遼河油田提高抽油機井系統(tǒng)效率技術(shù)的研究與應用

1、提高抽油機井系統(tǒng)效率技術(shù)的研究與應用余中紅 （遼河油田分公司技術(shù)發(fā)展處 遼寧盤錦124010）摘要 針對抽油機井系統(tǒng)效率低、浪費能源這一問題，試驗應用了提高抽油機井系統(tǒng)效率技術(shù)。該技術(shù)依據(jù)井下產(chǎn)能情況對抽油井系統(tǒng)優(yōu)化、以及抽油井井筒的桿、管、泵系統(tǒng)的優(yōu)化，并將抽油機輸入功率進行了合理的劃分，以達到在一定產(chǎn)量情況下系統(tǒng)損失功率最低的效果；在保證產(chǎn)液量不變的情況下，降低生產(chǎn)能耗，提高抽油機井系統(tǒng)效率，延長油井檢泵周期。多功能綜合測試儀的研制與應用，為快速方便測試提供保證。現(xiàn)場應用結(jié)果表明，抽油機井系統(tǒng)效率平均可提高10個百分點以上，單井節(jié)電率15%以上，平均延長檢泵周期1.7倍。關鍵詞：油井；抽油

2、機；系統(tǒng)效率；測試儀；試驗；應用有桿泵抽油系統(tǒng)工藝簡單、安全可靠，國內(nèi)油田使用比例達到90%以上。但抽油機井系統(tǒng)效率普遍偏低。據(jù)2001年石油行業(yè)統(tǒng)計結(jié)果表明1，我國陸上各油田抽油機井平均系統(tǒng)效率為26.7%，而遼河油田抽油機井的系統(tǒng)效率更低，僅為18%左右；對100余口低產(chǎn)井、稠油井調(diào)查結(jié)果表明，機采效率僅為10%12左右。多年來，國內(nèi)外一直很重視提高抽油機井系統(tǒng)效率的研究和試驗工作，在減小無用功、地面抽油設備的損失功率、抽油系統(tǒng)的粘滯損失功率、滑動損失功率和利用氣體膨脹功率方面做了深入細致的研究，開發(fā)出一系列優(yōu)化系統(tǒng)效率的設計軟件，取得了一定的節(jié)能效果，但總體設計理論和優(yōu)化方法仍建立在傳統(tǒng)

3、的數(shù)學模型和經(jīng)驗公式基礎上。本文提出了以抽油機井系統(tǒng)效率為目標值的抽油井生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化設計技術(shù)，通過應用取得了提高系統(tǒng)效率幅度高、節(jié)電顯著的效果，同時能有效地延長油井的檢泵周期，增加油井產(chǎn)量。1 計算模型的建立 抽油機井系統(tǒng)效率是指抽油系統(tǒng)在一段時間內(nèi)（一個或幾個沖程周期）用于舉升液體所消耗的有用功功率與電機輸入功率的比值。在一定的輸入功率下要提高系統(tǒng)效率，必須降低無用功率；在消耗有功功率一定的情況下，要提高系統(tǒng)效率，必須降低系統(tǒng)的輸入功率，即通過降低系統(tǒng)能耗來實現(xiàn)。傳統(tǒng)的抽油機系統(tǒng)設計主要是依據(jù)油井產(chǎn)能進行抽汲參數(shù)優(yōu)選2。該設計方法考慮影響系統(tǒng)效率的因素較少，僅根據(jù)產(chǎn)液量、動液面、油層深度、原

4、油粘度、原油密度、含水率和油氣比等7個參數(shù)對油井抽油系統(tǒng)設計。使得設計結(jié)果對提高抽油機井系統(tǒng)效率的幅度不明顯。而新理論是把有桿泵采油做為一個系統(tǒng)進行優(yōu)化，綜合考慮了13個動靜態(tài)參數(shù)，依據(jù)井下產(chǎn)能設計出9個工作參數(shù)（抽油機機型、電機機型、泵深、泵徑、沖程、沖次、桿柱組合、桿柱鋼級、管徑），對抽油井系統(tǒng)優(yōu)化、以及抽油井井筒的桿、管、泵系統(tǒng)的優(yōu)化，并將抽油機輸入功率進行劃分，以達到在一定產(chǎn)量情況下系統(tǒng)損失功率最低的效果。1.1 油井供液能力與抽汲參數(shù)的函數(shù)關系Q=f(P靜，P流，P飽，s，n，H，D)式中：Q為產(chǎn)液量，t/d ；P靜為靜壓,MPa；P流為流壓,MPa ；s為沖程,m；n為沖次,次/m

5、in；H為泵掛,m；D為抽油泵直徑,mm。1.2 抽油機采油系統(tǒng)輸入功率的劃分抽油機采油系統(tǒng)輸入功率劃分為5個部分，即地面損失功率、粘滯損失功率、滑動損失功率、溶解氣膨脹功率和有用功率，確定出五種功率與影響因素的函數(shù)關系式：1.2.1 地面損失功率Pd=f(W上，W下，s,n,P額)式中：Pd為地面損失功率，kW；W上為上沖程懸點載荷，kN；W下為下沖程懸點載荷，kN；P額為電機的額定功率，kW。1.2.2 粘滯損失功率Pn=f(Q，fw,T地層，T井口，T地面，T蠟，H動，,H,D,Df,d,s,n)式中：fw為含水率，；T地層為油層溫度，；T井口為井口溫度，； T地面為地面溫度，；H動為動

6、液面深度，m； 為原油粘度，mPa·s；Df為油管直徑，mm；d為抽油桿直徑，mm；Pn為粘滯損失功率，kW。1.2.3 滑動損失功率Ph=f(L斜，f擦，斜，s,n,W桿)式中：Ph為滑動損失功率，kW ；L斜為井斜段長度，m ；斜為井斜傾角，(°)；W桿為抽油桿柱重量，kN。1.2.4 溶解氣膨脹功率Pp=f(Q，,P飽，P沉，P油)式中：Pp為溶解氣膨脹功率，kW；為溶解系數(shù)； P飽為飽和壓力，MPa；P沉為沉沒壓力，MPa。 1.2.5 有用功率Py =f(H動，P油，P套，Q)式中：Py 為有用功率,kW。 P套為套壓，MPa。1.3 輸入功率、抽油機系統(tǒng)效率同各

7、種功率的關系= Py/Pr×100%式中：為系統(tǒng)效率；Pr為輸入功率，其大小為：Pr= Pn+ Pd+Ph+Py-Pp。1.4 油井檢泵周期同其相關因素的函數(shù)關系式 其關系式為：T=f(Pn， Pd， Ph， Pp， Py，H)2 結(jié)果及其分析為了分析和評價抽油機系統(tǒng)效率優(yōu)化設計理論對油井的適用性，采取了如下辦法：先實測出正在生產(chǎn)油井中每口井的實際輸入功率，然后再將實際工作參數(shù)輸入優(yōu)化設計軟件系統(tǒng)，計算出每口井的輸入功率，觀察實際值與計算值之間的偏差，計算出相對誤差。分析評價結(jié)果如下：60口井平均單井實測輸入功率為9.39kW,系統(tǒng)效率為9.09；理論計算平均單井的輸入功率為9.85

8、 kW,系統(tǒng)效率為9.65。輸入功率絕對誤差為0.46 kW，相對誤差為4.9；系統(tǒng)效率絕對誤差為0.56，相對誤差為6.1。部分井的系統(tǒng)效率的理論值和實測值對比情況見圖1。井號圖1 系統(tǒng)效率理論值與實測值對比根據(jù)相對誤差的計算結(jié)果及系統(tǒng)效率對比曲線可以得出如下結(jié)論：（1）從計算結(jié)果分析，相對誤差較小，在誤差范圍內(nèi)完全能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要，說明該技術(shù)理論設計結(jié)果與實際運行參數(shù)基本是吻合的，而且吻合程度較高。（2）從圖1中看出，理論曲線和實際測量曲線基本是重合的，說明用該優(yōu)化設計技術(shù)對油井進行工作參數(shù)設計，其結(jié)果是可信的。井號圖3 優(yōu)化設計前后輸入功率對比井號 圖4優(yōu)化設計前后系統(tǒng)效率對比3 現(xiàn)場

9、試驗與效果分析根據(jù)優(yōu)化設計結(jié)果，編制了現(xiàn)場施工方案，先導試驗現(xiàn)場實施60口井。重點做了以下幾方面工作：根據(jù)優(yōu)化設計結(jié)果編制了60口井的現(xiàn)場施工方案。嚴格桿、管的匹配，強化了優(yōu)化設計井的現(xiàn)場跟蹤，確保作業(yè)單位嚴格按方案設計要求的桿、管、泵的規(guī)格和數(shù)量進行施工。進行了電機改造。根據(jù)方案設計要求，將現(xiàn)用的37kW和45kW電機進行改造，改造成為22kW和24kW電機，共改造電機60臺。更換電機皮帶輪。根據(jù)不同油井方案設計中要求的沖次數(shù)的不同，加工和安裝了不同規(guī)格的電機皮帶輪60個。對施工后的油井進行了相關的測試和資料錄取。計算出60口井的系統(tǒng)效率，并對優(yōu)化前后的油井產(chǎn)量、泵掛參數(shù)、檢泵周期、沖程、沖

10、次等資料進行了錄取。詳見表1。典型井示例見表2。表1 提高抽油機井系統(tǒng)效率技術(shù)實施前后效果對比評價(60口油井測試數(shù)據(jù)的平均值)項 目產(chǎn)液量/(t/d)泵掛深度/m檢泵周期/d沖程/m沖次/（次/min)有功功率/kW輸入功率/kW系統(tǒng)效率/優(yōu)化前6.11928.9145.64.234.370.939.399.09優(yōu)化后7.812129247.44.232.451.275.7219.68差 值1.71200.12101.80-1.920.34-3.6710.59注：檢泵周期為可對比的19口油井的數(shù)據(jù)的平均值表2 提高抽油機井系統(tǒng)效率技術(shù)優(yōu)化典型井前后測試評價 序號井號項目產(chǎn)液量/（t/d）泵掛

11、×泵徑檢泵周期沖程/m沖次/（次/min）有用功率/kW輸入功率/kW系統(tǒng)效率/系統(tǒng)效率提高（）1歡8-012優(yōu)化前1044×2096.068553.72.0610.8818.9412.08優(yōu)化后1044×2446.8527652.42.37.431.022齊17-7優(yōu)化前244×2142.7435540.459.214.858.71優(yōu)化后444×2293.4821652.3717.3613.56通過應用該優(yōu)化設計技術(shù)對油井系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設計后，用20 kW和24kw電機可代替目前在用的37 kW 和45 kW電機。降低設備的磨損，延長三抽設備的

12、使用壽命。由于設計的工作參數(shù)，使大多數(shù)油井降低了桿柱的重量，采取了小沖次的運行方式，因此，在相同的運行時間內(nèi)，在產(chǎn)液量保持不變或略有增加的前提下，減少了三抽設備的運行頻率，也就減少了疲勞破壞次數(shù)，減緩了振動載荷和沖擊載荷對設備的影響，延長了設備的使用壽命。為此近幾年遼河油田規(guī)模推廣了提高抽油機井系統(tǒng)效率技術(shù)，累計規(guī)模實施3452井次，成功率達到98%以上，實施井平均提高系統(tǒng)效率10%以上，4年年累計增油10.6×104t，節(jié)電6841×104kwh，單井節(jié)電率15%以上，平均延長檢泵周期1.7倍。4 多功能綜合測試儀為了規(guī)模推廣提高抽油機井系統(tǒng)效率技術(shù)，需要一種對抽油機電參

13、數(shù)進行快速、準確測量的儀器，根據(jù)測試結(jié)果對抽油機的節(jié)能效果進行前后對比，或者對抽油機的運行參數(shù)進行調(diào)節(jié)，實時獲得調(diào)參結(jié)果，使抽油機達到最佳的運行狀態(tài)。抽油機井系統(tǒng)效率分析軟件需要提供如下抽油機測試資料：抽油機功圖、液面、一個沖程內(nèi)有功功率、無功功率以及功率因素的實時記錄，并且需要繪出各電參數(shù)對抽油機位移的變化關系曲線。因此，有必要開發(fā)一種多功能綜合測試儀，它主要把抽油機功圖測試儀和抽油機電參數(shù)測試儀等組合起來，在一臺儀器上完成系統(tǒng)效率分析所需的功圖、液面、功率等參數(shù)的同步測試結(jié)果。TD01C多功能綜合測試儀采用“嵌入式系統(tǒng)合成技術(shù)”，應用了長距離、全天候的無線通訊技術(shù)，工作原理見圖2。通過現(xiàn)場應用，取得了較好的效果，達到設計要求，可對抽油機井系統(tǒng)效率進行快速、準確測量。5 結(jié)論（1）提出以提高抽油機井系統(tǒng)效率為目標值的抽油井生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化設計技術(shù)，取得了提高系統(tǒng)效率幅度高、節(jié)能顯著的效果；同時該技術(shù)有利于改善抽油井抽汲工況、能有效地延長油井的檢泵周期，增加油井產(chǎn)量。（2）該技術(shù)的應用改善了“三抽”設備的運行工況，延長“三抽”設備的使用壽命。（3）TD01C多功能綜合測試儀能滿足對抽油機井系統(tǒng)效率進行快速、準確測量。套壓傳感器電壓魚夾套壓放大通道載荷傳感