（工程力学专业论文）基于停井指数评价技术的油井生产效率优化研究.pdf

摘要 随着计算机的普及和网络技术的突飞猛进，“数字化油田成为油田发展的新 方向，但是在采油队的数据采集以及采油队与采油厂数据传输之间仍然采用人工报 表、层层汇报的原始方法，并且生产分析同样依赖人工总结，采油厂不能及时了解 采油队的生产信息，导致油水井生产决策的间断、滞后。 。 本文在综合研究影响油水井生产效率各种因素的基础上，提出了一种新的提高 油水井生产效率的分析方法，即停井指数评价技术。该方法根据采油厂生产状况， 对制约油水井生产的因素划分为地面因素、地下因素、日常维护三类，每一类因素 又细分为更具体的因素，利用先进的n e t 网络技术、大型的网络数据库和高速的服 务器平台开发出一种网络软件系统，该系统实现了生产信息的及时传输和统计，可 随时查询任意区块、井号、时间段的生产数据，并且随时对任意条件下的生产数据 进行计算处理，得到优化结果。优化结果通过报表和图形的方式，直观显示制约生 产效率的主要因素，采油厂可以根据优化结果即时制定生产决策，达到提高油水井 生产效率的目的。 经过停井指数评价分析，地下因素中管和杆的因素是最主要的影响因素，因此 对抽油杆偏磨、计管柱下入摩阻和油水井管柱最佳下入轨道进行了详细分析。推导 出计算抽油杆悬点极限载荷的计算方法，并对抽油杆的偏磨和强度校核进行了推 导；根据三弯距方程准确计算扶正器的安装间距，减少了停井因素中杆的影响因素。 最后，以某采油厂2 0 0 3 年到2 0 0 6 年油水井的生产数据为例，应用依据本文研 究编制的软件对采油厂区块内的生产数据进行优化分析，总结出该油田停井指数的 变化规律，并在此基础上对影响油水井生产效率的因素进行计算，结果表明，地下 因素为最大影响因素，约占5 0 2 7 ，其中措施作业和躺井作业为主要因素，这两 种因素中最重要的因素为管、杆的因素占7 2 3 。 关键词：油水井，生产效率，停井指数，n e t m u l t i d i s c i p l i n a r ya n a l y s i sr e s e a r c ho fi m p r o v e t h eo i l ，w e l lp r o d u c t i o ne f f i c i e n c y w uw e i w e i ( e n g i n e e r i n gm e c h a n i c s ) d i r e c t e db yp r o f y a hx i a n g z h e n a b s t r a c t w i t ht h ep o p u l a r i z m i o no fc o m p u t e ra n da d v a n c er a p i d l yo fn e tw o r kt e c h n i q u e ， d i g i t i z a t i o nh a sb e c o m et h ec o u r s eo ft h eo i lf i e l d h o w e v e ra tt h ep r o g r e s so fp r o d u c t i o n c o n t r o l ，d a t ag a t h e r i n ga n dd a t at r a n s m i t ，o i lp r o d u c t i o nc r e wu s u a l l yu s et h em e t h o do f a r t i f i c i a lr e p o r t s ，l a y e ru n d e rl a y e rr e p o t s ，a tt h es a w l et i m et h ep r o d u i o na n a l y s i si sa l s o d e p e n d e n c e0 1 1a r t i f i c i a ls u m m i n g u p ，o i lp r o d u c t i o n m i l lc a nn o tk n o wt h ep r o d u c t i o nd a t ao f o i lp r o d u c t i o nc r e ww i t h o u td e l a y t h ep a p e rc o m p r e h e n s i v er e s e a r c ha l lk i n d so fa f f e c t i o nw h i c he f f e c tt h eo i l w e l l p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y , d e v e l o pan e wm e t h o d ，c a l l e dw e l lo f f c o e f f i c i e n te v a l u a t em e t h o d t h i st e c h n i q u ei sb a s e do ns y s t e ma n a l y s i sf a c t o r , d i v i d et h ee f f i c i e n to fe f f e c t t h eo i l p r o d u c t i o nt ot h r e et y p e s ，s u r f a c eo ft h ee a r t hf a c t o r , s u b s u r f a c eo ft h ee a r t hf a c t o r , d a i l y s e r v i c i n gf a c t o r , e a c he f f i c i e n ti s s u b d i v i d e dt ob o d i l ye f f i c i e n t ，u s et h ea d v a n c e d n e t n e t w o r kt e c h n i q u e ，h u g em e s hd a t ab a s ea n dh i g hp e r f o r m a n c es e r v e rp l a t f o r md e v e l o pt h e p r o d u c t i o ne f f i c i e n c yo p t i m i z a t i o ns y s t e m t h es y s t e mr e s o l v e st h ep r o d u c t i o ni n f o r m a t i o n t r a n s m i s s i o np r o b l e ma n do i le x t r a c t i o nf a c t o r yw o r k e rc a l li n q u i r ea b o u tt h ep r o d u c t i o nd a t a o fa n yt i m eq u a n t u ma n dd e a lw i t ht h ed a t at og 截t h er e s u l t ，d r a wu pt h ep r o d u c t i o nd e c i s i o n t oi r e p r o v et h eo i lw e l lp r o d u c t i o ne f f i c i e n c y o nt h eb a s i so fr e s e a r c hc o n c l u s i o n ，t h ep a p e ra n a l y s i st h ep u m pr o di n t e n s i t y , c o m p u t e t h ef i t t i n gs u s p e n s i o nc e n t e rl o a da n dt h ef i t t i n gf i xi n t e r v a lo fc e n t r a l i z e r p i p es t r i n gd r a g w i t hd r i p p i n gi n ，c o m p u t et h eb e s tt r a je c t o r yo fp i p e ，d e c r e a s et h ea f f e c t i o no f t u b ea n db e a m w i t ht h ep r o d u c t i o nd a t ao fs o m eo n eo i le x t r a c t i o nf a c t o r yb e t w e e n2 0 0 3a n d2 0 0 6 ，u s e t h es o f t w a r ew h i c hp r o g r a mb yt h et h e o r yo ft h ep a p e ra n a l y s i st h ea f f e c t i n gf a c t o r , s u mu p t h ea l t e r n a t i o nr e g u l a rp a t t e r n ，c o m p u t a t i o n a ls o l u t i o ni n d i c a t es u b s u r f a c eo ft h ee a r t hf a c t o ri s t h em o s ti m p o r t a n tf a c t o r ，o c c u p a n c y5 0 2 7 i nt h er e s u l t ，t r e a tt a s ka n dl i ew e l lt a s ki st h e k e yf a c t o r , i nt h es u br e s u l t ，t h et u b ea n d b e a mf a c t o ri st h ek e yf a c t o r ，o c c u p a n c y 7 2 3 k e yw o r d s ：o i lw e l l ，p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y , w e l lo f fc o e f f i c i e n t ，n e t 1 1 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：这垒趋 日期：加略年多月弓日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门 ( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被 查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用 影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签 指导教师签名： 日期：2 坼石月弓e t 日期：们孑年莎月3 日 中国石油大学( 华东) 大学硕士学位论文 l 。1 研究的目的和意义 第一章前言 随着中国石油的海外上市和中国成功加入w t o ，中国石油已经完全融入国际大家 庭，中国石油原享有的国家重点保护政策已不复存在，必须直接面对世界的挑战。采油 厂作为国际上市公司的一个成本控制中心，要进入国际资本市场，就要痛下狠心，彻底 摒弃那些传统的、现已不适用的生产模式，在生产经营过程中不断改进、持续创新、系 统优化，不断追求企业价值最大化【lj 。 油田开发的生产过程是一个复杂的系统工程，而生产成本控制直接影响到油田生产 系统决策的制定，生产成本控制工作事关油田良性开发的大局，是油田开发的重点之一。 目前国内各油田生产成本控制处于非常滞后的状况，生产信息还没有实现有层次的一体 化，技术人员依然根据经验做出生产判断，在国外除了美国等少数国家的油田实现了生 产成本控制系统的应用，大部分国家还没有系统控制生产成本的软件，在油水井生产中 还没有完全实现经过计算机系统优化的生产决策。现有方法已经不能适应现代化管理的 要求，各大油田大型数据库的建成为采油厂的生产数据统一入库和实现生产信息的网上 查询创造了必要的硬件环境，基于停井指数评价技术的油水井生产效率优化系统的研究 与开发正是在此基础上提出的。 本文结合采油厂生产状况，提出新的优化方法：停井指数评价技术。并根据油水并 生产的特殊性，应用计算机技术来实现生产效率优化。根据该技术编制软件，提供图形 界面，显示生产运转状况，日常生产信息的查询以及报表的传输等功能，以便通过计算 机掌握采油生产信息及时做出生产决策。该技术投入生产可有效地规范生产数据管理， 建立起科学高效数据库管理框架，为企业储备宝贵的信息资源。该技术集成的成本控制 生产管理模式，为生产技术管理人员提供了一体化的应用环境，不仅优化了应用流程而 且提供了先进的数据分析和管理方法，为油田的生产管理科学研究、领导决策提供了全 方位多层次的信息服务和决策支持，且能及时发现并消除事故隐患，确保采油厂集约高 效运行，减轻岗位工人的劳动强度、提高劳动生产率、增强采油厂的行业竞争能力。 1 2 研究内容与研究方法 以提高油水井生产效率，提高采油时率为目标，研究油水井管理、生产控制的科学 第一章前言 量化评价方法；在生产管理过程中不断改进、持续创新、系统优化；建立数据库软件模 型，通过数据分析达到成本本控制的最优化，不断追求油水井生产效率的最大化。 1 2 1 研究目标 以提高油水井生产效率，降低生产成本，提高单井生产效率为目标，把成本管理与 科技紧密结合，科学制定实施油田开发措施方案，发挥科技对降本增效的重要作用。把 采油厂成本控制作为一项系统工程，再按成本投入的重点分成若干子系统，再把每个子 系统分为若干个成本能量耗点，分别采取措施，努力降低每个节点的成本，使其运行到 最佳状态，实现整体大系统的成本降低目标。创建经营概念目标，理顺产量、成本的关 系，解决产量、成本目标相互干扰的问题，研究油水井管理、成本控制的科学量化的评 价方法。 1 2 2 研究内容 ( 1 ) 停井指数的研究，包括油水井单井目标管理和采油作业区模块化控制成本管 理研究，建立单井目标责任成本管理模式，解决人控制成本的技术问题，达到成本管理 的深化、细化、优化。 开展单井生产全过程优化管理，降低单井生产成本研究。以单井原始数据计算作为 目标的测算单元，使地面、地下各种因素的影响均能定量化地分析评价，降低客观因素 的影响，真实地反映地面、地下各项工作的管理水平【2 5 】。对油水井进行动态分析研究， 创建单井产量预测目标，使注采分析水平实现量化评价。 老井自然产量目标( 经营地质概念) 必须按照油藏管理、油水井管理、日常生产组 织创建单项目标。 通过对现场油井的停井频率和停井时间的综合分析，实现对采油生产运行质量的评 估，找出生产管理中的瓶颈。对于油井的停井可以分为：地下因素和地面因素。地下因 素又可分为井筒因素和地层因素等等。在单井目标成本研究的基础上开展采油作业区成 本管理的标准模式研究。材料、电力、井下作业等专项费用消耗与管理的标准模式分析。 开展以井区为主体的采油作业费用控制的约束机制研究【2 0 1 。 。 开展材料、电力、井下作业三大项费用消耗规律研究。对直接生产费用、生产维修 费用、水电气及材料费等费用构成进行分析，使重点费用的管理进一步精细化、规范化 【2 4 】 0 ( 2 ) 在停井指数评价技术研究的基础上，针对管杆因素为地面因素中主要的影响 2 中国石油大学( 华东) 大学硕士学位论文 因素的原因，对抽油杆柱受力分析及扶正器设计，抽油杆柱系统的受力、变形与运动状 态诊断、系统工况诊断设计、扶正器安装间距的确定、定向井、斜井优化设计模块、抽 油杆的等强度优化设计等进行研究，通过有选择的运用不同治理技术，达到降低偏磨、 延长作业周期和杆管柱寿命的目的。 ( 3 ) 为了提高油水井采油时率，在抽油杆柱分析的基础上，对管柱下入摩阻和井 身剖面设计进行研究，采用二维模型、三维模型、刚度力模型和整体模型，可以对抽油 杆、套管、钻杆等各种管柱下入过程进行分析，采用两种方法进行井身剖面设计，满足 定向井、水平井、侧钻井、分支井及多目标井等各种类型的井眼轨道设计和随钻轨道设 计的需要。 ( 4 ) 基于停井指数的油水井生产效率优化系统的开发，在以上研究的基础上，针 对采油厂实际情况，开发油水井目标管理数据库。数据库的建立要具有单井目标分析， 油井目标分析，水井目标分析，综合分析目标，即具有总目标、分目标、单项目标分析 功能。分析万元增油量和单元增油量经济标准，为方案设计前期研究、成本预算和效益 评价提供有力工具和手段。 量化的数据分析管理方法在定量管理中有着非常重要的意义【2 1 。数据库分析系统形 成的分析规律与结论报告反馈至领导者或生产指挥部门，便于指挥生产和进行经营决 策。同时，针对生产过程中的管杆偏磨问题进行分析，通过扶正器的设计和管柱下入分 析，达到提高油水井生产效率的目的。 1 2 3 研究方法 分别采用单项成本控制法、成本曲线运行控制法等，建立统一、系统、健全的管理 管理体系，实现油水井成本计划控制、超前预防的目标。 以停井指数评价技术为理论基础，以事前控制、事中控制、事后控制的全方位控制 方法，实现作业区分解的各项生产流程的有效控制和优化设计。 运用停并指数评价技术对生产数据进行分析，找出影响油水井生产效率的主要因 素。通过对抽油杆偏磨分析、扶正器设计和管柱下入摩阻分析，减少地下因素中管杆的 影响，从而提高油水井的生产效率。 采用w i n d o w s 系统下的n e t 编程技术与o r a c l e 数据库系统进行开发，形成方便 实用的专家分析系统。 3 第二章停井指数评价技术的研究 第二章停井指数评价技术的研究 在油水井生产中，生产数据的上报与传输采用人工报表的方式，生产数据的分析按 照人工经验判定，导致制定生产决策的滞后和不准确性。本文提出了一种新的油水井生 产数据评价方法，停井指数评价技术。本章以停井指数评价技术主线介绍了油水井生产 的管理模式，采油厂生产因素的优化分析和油水井单井目标管理的实现等内容。 2 1 停井指数评价技术 长期以来，采油系统评价油井生产时间长短的主要指标是采油时率，采油时率在数 值上等于油井生产时间与日历时间之比。对于如何评价各种因素对采油时率的影响目前 没有一个系统的记录、分析和处理过程，找不出造成油井停井的关键因素和关键环节， 不能及时采取有效措施，从而导致采油时率长期处于比较低的状态，严重影响了油井的 正常生产。为此在管理从粗放型向精细型管理转变、向管理要效益的新形势下，应用停 井指数评价技术分析油井停井原因，有针对性采取措施，提高油井采油时率。 2 1 1 停井指数评价技术工作原理概述 停井指数评价技术是以停井频率和持续时间为主要参数，建立数学分析模型，查找 停井的原因和影响停井时间的因素，制定改进措施，提高采油时率。 停井指数是指在统计期内平均每开一口井的停井时间，在数值上等于停井频率与持 续时间的乘积。停井频率是指在统计期内平均每开一口井的停井次数，在数值上等于总 停井次数与开井数的比值。持续时间是指在统计期内平均每次停井的时间，在数值上等 于总停井时间与总停井次数的比值。 停井指数评价技术工作原理如图2 1 所示。通过对统计期内停井指数、停井频率、 持续时间的计算、对比、分析，寻找影响停井的主要因素和次要因素的主要方面，制定 相应措施，降低停井次数，提高采油时率，提高原油产量。 2 1 2 停井指数评价技术研究方法 停井指数评价技术的应用模式，是将经验与现场实际结合起来，把影响停井的因素 分为地下、地面故障和日常维护三个部分，按影响停井指数、频率和持续时间的比例分 层次确定主要矛盾和次要矛盾的主要方面，从而找出管理中的制约瓶颈，制定目标和措 施，周期性地持续改进，降低停井指数，提高采油时率，增加原油产量。 4 中国石油大学( 华东) 大学硕士学位论文 通过每日对各类停井情况详细记录、归类，使用停井指数、停井频率、持续时间、 影响产量等一系列参数，定量分析在一段时间内占主导位置的停井因素和影响停井指数 的主要问题，通过评价各因素对生产影响程度的高低，有计划地安排解决；通过分析工 作过程中各个阶段时间分布，评价工作效率，查找在工作安排和运行、协调中存在的不 足，达到最大限度减少停井次数和持续时间，提高工作效率和油井有效生产时间的目的， 提高原油产量。分析从停井统计、频率、时间、指数、综合影响五个层次进行分析： 表2 - 1 停井分类表 t a b l e 2 1t a b l eo fw e l lo f fc l a s s i f i c a t i o n 主因素 分支因素直接因素 措施作业 泵类原因躺井 躺井作业 杆类原因躺井 工具类原因躺升 地下因素 管类原冈躺井 带产作业 不成功井作业 其它涉及地下施工 设备故障抽油机配件损坏 上游流程故障 流程故障 下游流程故障 地面故障单井流程故障 炉子损坏故障 高压电路故障 电路故障 低压电路故障 流程维护流程维护 设备检查 设备整修、 设备维护更换电机 更换皮带 调整平衡 日常维护 高压检修 电路检修 低压检修 计量合走井停井计量 更换盘根 油井测试 井口 油井调参 其它施：f 5 第二章停井指数评价技术的研究 ( 1 ) 停井统计，各采油队每天根据停井次数、停井原因、停井类型，分类别统计 停井过程；停井时间要准确到“分”； ( 2 ) 分析停井指数，汇总分析各队别、管理区停井指数和停井频率、持续时间； 分析影响各队别、管理区停井指数的主要因素和各因素比例；对比影响各队别、管理区 停井指数各因素的比例； ( 3 ) 分析停井频率，分析各停井类型的停井频率，将所有停井归纳为2 4 种类型， 如表2 1 所示。首先将影响停井指数的因素分成地下、地面故障和日常维护三大主因素； 其次确定主因素中的分支因素：地下因素由措施、躺并、带产、不成功和其他因素组成； 地面故障由流程、设备和电路故障组成；日常维护由流程、设备、电路、合量、井口及 其他因素组成。 按旬度、月度或任意时问 段分类汇总录入停井数据 l 按频率高i l 低排列 i 高频率停f i 井的因素i ! 高频率停井存在问 题、解决措施 i 按持续时矧 i 盘堡韭型l i 高持续时间i i 停井因素 + 持续时问停井存 题，解决措施 按影响产 高低排列 高影响产量停并存 问题，解决措施 图2 - 1 停井指数优化框图 f i 9 2 1 w e l lo f fc o e f f i c i e n tf r a m ep i c t u r e 最后确定分支因素中的直接因素：地下因素中的措施、躺井、带产、不成功和其他 因素分解的直接因素为管、杆、泵和地层；地面故障中的直接因素，流程故障的直接因 素由上游、下游、单井和炉子坏组成；设备故障的直接因素仍为设备故障，现阶段没有 细分；电路故障的直接因素由高压和低压组成；日常维护中的直接因素，流程维护的直 接因素为流程改造，现阶段没有细分；设备维护的直接因素由整修、检查、更换电机、 更换皮带和调整平衡组成；电路维护的直接因素由高压和低压组成；油井合量的直接因 素为合走井停井计量，不需要细分；井口及其他的直接因素由更换盘根、井口测试、调 整参数和其他组成，仍需继续细分。具体过程是：分析统计期内各种停井类型的数量、频 6 中国石油大学( 华东) 大学硕士学位论文 率、影响比例、影响产量的对比结果，寻找影响停井指数的主要停井类型；分析统计期 内各队别、各种停井类型的数量、频率、影响比例、影响产量的对比结果是否合理，能 否改进，寻找影响各队别停井指数的主要矛盾；分析统计期内各队别的停井频率，寻找 各停井频率升高、降低原因，制定改进措施；分析统计期内各队别、各区块相同停井类 型、停井原因的停井频率，进行横向、纵向比较，寻找升高、降低原因，制定改进措施； 分析统计期内各种停井频率和前期内进行比较，寻找升高、降低原因，持续改进； ( 4 ) 分析持续时间，分析停井过程的持续时间，将所有停井的时间归纳为等待、 施工、开井三个时间段。等待时间指从发现停井到开工前的组织和准备时间，施工时间 指从开- r n 完工的全部施工时间，开井时间指从完- r n 开井的时间。具体分析过程：分 析统计期内停井过程三个时间段的长短、影响比例、影响产量等；分析统计期内各停井 类型中停井过程三个时间段影响停井指数的主要矛盾；分析统计期内，持续时间最长、 最短停井的原因；相同停井类型中持续时间最长、最短的停井原因，统计期内相同停井 类型中持续时间最长、最短的停井比例和所占比例；分析统计期内，停井持续时间是否 合理，能否改进。分析统计期内持续时间中，等待、施工、开井三段时间的比例关系， 寻找主要时间段，分析主要时间段是否合理；分析统计期停井持续时间及各时间段与前 期对比，寻找升高、降低原因，制定改进措施，持续改进； ( 5 ) 综合分析 综合分析停井类型、停井指数、停井频率、持续时间，分析阶段可以是一天、一旬、 一月等，可以是任意一个时间段；分析统计期内停井类型、停井指数、停井频率、持续 时间各参数所占比例，寻找统计期内这些参数的变化；分析统计期内停井指数、停井频 率、持续时间的变化规律，停井指数和持续时间、停井频率的关系规律，持续时间和停 井频率的相互关系规律；进行长期分析，分析停井指数和采油时率的关系，分析各时间 段的平均时间，得出定额时间；通过分析，寻找规律，制定改进措施，不断循环，持续 提高采油时率。 2 2 油水井生产管理模式 石油天然气资源是不可再生资源，因此，石油开发受着自然递减规律的制约。一般 来说，一个采油厂的开采过程总是要经历着上产、稳产和产量递减这样一个明显的“倒 浴盆 型三阶段规律，直至油气资源的枯竭，丧失开采价值。具体表现在以下几个方面： ( 1 ) 每个油气田的开采，总是要经历“开始一旺盛一递减一枯竭 这样一个历程。 7 第二章停井指数评价技术的研究 虽然在递减过程中，采取了各种措施和开采方法以提高采收率，但是终究无法摆脱从递 减到枯竭的过程。因此，受制于油气开采的这个自然规律特点，在开发的后期，不但产 量逐步减少，而且开采难度越来越大，各种消耗和支出增加，成本不断上升。 ( 2 ) 随着油气不断采出，以及采取注水注气等补充地下能量的各种方法，对不同 地层的不同深度就会发生不同的变化。为了解决这个问题，增加油气的产量，除了在注 水工艺上采取分层注水、分层采油外，还应调整注水井的注水量，以及打补充井、调整 井等以适应油气开采的需要。由于地下情况的变化，油水井的调整必然引起对地面设施 要求的变化，为了减缓油气产量的递减速度，还要采取各种增产措施，如酸化、压裂、 下大泵等。 ( 3 ) 地下油气自然蕴藏的分布决定了油气田的分散性。一个油区内可能有几个、 几十个、甚至上百个油气区块分布在广阔的地区，因而决定了油气开采的分散性。一个 地区需要一套集输系统，而在开采过程中又需要各种作业、各工种配合，因而给生产和 管理都带来困难，同时也造成各种消耗和费用开支增加。因此，一个油田和另一个油田 由于地下资源富集程度、油气物性不同，带来开采方法、地面分散程度和地理条件不同 以及油气采出程度不同，造成开采成本高低不一，这也是油气生产和加工产品生产在成 本上完全不同的一个特点。 ( 4 ) 由于上述的特点，决定了石油工业是一个资金、技术、人员密集的行业。只 有采用先进的技术，才能提高油气采收率，使有限的地下资源得到充分的开采，为国家 增加油气产量【3 】。要进行油气生产，需要打大量的油井、注水井，要铺设各种输油管线， 建设集输站以及水、电、机、运各种设施，同时还要有大量的各种技术装备。在油田开 发过程中，还需要有大批技术人员、管理人员和各种技术工人，同时需要消耗大量的专 用管材、钢材和其他材料。因为没有大量的人力、物力和财力的投入，是不可能开采油 气资源的。 2 2 1 油水井生产管理概述 油田企业一般都根据油区大小和分布，设立若干采油厂，分别负责各自区块内的采 油采气工作，根据上级下达的计划，合理组织生产，按时完成生产任务。采油厂一般下 设若干管理区，分管若干采油队。采油队是直接从事油气生产的基层组织，管理油井和 转油站。这样，采油厂的组织结构就形成了采油厂一管理区一采油队三级扁平式管理模 式。班站一级负责单井的生产管理，大队一级根据地质构造特点管理着一个区块的生产 8 中国石油大学( 华东) 大学硕士学位论文 活动，采油厂处于大队的上一级，管理一个或若干个区块的运营，即整个采油厂的生产 经营，并向管理局负责。 采油厂开发生产所涉及的应用单位较多，包括多个基层队、采油管理区、地质所、 工艺所、厂机关主要领导科室以及作业队等。采油队负责油水井地面设施维护和采油注 水计量，形成油水井生产的基本信息；采油管理区管理采油队，根据采油队油水井生产 情况进行一定范围的开发措施调整，有效保证本管理区原油生产任务的完成；地质所根 据全厂油水井生产的动静态资料，制定油田区块单元的开发调整措施和方案、工艺所可 对全厂的油水井通过优化采油注水工艺、油层的防砂防蜡以及堵水等措施提高原油的采 出程度；作业大队对非正常生产的油水井根据地质所或管理区地质组意见进行作业维修 或措施改造。 采油生产管理由以下几个方面组成：采油队是最基本的采油管理单元，采油队内部 包括各个班组，主要有管理班、巡井班、计量班、综合维修班，他们是采油管理的实施 者。采油队的上层是生产管理区，负责管理采油队、和采油厂内部其他单位进行协作， 对采油生产管理的组织层。管理区的上层是采油厂，采油厂的生产管理分为三条线，第 一条是生产运行系统，以调度室为中心，协调运行全厂生产；第二条线是生产管理系统， 以专业科室为主，管理全厂生产；第三条线是技术支持系统，以地质所、工艺所、技术 检测站为主，提供技术支持。其他和管理区相同的三级单位，不仅仅是和管理区协作， 主要的是和采油队协作，生产管理区只是和这些单位进行协调，具体的过程是：采油队 需要工作协作一上报管理区一管理区根据工作情况上报采油厂调度室一调度室安排相 关协作单位一协作单位安排到工作现场进行工作，一般情况下，中途出现一些协作中的 问题，主要由管理区和协作单位协商解决。 采油厂的单位协作关系如下图所示： 暑：回剐囤 图2 - 2 单位协作关系图 f i 9 2 2d e p a r t m e n tc o o p e r a t i o na f f e c t 9 第二章停井指数评价技术的研究 本文结合采油厂的生产经营过程的特殊性和其组织结构的特点，探讨了对采油厂进 行分阶段的、分层次的经济活动动态分析方法，概括为“三阶段、三层次 思想，即： 上产稳产一递减三个生产阶段和采油厂一区块( 油藏) 一单井三个管理层次。这样，既 考虑了生产经营的各个阶段，又考虑了从采油厂到班站的各个管理层次，基本上做到了 对采油厂的经济活动过程进行全面的分析，并且通过把研究期与对比期的情况进行对照 分析，其中，可以取任意长度的时间间隔，即研究期和对比期可以是任何两个可比时期， 这就实现了采油厂经济活动的动态分析。当然研究期、对比期也可以不受限于时间这个 因素，只要是两个具有可比性的指标，都可以用来比较，比如计划水平、历史最好水平、 同行业平均水平等等，都可以放在对比期列，与研究期进行比较。 上产阶段 l 稳产阶段 图2 - 3“三阶段一思想框图 f i 9 2 - 3t h r e ep h a s ef r a m ep i c t u r e 图2 - 4 “三层次”分布框图 f j 9 2 4 t h r e es t e pf r a m ep i c t u r e “三阶段 与“三层次是相互融会贯通的，互为分析基础，即：在具体分析某个 采油厂的经济活动时，可以在生产的三阶段里按三个层次分别进行，也可以在三个层次 上按三个阶段分别进行。在本文中，我们采取前一种分析思路框架。另外，在三阶段问 题上，一般遵循生产活动发生的时间先后顺序进行分析；然而，在三个层次问题上，则 灵活性较大，可以根据需要从采油厂到单井的顺序分析，也可以按从单井到采油厂的顺 序分析。 经过“三阶段、三层次”的分析后，再通过综合分析，把三阶段、三层次联系起来， 达到对采油厂的经济效益进行综合分析的目的。 2 2 2 采油厂均衡生产模式探讨 作为采油生产管理区，均衡生产最主要的是原油产量的均衡，就是指原油产量始终 在原油生产任务以上平稳运行，通过工作量的均衡投入和加强管理防止原油产量起伏波 动，最终实现管理有序、生产任务完成、经济效益提高。 1 0 中国石油火学( 华东) 大学硕上学位论文 产量均衡主要从产量构成均衡开展工作。原油产量由老井自然产油、措施增油和新 井产量构成。老井自然产油主要由生产管理区做工作，措施增油主要由措施储备和措施 运行两方面共同做工作，新井产量主要由地质科研部门做工作。在均衡生产方面，分地 下、井筒、地面三部分，从日常管理、故障处理、保障措施三个方面积累了一定的经验， 在老井自然产油方面，运行自然递减率因素控制、停井指数分析，停井a b c 管理、生 产预警等等；在措施增油方面，正在运行产量储备、躺井预警等；新井产量主要是强化 作业开井。 根据采油厂多年的开发实践可知，油藏投入开发后，油藏内的油气储量、地层压力、 油水性质、油气水分布等诸因素都在变化，因此开发方式也应根据生产情况不断调整。 目前，采油厂普遍采用水驱油的二次机械采油方式和玄卜聚合物的三次采油方式进行石 油开发。在原油开发生产中，需要动态记录油并采集数据和水井注水数据，以实现油层 的注采平衡。油水井在整个油藏中，分别属于不同的区块单元，油层开采方式的调整往 往以单元作为调整的基本单位 1 2 1 。在开发生产中需要动态分析油藏区块单元的各种变 化，通过分析解释现象，认识本质，发现规律，挖掘生产潜力，预测今后的发展趋势。 因此开发生产动态分析的程序一般是依据收集整理资料，绘制图表曲线，分析变化原因， 提出措施意见这个规律进行的。 在采油厂开发生产的众多管理单位中，采油队是油田开发生产的最基层单位，原油 生产中5 0 第一手资料由此产生。采油队掌握着油水井的具体生产和管理情况。作为开 发生产的其它决策和辅助单位，需要及时了解油水井生产情况。根据油水井生产清况， 地质所会从地层的角度去分析开发单元的注采平衡情况，及时进行开发方案的调整；i 艺所会从注采工艺的角度去分析工艺措施效果；作业队会从作业施工效果的角度检查油 水井作业后的生产效果。 在目前的开发生产工作中，无论是小队管理人员，还是管理区、地质所、工艺所的 工程技术人员，日常工作中用很多时间进行基础数据的查询和汇总，以形成采油厂、管 理区、队各项生产日报、旬报、月报。当前采油队生产日常管理和长远规划制定，都需 要对大量的生产信息进行综合分析研究，油田经营管理中的生产形势分析、经济效益评 阶、油藏工程研究等也要在开发生产数据基础上进行的。 第二章停井指数评价技术的研究 2 3 采油厂生产因素优化分析 2 3 1 采油井生产效率分析和评价 随着我国大多数油田己经进入开发的后期阶段，不确定性对石油开采效益的影响越 来越大，不确定性分析应该逐渐取代确定性分析而成为关注的焦点【5 1 。从综合经济因素 ( 上交价格等) 的角度去分析，在油井投入生产后，其生产情况所反映的开发方案是否符 合经济效益的最低标准，即合规性分析【2 9 1 。油井单井的经济效益模型采用比较规范的凯 斯特单井经济效益模型： ( 1 ) 操作成本的构成 采油矿操作成本，是指去除储量使用费、各种资产投资和折旧费以及销售管理等费 用后采油矿用于油田基本生产维护而直接发生的成本费用。根据各项成本的影响因素及 油田的实际情况，将采油矿的操作成本分为四部分： 第一部分是间接成本，这部分成本不随着油井产液量的波动而改变。包括人工费、 管理费用、车辆劳务、水井作业、青苗赔偿以及注水泵修理等费用。第二部分是油井维 护投入成本，这部分费用是指油井单井生产维护直接发生的费用。包括油井抽油机修理、 电机理、水电讯劳务、管线工程维修费等。第三部分是连续投入成本，是指在油井生产 过程中，连续发生的成本，主要指油井的电费。第四部分是后续处理成本，主要是指与 产液量有关的费用，如注水费用和原油脱水费用等。 采油厂作为一个操作成本控制的基本单元，其操作成本由吨油成本和其年产油量来 给定。吨油成本是原油开采过程中成本的一种表现形式，在研究注水开发油田老井的成 本变化规律时，通过对其操作成本的因素分析，第一部分间接成本由于不是油井单井生 产、维护直接发生的费用，也不随着油井产液量的波动而改变，因此在进行单井评价时 可以不考虑，而将其按相应的比例从吨油成本中扣耐6 1 。 ( 2 ) 单井经济效益模型 分析采油厂的操作成本，将减去第一部分成本后的吨油成本设为s ，则成本s 主要 由第二部分、第三部分和第四部分构成；在计算投入时，考虑相应的费用。根据利润、 投入和产出的关系，油井单井经济效益计算模型为： p = q y ( 1 一，w ) xs n c z q y xf w c s n c d n ( 2 - 1 ) 如果设式( 2 1 ) 中p = 0 ，可得： 1 2 中国石油大学( 华东) 大学硕士学位论文 q ，n x l s ( 1 一，一c 丁一f w x c s j c d x n c r z = 0 ( 2 - 2 ) 将式( 2 2 ) 两边除以月数，可得： q ，峪( 1 一，w ) 一c 丁一f w x c s c d c - z = 0 ( 2 3 ) 式中，9 为月产液量，顿：s 为吨油成本，元；f w 含水量，无量纲；c t 为吨液脱水 费，元；c s 为注水单耗费，元。 通过对操作成本的分析，式( 2 3 ) 中，s ，c t ，c s ，c d 都可以确定，吨油成本s 根 据历史发生情况和成本切块来确定。c d 可以用抽油机井和电泵井的平均功率来确定。 对于给定油田，吨液脱水费用c t 和注水单耗费c s 也可以认为是一定值。因此式( 2 3 ) 中，存在三个变量，即月产液量勿、含水量f w 和平均到每月的胃类投入成本c z n 。 通过式( 2 3 ) 可得出不同举升方式下，给定不同含水和不同投入，油井的极限产液量。 ( 3 ) 单井初产油量的分析 一口油井在其开发寿命期内的总产油量所带来的总经济效益至少要能抵补该油井 的总投资额( 包括利息) ，否则就没有开采价值。研究单井初产油量就是要分析保证开采 具有经济效益的单井日最低产油量，即经济极限单井初产油量。 经济极限单井初产油量是指在现行开发方案和开发技术条件下，按照计划的内部转 移价格和原油上交率计算的单井在寿命期里的内部转移收益达到行业基准收益水平时 的最低初始日产油量。经济极限单并初产油量是新井投产时日产油量的最低要求。 经济极限单井初产油量计算公式为： ；。= 丽瓦( i d 面+ i b 瓦x 1 + 酾r ) r 函2r 驴 2 4 ) 式中，鼋曲为经济极限单井初产油量，顿 q ；1 d 为单井平均钻井投资，万元；1 占为单 井地面建设投资，万元；，为贷款利率，小数；t 为油田主要开发期，年：r 为油井数 与总井数的比值，小数；气为采油时率，小数；口为原油上交率，小数；p 为原油上 交价格，元邝屯；c r 为吨油操作费，元口屯；皿为油田年综合递减率，小数( 在油田生产 的初期，该系数很小，可以忽略不计) 。 当实际单井日产油量高于所求得的值时，该井开发是有经济效益的，否则就是无经 济效益的，应该检查该井的设计方案或生产过程中有关参数的实际发生情况。一般单井 1 3 第二章停井指数评价技术的研究 设计初产油量高出经济极限初产油量越多，获得的内部转移收益就越大。 在以上分析的基础上，进行单井控制地质储量的分析：在编制开发方案中，合理井 网密度的确定，涉及到一口井应该具备什么样的物质基础，应该控制多少石油地质储量 才是比较经济合理的这样一个问题。对于非均质多油层的油田，每套开发层系的油层越 单一，井网越密，对于有效控制石油地质储量，提高采收率，都是有利的，但是，井网 密度的增加又会加大基建投入和采油操作成本，因此，单井控制石油地质储量的界限应 是一个经济概念。也就是说，经济极限单并控制地质储量应是既保证达到一定的采油速 度又能使项目内部转移收益达到行业基准收益水平时的最低单井控制储量。 单井控制地质储量的经济意义是在一定的地质条件下、在一定的开发期限内，最低 要求单井控制地质储量的经济价值等于此期限内所花费的全部人、财、物的经济价值的 数量界限。 经济极限单井控制地质储量计算公式为： n r l i m o = o 0 3 6 5 西孔i 。t ie r ( 2 5 ) 式中，m 踟为经济极限单井控制地质储量，万吨口；为采油时率，小数；瓦。为开 发期内平均单井日产油量经济界限，吨日；t 为油田主要开发期，年；乓为采收率， 小数。 根据斯柯特斯优化理论，得到单井实际控制地质储量的表达式为： = 珊端 p 6 ， 式中，m m 为经济极限单井控制地质储量，万吨口；i d 为单井平均钻井投资，万元； ，。为单井地面建设投资，万元；，为贷款利率，小数；t 为油田主要开发期，年；r 为 油井数与总井数的比值，小数；t o 为采油时率，小数；口为原油上交率，小数：b 为 采收率，小数。p 7 为原油上交价格，元吨；c t 为吨油操作费，元吨；d c 为油田年综 合递减率，小数( 在油田生产的初期，该系数很小，可以忽略不计) 。 当单井实际控制储量大于单井设计控制储量时，一说明经济上可行，否则经济上不 可行。一般单井设计控制储量高出经济极限越多，井网密度较小，获得的内部转移收益 也就越高。同时，也为递减阶段里加密井网提供了潜力。 1 4 中国石油大学( 华东) 大学硕士学位论文 ( 4 ) 井网密度的确定 上面从单井的角度分析了井网密度的合理性，下面再从整个区块的角度来研究一下 实际井网密度的经济合理性。