截面积

最小杆应力=悬点最小载荷/杆截面积

在计算过程中油水粘度、密度数据采用了尕斯油田油水平均值，当计算出相当使用应力后，与已知的杆柱最大使用相当应力进行比较，即可进行杆柱应力对比，确定杆柱使用是否超应力。在这个过程中可以通过计算机迭代的使用进行循环计算，直至得到所有的杆柱使用应力值，并完成杆柱的校核。通过以上过程完成计算诊断数学模型后，进行诊断程序的编制。

2.3 软件设计流程图

图2-4 软件设计流程图

三、抽油机井示功图诊断软件的使用

软件适应目前所使用的测试功图和尕斯油田自动化求产系统，由于尕斯油田油井泵深均超过1000米，即使模型忽略一些影响载荷的因素，也不影响功图诊断和杆柱校核的结果，因为这些忽略的部分毕竟占很少的比值。对于浅层油藏来说，就不能完全确保诊断的准确性，因为所构建的数学模型比较粗糙，还不能完全满足这些功图闭合面积较小的功图，因此对浅层油井所进行的诊断只能作为参考。

在软件编制过程中，不断对所建立的数学模型进行试验，发现问题并不断进行修正，经过修正后的模型诊断试验，已经能完成断脱、供液情况、漏失，杆柱校核功能。

功图自动诊断软件在抽油机井的日常维护中起着不可替代的作用，能够及时判断抽油机井的泵况，发现问题及时解决。同时还可以对抽油杆柱进行优化，防止抽油杆柱的偏磨，延长检泵周期。对抽油杆柱进行优化的应用实例。

在多井诊过程中诊断结果可显示并被保存为EXCELL数据方式，方便进行进一步的处理和分析，为油井诊断提供帮助。

在进行功图诊断的同时，利用现有功图数据可以实现井内杆柱受力分析、产量等数据的计算，最大限度的利用了功图提供的信息，提高了功图分析速度。

四、结论与认识

通过工程技术大队项目组成员一致努力，完成了预定的功图诊断软件研究，总结如下：

1) 通过理论研究、实际运算，建立了示功图诊断模型以及分析方法。研究了抽油机井地面功图与预测功图之间的转化关系。研究建立了示功图诊断理论，根据油井示功图判断机采井工况，评判漏失、断脱、供液情况，并能进行杆柱校核根据不同的特殊工况油井建立判断计算理论，并实现了软件自动处理。

2) 软件需要油田提供参数使用的求产诊断软件数据库，方便现场应用。实现用不停抽测取的示功图进行油井工况诊断的技术。

3) 软件可以对目前的自动化功图系统采集的示功图进行分析诊断，软件具有较强的通用性。

通过该项目的研究，发现软件还存在以下一些问题：

1) 诊断软件的使用还不很完善，尤其是对异常情况的警示功能还完全，还必须依靠技术人员进行进一步分析。

2) 复杂工况（如玻璃杆异常功图）的判断还不能确保诊断的准确性，需要继续研究复杂工况的自动诊断技术。

随着对功图诊断方法理论和模型的不断研究和完善，该项技术将会对油田做出更大贡献。

参考文献

【1】崔振华，安锦高，余国安．有杆抽油系统。北京：石油工业出版社，1994：59-66，170-250，300-320．

【2】刘明尧．游梁式抽油机精确动力学分析的新方法。石油机械，1997，25(11)：5-6．