先进的功能和高数据采集率，通过全视图井的智能化、实时诊断、远程监控以及全方位自动化控制的方法来实现效率提升和优化效果的指数级增长，所有这些都集成在一个即插即用的平台中，可根据效益状况，提高边缘柱塞举升井的效率。
 
运营商越来越多地将数字技术对其生产设备的优势货币化。由于强大的初始生产能力以及保持高产井以峰值产量生产的至关重要性，数字自动化和优化工具主要集中在递减曲线最早阶段的新钻的油井。这完全说得通。为什么运营商不尽可能地利用数字技术的影响，让数百万美元的钻完井投资获得最大回报呢？
 
数字很清楚：边缘井有重大影响。尽管这些井的个体贡献可能很小，但它们共同代表了一个基准生产的重要份额，贡献了稳定的销量和可银行化的收入流。然而，油井的日产量越低，财政压力就越大，在亏损和收益之间走钢丝的回旋余地也就越小。
 
其中大多数边缘井的桶油产量都是通过柱塞举升生产的。从本质上讲，适合柱塞的井含气量较高，而且它们通常是生产周期后期传统的生产井。有一些井，柱塞举升可能是唯一经济的人工举升方法，包括一些成熟的气井，这些井生产的液体必须被去除才能使地层流动起来，以及一些气油比不断增加的低体量油井。
 
挽救油井寿命的解决方案
 
运营成本是边缘柱塞举升井的核心问题，而效率则是至高无上的要素。乍一看似乎有悖常理，但利润越低，为提高生产力和底线绩效所采用的技术影响就越大、越直接。这就是为什么数字自动化和优化的战略应用可成为挽救柱塞举升井递减曲线后端、远端的救命方法。
 
然而，这种方法也得从两个方面来看。从历史上看，与应用先进数字解决方案相关的极高的采用成本曲线使得该技术无法获得其最能受益的资产：如果任何事情破坏了成本/收益的平衡，那么边缘井将面临变得更不经济的最高风险。即便如此，好消息是数字控制架构的一个新的分支、为低产出的柱塞举升井配备先进数字智能技术的“金钱和意义”的基本原理正在重新制定。
 
SMARTEN™Unify控制系统为现有控制器设计提供了全新的替代方案，现有控制器的设计往往是具有专有通信功能的高成本、全功能的监控和数据采集(SCADA)系统，或者是低成本、功能有限的独立系统，这种系统缺乏远程可见性和基于逻辑的优化处理。重要的是，这种新的控制系统经过专门设计，旨在围绕最先进的工作流程和操作知识来调整技术和业务要求，以增加边缘柱塞举升井的利润，一方面使运营商能够平衡优化生产，同时还能保持资本支出和运营效率的平衡，如图1（SMARTEN™Unify控制系统是一种新的柱塞举升井数字化控制和优化架构。它的设计明确是为了围绕最先进的工作流程和运营知识来调整技术和业务要求，以提高边缘柱塞举升井的利润）所示。
 
 
图1
有了这个新平台，柱塞举升井就被归入投资组合中最边缘的类别——那些往往是最后一笔数字投资的井——可能会成为这笔投资中最智慧、回报最稳定的一类井。
 
采用柱塞举升并往复优化
 
由于柱塞举升是一种极具成本效益的人工举升方法，因此成为许多低产油井、凝析油井和气井作业者的首选方法。它利用天然储层压力（地层气）将地层流体举升至地面，无需泵、马达、外部电源或注入剂施加外力获取，从而最大限度地减少了前期投资和经常性的运营支出。柱塞最初是为了使气井液化而开发的，柱塞气举利用自由移动的柱塞在油管内上下移动或往复，将油从井内举升至地面。气举的能量来自油管与套管环空间的气体。作为一个额外的奖励，柱塞在油管内上下移动时还可清理管柱内的石蜡、水垢、沥青等污质物。柱塞举升还可与气举同时使用，使油井产出较高的油产量以及枯竭的靠天然油藏驱动的老化的气井（两者都是气体辅助柱塞举升）。
 
优化柱塞往复周期。一个周期是一次完整的往复。首先，柱塞位于底部，地面阀门处于关闭位置，以此开始，使压力在油管和套管之间的环空积聚或增压。当环空压力达到设定值时，控制器打开地面阀门，气体进入柱塞下方的油管，提供升力将柱塞和液柱推至地面。
 
当柱塞到达井口时，流体通过井口的出口被推入销售管线，柱塞被锁在润滑器中的一个弹簧加载接收器中。然后，柱塞下方被截留的气体排入一根出流管。
 
从机械角度看，柱塞举升听起来很简单：储层压力积累到可以将柱塞带到地面的程度，在这个过程中带走流体。然而，从操作上讲，事情很快就会变得复杂，有几个相互关联的因素会影响柱塞的工作效果。诀窍是要让柱塞往复完全正确，以确保柱塞有效工作，而不会在油管内积聚太多或太少的液体。
 
保持流体从底部被举起，尽量减少射孔层段的背压，从而允许更多的储层流体流入油管。往复不足或欠往复可能会导致柱塞顶部有过多的流体，从而使柱塞难以将流体举升到地面，这会限制流体的内流。在这种情况下，可以避免设备的过度磨损，但这将是以牺牲日产量为代价的结果。
 
另一方面，柱塞过度往复会带来一些操作上的难题，还会严重降低设备性能和耐用性。也会导致柱塞往复之间积液不足，从而导致柱塞行程速度过高，这会降低系统性能并引起机械部件过早磨损和损坏。经验表明，柱塞磨损是柱塞举升井出现故障的首要原因。
 
其基本的目标是保持对变量的控制，以最短的往复周期维持最高的产量目标。这样就可以保持理想的压力分布，促使气体和液体流入油管，而不会使举升井的柱塞受到过度往复或欠往复的影响。这就是控制器的作用所在。
 
无论应用类型或柱塞样式如何，控制器都是操作的大脑。控制器利用油管和套管压力来调节柱塞的往复和控制电动阀。最简单的控制器是基本的开/关装置，类似于杆式抽油泵的控制器。这些装置将油井关闭一个预定的时间，让柱塞落至底部，允许流体在油井重新打开之前在油管中积聚。
 
然而，优化柱塞操作绝非是“一劳永逸”的主张。每次往复都略有不同。持续保持理想的柱塞举升性能就意味着要根据油井在任何给定时刻出现的任何状况进行调整。这需要足够高的频率生成数据，以便能够捕获发生状况时的条件动态，需要能够弄清楚这一切的逻辑关系，以及能够及时采取行动的自动化控制方法，使其发挥重要作用。同样，柱塞可能会以每分钟305米的速度呼啸而行，因此，必须在实时操作参数内持续进行优化。
 
走向光明
 
在柱塞举升井中实施严格的数字技术的现实检查很简单：它是否与生产小批量设备的运营、技术和经济现实同步？这个Unify控制系统在开发时就考虑到了这些问题。该系统在适合边缘柱塞举升井入门成本的前提下提供下一代数字功能。是以逻辑诊断学和全力优化的方式将精力集中在边缘柱塞举升井的井场上，并将其与数字化支持的场外数据管理和分析流程无缝地连接在一起。
 
该平台利用最新的人工智能、物联网和无线通信技术来实现边缘设备的自动控制和全天候事态感知的可视化。具体功能包括：Wi-Fi连接，无需专门的无线网络接入；全面的远程可视化和操作控制；前所未有的数据粒度，为柱塞往复操作提供重要的感知和见解；专家式的逻辑分析，持续优化油井作业；可操作的边缘分析，360°的事态感知可视化；用于数据托管的标准API模型。
 
这些功能中的任何一项本身都可以成为强大的推动者。他们共同创造了一把新的数字钥匙，通过全视图井智能、实时诊断、远程监控和全方位自动化控制，解锁效率和优化效果呈指数级增长——所有这些都集成在一个可扩展的、符合典型柱塞举升井经济概况的即插即用的平台中，还可轻松集成到现有的SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition：监控和数据采集）网络中。
 
高频数据以一秒的间隔生成，提供近距离的数据粒度，以每周7天、每天24小时为基准优化单个柱塞往复周期，以及提供丰富的数据来勾画趋势并识别大量油井的上行机会。借助Unify控制系统，运营商将柱塞举升自动化功能的“愿望清单”与运营边缘资产的现实财务约束以及用于信息技术简单化的实际需求联系起来。
 
柱塞举升资产宝贵的产生现金流不再被留在外面检视正在展开的数字革命。它们最终可以完全进入数字视野，实现后期的生产价值，提高底线盈利能力，恢复全部储量潜力，获取上行价值，延长生产周期。
 
生产案例
 
该技术在一些柱塞举升应用环境中进行了现场试验。其中一次试验是在位于美国科罗拉多州西部皮斯恩斯盆地的一口天然气井进行的，该井是一口直井，采用的是传统的柱塞。在这个案例中，Unify控制系统的实时数据捕获对于诊断操作问题以及确定其原因非常重要。
 
液体产出量突然下降，与此同时油管压力急剧增加。虽然这些不那么微妙的变化很容易被观察到，但如果缺乏高质量的数据和故障排除逻辑，柱塞举升井的运营者在这种情况下面临的最大挑战通常不是弄清楚发生了什么，而是要弄清楚为什么会发生这种情况，也就是原因所在。
 
由于对井的状态有多种可能的解释，描述确切的原因可能会涉及调查和消除多种可能性，包括从油管上的一个孔眼到压裂撞击或设备故障等等情况。
 
幸运的是，Unify系统的高数据采集率立刻就检测到了油管压力的异常情况，并提供了诊断见解，判断出压力增大的根本原因。见图2（固定阀出现故障后油管压力的峰值变化），蓝色表示压力增大的趋势线，红色表示套管压力。每个连续的峰值和谷值代表一个完整的往复周期。每个周期峰值时油管压力和套管压力之间的差异与柱塞关闭期间油管中积聚的液体量相关。
 
 
图2
正如预期的那样，前几个柱塞往复周期，油管压力的表现符合预期（见图3左侧部分），但在右数第四个往复周期，油管压力突然跃升，并在接下来的几个往复周期保持与套管压力几乎相同的水平。在此案例中，数据显示是因位于减震弹簧正下方一个固定阀（油管止动件）的精确力矩失效所导致。
 
当阀门失效时，柱塞位于底部，等待足够的抵达地面的油管压力建立。由于没有任何东西或阻力阻止液体从油管末端排出，柱塞的下降将液体从生产管柱的底部推出到周围的套管中，在随后的两次往复期间使柱塞几乎没有可用的负载，从而产生了油管压力异常。运营商能够迅速判断出现故障的固定阀并将其更换，从而可在最短的停工时间内恢复生产。
 
柱塞举升系统的机械操作在正常往复过程中会经历各种情况，这些情况可能会使问题难以辨别，甚至更难准确诊断。正如本例所示，高数据采集率对于了解任何时间点发生的情况以及维持最佳柱塞往复所需采取的措施至关重要，以保持生产出的石油流向销售管线。