董宝旭 周哲平
长庆油田分公司采油一厂杏南采油作业区，陕西 延安 717502
摘要：随着油田进入开发中后期，部分油井由于地层能量降低等因素，容易出现供液不足，导致生产效率低，无效作业能耗高。传统的解决办法是采用泵径小、冲程短、冲程次数少的连续作业系统，或者采用手动启停时间的间歇采油方式，提高低产油井的生产效率。但仍无法从根本上实现供需协调，解决低产油井自启动过程中的生产效率低、管理难度大、安全风险大等问题。
关键词：抽油机井；低产液；智能间抽；供排协调；
常规抽油机井间抽油技术存在生产效率低、管理难度大、安全风险大等问题。不停输智能间歇泵送技术采用全循环运行和低速摆动运行相结合的工作模式，实时分析动态液位和泵效率优化调节的工作系统；同时，基于抽油杆柱的最大弹性变形，实时优化曲柄的最佳摆动幅度，形成曲柄低速摆动、地下油泵停泵、地面抽油机不停机的智能间抽过程。
一、技术原理与工艺流程
不停输智能间抽技术通过间歇采油智能控制系统，形成曲柄“全循环运行(正常生产)+低速摆动运行(智能间抽)”的工作模式，将需要长时间停机的常规间抽技术升级为曲柄低速摆动运行、井下油泵停抽、地面抽油机不停抽的智能间抽技术。为了最大限度地提高技术适应性和安全可靠性，基于盈亏平衡原则，首先确定不同举升方式的临界日产油量图表，并定义技术适应条件。根据目标油井的泵功图，实时计算分析泵的充满度和动态液位，并与设定的阈值进行比较，确定摆动作业和全循环作业的时间；以抽油杆的最大弹性变形为基础，根据目标油井抽油机的规格和杆柱组合计算悬点的最大位移，利用抽油机四连杆机构中悬点位移与曲柄角度的关系确定曲柄的最佳摆动。同时优化了配套的智能控制系统，实现了来电自启动、不停机瞬间断电井、间歇上电自启动的语音报警。
二、抽油机井系统效率的影响因素
有杆泵抽油系统是一个能量不断传递和转化的过程，每个过程都有能量损失。要确定有多少因素影响抽油井的效率，具体有哪些因素，如何协调这些参数才能做好工作，必须从油井工作流程入手，考虑地层、井筒、井口、地面管线、分离器各个环节的砂、蜡、气、腐蚀、结垢、摩擦等因素造成的系统效率损失。此外，还需要考虑抽汲过程中各种设备的效率。抽油机井举升系统中的各种设备，如尾管、泵、轴、井口、光杆、四连杆机构、减速器、电机等。，增加了系统的输入功率，增加了系统的能耗，从而影响了系统效率。
三、系统效率的灵敏度分析及数学模型
1.敏感性分析要素的建立。抽油机系统是一个涉及空间(地面设备、井下管柱、油藏)和时间、固液耦合、技术与管理交融的复杂多维系统工程。为了更好地分析、研究和提高抽油机井系统效率，运用系统工程的方法，建立了系统效率灵敏度分析系统。一口井分为管理因素、油井因素和抽汲因素三个方面，受22个参数影响，为敏感性分析奠定基础。
2.数学模型。(1)敏感性定量评价。根据抽油井的敏感性分析结果，建立了抽油井系统效率参数的敏感性分析和敏感性评价模型。根据灵敏度评估模型，找出影响系统效率的最关键因素，即最敏感因素，并进一步分析该因素造成不确定性的原因。然后根据敏感度，选择敏感度较小的方案作为项目的最佳方案。(2)设计过程的优化。将各参数不同值的灵敏度分析结果绘制成曲线，并根据斜率大小自动调整参数。以“产量、效率、寿命”协调为目标，以产量分配、负荷、扭矩、抽油杆强度、泵效为约束条件，进行参数仿真计算，然后再次计算参数灵敏度，验证参数仿真的正确性，从而实现参数灵敏度、动态仿真和参数优化的自动结合。
四、系统的关键技术
1.间歇抽油井的优化。根据目标油井的日产液量、原油销售价格、举升成本等参数，基于盈亏平衡原理，建立了间歇泵送临界日产油量计算模型。当利润为零时，日产油量就是临界日产油量。如果目标油井的日产油量大于临界日产油量，建议采用间歇泵送技术。
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其中:V盈利，万元；C-吊装费用，万元；P-原油销售价格，万元/吨；Q-油井日产液量，m3；Fw-含水量，%；C2 C1-无量纲系数。同时，从技术可行性的角度出发，研究和确定油井应用间抽技术的适应条件，达到技术可行、效益优先的选井目的。
2.泵图的实时分析。基于泵功图的动态液位可通过以下经验公式计算:
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其中:油井动态液面Lf-深度，m；δw-泵图上的负载差，kn；ρl-地层产出液密度，kg/m3；Fp-柱塞的横截面积，m2；Pt-井口油压，MPa；Pc-井口套管压力，MPa。抽油泵泵效的传统计算方法是基于泵的理论产液量和实际产液量，即实际产液量与理论产液量之比。但其精度取决于实际产液量的测量精度，油井实际产液量的测量误差往往较大。以油井实测地面示功图为研究对象，得出抽油泵效率为游动阀全开至下止点行程与游动阀全闭至上止点行程之比，即ea/bc或EA/BC(见图1)。根据地面示功图上相应游动阀的关闭点和开启点，计算分析抽油泵的泵效。
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图1地面示功图和泵功图
3.曲柄最佳摆角的确定。以抽油杆的最大弹性变形为基础，根据不同抽油杆柱和泵径组合下的抽油泵悬挂深度、弹性系数和抽油杆质量，计算出抽油杆柱在井筒中静止时的最大弹性变形，即抽油泵不动时驴头悬挂点的最大位移。然后根据悬点位移与曲柄摆角的经验关系，确定曲柄的最佳摆角。因此，当曲柄摆动时，地下油泵停止抽油，抽油机不停止，有效缓解了冬季抽油杆柱向上阻力增大过载和井口结冰堵塞的问题。
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其中:SA——最大悬点位移，m；φ-曲柄摆角，；R-曲柄半径，m；L-连杆长度，m；A-游梁前臂长度，m；B-步进梁后臂的长度，m；ER-抽油杆弹性模量，kn/m2；ET-管材弹性模量，kn/m2；AR-抽油杆截面积，m2；AT-管道横截面积，m2；L-抽油杆长度，m；W-抽油杆静态液柱载荷。
4.智能控制系统的优化匹配。为了提高现场生产应用的安全性，提高停电后的呼叫自启动功能，控制柜不需要手动复位；增加了间歇泵送至全循环运行的语音报警功能，有效避免了抽油机启动过程中可能出现的人身伤害；同时，提高了旁路工频正常运行时的电压和电流保护。
五、现场应用的实例
1.大港油田低产油井应用了抽油井不关井智能间抽技术，系统效率平均为23.76%，比实施前的13.64%提高了10.12%；日平均用电量130.05 kW·h，比实施前的221.47 kW·h低91.42 kW·h，平均节电率41.1%。目前，所有应用油井生产运行稳定，生产过程中无抽油杆疲劳损坏和电机过载。以一口井为例，平均日产油5 m3，2.95 t，系统效率10.6%，日耗电量230.4 kW·h .油井基础数据。为了提高油井的生产效率，试验中采用了智能间歇泵送技术。间歇泵送系统的最佳设计是关10分钟，开5分钟，曲柄的最佳摆幅为22.4。目前油井平均日产液量5.3 m3，日产油3.04 t，系统效率16.7%，日耗电量132.5 kW·h，具有明显的增效降耗效果。
2.结论与理解。(1)抽油机井智能间歇抽油技术利用曲柄全循环作业和低速摆动作业相结合的工作方式，实现低产液井的供排协调，有效提高油井的生产效率；(2)不停输智能间歇泵送技术解决了常规间歇泵送技术存在的操作维护管理困难、自启动安全风险高的问题，提高了低产液井的智能管理水平，对低产液井的安全高效开发具有重要意义。
总之，基于灵敏度分析的抽油井系统设计方法定量计算了15个参数对系统的影响，为现场调整提供了科学依据。基于灵敏度分析和油井动态参数模拟技术的机、杆、泵参数优化设计方法具有较高的设计符合率。大量现场应用证明，该方法节能效果好，系统效率大大提高，抽汲参数系统优化，是一种先进的方法。
参考文献：
[1]殷红.低产低效井间抽措施的适应性.2018.
[2]任小洋， 新型智能间抽技术在超低渗油田中的应用.2019.