先進的功能和高數據采集率，通過全視圖井的智能化、實時診斷、遠程監控以及全方位自動化控制的方法來實現效率提升和優化效果的指數級增長，所有這些都集成在一個即插即用的平臺中，可根據效益狀況，提高邊緣柱塞舉升井的效率。
 
運營商越來越多地將數字技術對其生產設備的優勢貨幣化。由于強大的初始生產能力以及保持高產井以峰值產量生產的至關重要性，數字自動化和優化工具主要集中在遞減曲線最早階段的新鉆的油井。這完全說得通。為什么運營商不盡可能地利用數字技術的影響，讓數百萬美元的鉆完井投資獲得最大回報呢？
 
數字很清楚：邊緣井有重大影響。盡管這些井的個體貢獻可能很小，但它們共同代表了一個基準生產的重要份額，貢獻了穩定的銷量和可銀行化的收入流。然而，油井的日產量越低，財政壓力就越大，在虧損和收益之間走鋼絲的回旋余地也就越小。
 
其中大多數邊緣井的桶油產量都是通過柱塞舉升生產的。從本質上講，適合柱塞的井含氣量較高，而且它們通常是生產周期后期傳統的生產井。有一些井，柱塞舉升可能是唯一經濟的人工舉升方法，包括一些成熟的氣井，這些井生產的液體必須被去除才能使地層流動起來，以及一些氣油比不斷增加的低體量油井。
 
挽救油井壽命的解決方案
 
運營成本是邊緣柱塞舉升井的核心問題，而效率則是至高無上的要素。乍一看似乎有悖常理，但利潤越低，為提高生產力和底線績效所采用的技術影響就越大、越直接。這就是為什么數字自動化和優化的戰略應用可成為挽救柱塞舉升井遞減曲線后端、遠端的救命方法。
 
然而，這種方法也得從兩個方面來看。從歷史上看，與應用先進數字解決方案相關的極高的采用成本曲線使得該技術無法獲得其最能受益的資產：如果任何事情破壞了成本/收益的平衡，那么邊緣井將面臨變得更不經濟的最高風險。即便如此，好消息是數字控制架構的一個新的分支、為低產出的柱塞舉升井配備先進數字智能技術的“金錢和意義”的基本原理正在重新制定。
 
SMARTEN™Unify控制系統為現有控制器設計提供了全新的替代方案，現有控制器的設計往往是具有專有通信功能的高成本、全功能的監控和數據采集(SCADA)系統，或者是低成本、功能有限的獨立系統，這種系統缺乏遠程可見性和基于邏輯的優化處理。重要的是，這種新的控制系統經過專門設計，旨在圍繞最先進的工作流程和操作知識來調整技術和業務要求，以增加邊緣柱塞舉升井的利潤，一方面使運營商能夠平衡優化生產，同時還能保持資本支出和運營效率的平衡，如圖1（SMARTEN™Unify控制系統是一種新的柱塞舉升井數字化控制和優化架構。它的設計明確是為了圍繞最先進的工作流程和運營知識來調整技術和業務要求，以提高邊緣柱塞舉升井的利潤）所示。
 
 
圖1
有了這個新平臺，柱塞舉升井就被歸入投資組合中最邊緣的類別——那些往往是最后一筆數字投資的井——可能會成為這筆投資中最智慧、回報最穩定的一類井。
 
采用柱塞舉升并往復優化
 
由于柱塞舉升是一種極具成本效益的人工舉升方法，因此成為許多低產油井、凝析油井和氣井作業者的首選方法。它利用天然儲層壓力（地層氣）將地層流體舉升至地面，無需泵、馬達、外部電源或注入劑施加外力獲取，從而最大限度地減少了前期投資和經常性的運營支出。柱塞最初是為了使氣井液化而開發的，柱塞氣舉利用自由移動的柱塞在油管內上下移動或往復，將油從井內舉升至地面。氣舉的能量來自油管與套管環空間的氣體。作為一個額外的獎勵，柱塞在油管內上下移動時還可清理管柱內的石蠟、水垢、瀝青等污質物。柱塞舉升還可與氣舉同時使用，使油井產出較高的油產量以及枯竭的靠天然油藏驅動的老化的氣井（兩者都是氣體輔助柱塞舉升）。
 
優化柱塞往復周期。一個周期是一次完整的往復。首先，柱塞位于底部，地面閥門處于關閉位置，以此開始，使壓力在油管和套管之間的環空積聚或增壓。當環空壓力達到設定值時，控制器打開地面閥門，氣體進入柱塞下方的油管，提供升力將柱塞和液柱推至地面。
 
當柱塞到達井口時，流體通過井口的出口被推入銷售管線，柱塞被鎖在潤滑器中的一個彈簧加載接收器中。然后，柱塞下方被截留的氣體排入一根出流管。
 
從機械角度看，柱塞舉升聽起來很簡單：儲層壓力積累到可以將柱塞帶到地面的程度，在這個過程中帶走流體。然而，從操作上講，事情很快就會變得復雜，有幾個相互關聯的因素會影響柱塞的工作效果。訣竅是要讓柱塞往復完全正確，以確保柱塞有效工作，而不會在油管內積聚太多或太少的液體。
 
保持流體從底部被舉起，盡量減少射孔層段的背壓，從而允許更多的儲層流體流入油管。往復不足或欠往復可能會導致柱塞頂部有過多的流體，從而使柱塞難以將流體舉升到地面，這會限制流體的內流。在這種情況下，可以避免設備的過度磨損，但這將是以犧牲日產量為代價的結果。
 
另一方面，柱塞過度往復會帶來一些操作上的難題，還會嚴重降低設備性能和耐用性。也會導致柱塞往復之間積液不足，從而導致柱塞行程速度過高，這會降低系統性能并引起機械部件過早磨損和損壞。經驗表明，柱塞磨損是柱塞舉升井出現故障的首要原因。
 
其基本的目標是保持對變量的控制，以最短的往復周期維持最高的產量目標。這樣就可以保持理想的壓力分布，促使氣體和液體流入油管，而不會使舉升井的柱塞受到過度往復或欠往復的影響。這就是控制器的作用所在。
 
無論應用類型或柱塞樣式如何，控制器都是操作的大腦。控制器利用油管和套管壓力來調節柱塞的往復和控制電動閥。最簡單的控制器是基本的開/關裝置，類似于桿式抽油泵的控制器。這些裝置將油井關閉一個預定的時間，讓柱塞落至底部，允許流體在油井重新打開之前在油管中積聚。
 
然而，優化柱塞操作絕非是“一勞永逸”的主張。每次往復都略有不同。持續保持理想的柱塞舉升性能就意味著要根據油井在任何給定時刻出現的任何狀況進行調整。這需要足夠高的頻率生成數據，以便能夠捕獲發生狀況時的條件動態，需要能夠弄清楚這一切的邏輯關系，以及能夠及時采取行動的自動化控制方法，使其發揮重要作用。同樣，柱塞可能會以每分鐘305米的速度呼嘯而行，因此，必須在實時操作參數內持續進行優化。
 
走向光明
 
在柱塞舉升井中實施嚴格的數字技術的現實檢查很簡單：它是否與生產小批量設備的運營、技術和經濟現實同步？這個Unify控制系統在開發時就考慮到了這些問題。該系統在適合邊緣柱塞舉升井入門成本的前提下提供下一代數字功能。是以邏輯診斷學和全力優化的方式將精力集中在邊緣柱塞舉升井的井場上，并將其與數字化支持的場外數據管理和分析流程無縫地連接在一起。
 
該平臺利用最新的人工智能、物聯網和無線通信技術來實現邊緣設備的自動控制和全天候事態感知的可視化。具體功能包括：Wi-Fi連接，無需專門的無線網絡接入；全面的遠程可視化和操作控制；前所未有的數據粒度，為柱塞往復操作提供重要的感知和見解；專家式的邏輯分析，持續優化油井作業；可操作的邊緣分析，360°的事態感知可視化；用于數據托管的標準API模型。
 
這些功能中的任何一項本身都可以成為強大的推動者。他們共同創造了一把新的數字鑰匙，通過全視圖井智能、實時診斷、遠程監控和全方位自動化控制，解鎖效率和優化效果呈指數級增長——所有這些都集成在一個可擴展的、符合典型柱塞舉升井經濟概況的即插即用的平臺中，還可輕松集成到現有的SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition：監控和數據采集）網絡中。
 
高頻數據以一秒的間隔生成，提供近距離的數據粒度，以每周7天、每天24小時為基準優化單個柱塞往復周期，以及提供豐富的數據來勾畫趨勢并識別大量油井的上行機會。借助Unify控制系統，運營商將柱塞舉升自動化功能的“愿望清單”與運營邊緣資產的現實財務約束以及用于信息技術簡單化的實際需求聯系起來。
 
柱塞舉升資產寶貴的產生現金流不再被留在外面檢視正在展開的數字革命。它們最終可以完全進入數字視野，實現后期的生產價值，提高底線盈利能力，恢復全部儲量潛力，獲取上行價值，延長生產周期。
 
生產案例
 
該技術在一些柱塞舉升應用環境中進行了現場試驗。其中一次試驗是在位于美國科羅拉多州西部皮斯恩斯盆地的一口天然氣井進行的，該井是一口直井，采用的是傳統的柱塞。在這個案例中，Unify控制系統的實時數據捕獲對于診斷操作問題以及確定其原因非常重要。
 
液體產出量突然下降，與此同時油管壓力急劇增加。雖然這些不那么微妙的變化很容易被觀察到，但如果缺乏高質量的數據和故障排除邏輯，柱塞舉升井的運營者在這種情況下面臨的最大挑戰通常不是弄清楚發生了什么，而是要弄清楚為什么會發生這種情況，也就是原因所在。
 
由于對井的狀態有多種可能的解釋，描述確切的原因可能會涉及調查和消除多種可能性，包括從油管上的一個孔眼到壓裂撞擊或設備故障等等情況。
 
幸運的是，Unify系統的高數據采集率立刻就檢測到了油管壓力的異常情況，并提供了診斷見解，判斷出壓力增大的根本原因。見圖2（固定閥出現故障后油管壓力的峰值變化），藍色表示壓力增大的趨勢線，紅色表示套管壓力。每個連續的峰值和谷值代表一個完整的往復周期。每個周期峰值時油管壓力和套管壓力之間的差異與柱塞關閉期間油管中積聚的液體量相關。
 
 
圖2
正如預期的那樣，前幾個柱塞往復周期，油管壓力的表現符合預期（見圖3左側部分），但在右數第四個往復周期，油管壓力突然躍升，并在接下來的幾個往復周期保持與套管壓力幾乎相同的水平。在此案例中，數據顯示是因位于減震彈簧正下方一個固定閥（油管止動件）的精確力矩失效所導致。
 
當閥門失效時，柱塞位于底部，等待足夠的抵達地面的油管壓力建立。由于沒有任何東西或阻力阻止液體從油管末端排出，柱塞的下降將液體從生產管柱的底部推出到周圍的套管中，在隨后的兩次往復期間使柱塞幾乎沒有可用的負載，從而產生了油管壓力異常。運營商能夠迅速判斷出現故障的固定閥并將其更換，從而可在最短的停工時間內恢復生產。
 
柱塞舉升系統的機械操作在正常往復過程中會經歷各種情況，這些情況可能會使問題難以辨別，甚至更難準確診斷。正如本例所示，高數據采集率對于了解任何時間點發生的情況以及維持最佳柱塞往復所需采取的措施至關重要，以保持生產出的石油流向銷售管線。