變頻技術(shù)在超稠油井生產(chǎn)管理中的應(yīng)用

摘要：采油作業(yè)六區(qū)超稠油自1999年投入開發(fā)以來，隨著生產(chǎn)周期的不斷增長，超稠油井汽竄、套壞、出砂等矛盾日益突出，嚴(yán)重制約超稠油開發(fā)管理。超稠油井放噴末期，接力泵額定排量與油井實(shí)際產(chǎn)量相差大，生產(chǎn)末期油井抽汲排液能力大于油井供液能力時(shí)，抽汲系統(tǒng)的工況及抽汲效果變差。使用變頻技術(shù)則是抑制油井汽竄、出砂，控制生產(chǎn)壓差，解決接力泵額定排量與油井實(shí)際產(chǎn)量之間的矛盾，協(xié)調(diào)油井供、排能力的有效辦法。文中介紹了變頻技術(shù)原理，變頻技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用過程及效果，展現(xiàn)了變頻技術(shù)在超稠油井生產(chǎn)管理中的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：汽竄 出砂 生產(chǎn)壓差 變頻技術(shù) 現(xiàn)場應(yīng)用

1.前 言

在有桿泵抽油系統(tǒng)中，當(dāng)油井完井后，動(dòng)態(tài)調(diào)整抽油機(jī)沖次是改變抽油機(jī)井工作參數(shù)最簡單、有效、快捷的方式。沖次的調(diào)整往往是通過人工更換電機(jī)皮帶輪或者使用可調(diào)速電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，但沖次也只能局限在4min-1、6min-1之間，而且頻繁更換皮帶輪工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。另外超稠油井末期放噴，接力泵額定排量與油井實(shí)際產(chǎn)量相差大，導(dǎo)致平穩(wěn)放噴困難、易造成油層激動(dòng)出砂。目前我區(qū)抽油機(jī)井最小沖次平均為5min-1,致使很多汽竄、出砂油井、生產(chǎn)壓差得不到合理控制，供液不足井（低產(chǎn)開）供、排能力不相協(xié)調(diào)。變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了放噴接力泵低排量運(yùn)行，抽油機(jī)的低沖次和無級(jí)可調(diào)沖次，可以方便的實(shí)現(xiàn)油井平穩(wěn)放噴、合理控制汽竄、出砂油井生產(chǎn)壓差，

協(xié)調(diào)低產(chǎn)井供、排能力，改善抽汲系統(tǒng)的工況和效果。

2.變頻技術(shù)原理

變頻技術(shù)是隨著電子技術(shù)的發(fā)展而逐漸成熟并廣泛應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)的一種新技術(shù)，在降低電動(dòng)機(jī)功耗，改善其運(yùn)行狀況中取得了顯著的效果。在電機(jī)設(shè)計(jì)中為了充分發(fā)揮材料的性能，保持磁通量不變，需要電機(jī)工作在電壓與頻率之比為恒定值狀態(tài)，因?yàn)殡姍C(jī)功率與電壓成正比例，所以不難證明功率與頻率也成正比。因此，下調(diào)頻率可以降低電機(jī)的輸出功率，從而達(dá)到降低油井生產(chǎn)沖次的目的。

3. 現(xiàn)場應(yīng)用及實(shí)施效果

2006年以來，采油作業(yè)六區(qū)已經(jīng)實(shí)施了115井次放噴接力泵變頻及52井次抽油機(jī)變頻試驗(yàn)，展現(xiàn)了良好的生產(chǎn)管理效果，主要表現(xiàn)在以下個(gè)方面:

3.1超稠油井末期平穩(wěn)放噴，抑制地層出砂

傳統(tǒng)的超稠油放噴井管理中，直接采油接力泵生產(chǎn)，對(duì)溫度、液量控制十分困難，往往因傳統(tǒng)接力泵排量過高（額定排量20m3/h）或無排量造成溫度和液量突然升高或降低引起油層激動(dòng)出砂或者砂埋油層，而且接力泵磨損嚴(yán)重、電機(jī)損壞頻繁維護(hù)成本居高不下。

應(yīng)用變頻技術(shù)有效解決了接力泵現(xiàn)場使用存在的問題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）通過變頻調(diào)節(jié)接力泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到平穩(wěn)控液的目的，解決了啟泵后瞬間高液量造成油層激動(dòng)出砂。

（2）有效避免接力泵空轉(zhuǎn)，減小接力泵運(yùn)行時(shí)的震動(dòng)載荷，從而減少接力泵磨損及泵上儀表的損壞率，節(jié)約大量維修費(fèi)用。

（3）超稠油井粘度高，特別是在冬季時(shí)使用工頻啟動(dòng)時(shí)，電流過高，容易以引起過載燒毀電機(jī)，使用變頻技術(shù)則能有效解決這一矛盾。

（4）通過頻率調(diào)節(jié)，能大量的節(jié)約用電，實(shí)現(xiàn)“降本增效”。

3.2嚴(yán)防倒井，延長油井檢泵周期

（1）穩(wěn)定流體產(chǎn)出速度，形成自然砂橋控砂。自然砂橋控砂主要是通過變頻技術(shù)降低油井生產(chǎn)沖次，控制油井產(chǎn)量來穩(wěn)定流體產(chǎn)出速度，在射孔炮眼處通過自然過濾堆積形成穩(wěn)定的砂橋，進(jìn)而阻止砂粒迸入井筒防止砂卡泵，這種方法稱為自然砂橋控砂技術(shù)，其技術(shù)關(guān)鍵是控制好油層流體流速不能超過破壞砂橋的“臨界流速”。 “臨屆流速”的確定針對(duì)各個(gè)單井各不相同，目前尚處在摸索階段，我區(qū)通過摸索初步把嚴(yán)重出砂井液量控制在20m3/d左右，取得了一定的防砂效果。曙1-030144井是一口出砂、汽竄嚴(yán)重油井，上周期平均檢泵周期僅為16天，通過變頻技術(shù)的應(yīng)用，有效降低了油井生產(chǎn)沖次（2.3 min-1），將該井初期產(chǎn)液由原來的平均35m3/d降至目前的平均18m3/d。

（2）由于抽油機(jī)沖次的降低，大大減小了泵的磨損次數(shù)，減輕了液面撞擊，從而以提高泵效，改善泵的工況。同時(shí)，機(jī)桿泵管的循環(huán)應(yīng)力次數(shù)成倍降低，可以減少機(jī)桿泵管的慣性載荷、沖擊載荷。大部分抽油桿斷脫是由于勞損壞造成的，沖次的降低可以大大延長抽油桿的使用壽命。

3.3防竄開井，提高油井生產(chǎn)時(shí)率

（1）合理控制生產(chǎn)壓差，水中取油，超稠油井排水期過長一般分為兩種原因：一是受汽竄影響，現(xiàn)場汽竄多發(fā)生在多周期吞吐后，在某個(gè)方向上的井于井之間可能形成了高含水熱通道，此時(shí)從注汽井注入的蒸汽冷凝水發(fā)生粘性指進(jìn)，即熱水很快竄到生產(chǎn)井，導(dǎo)致生產(chǎn)井高含水生產(chǎn)。利用變頻技術(shù)，降沖次控制生產(chǎn)壓差生產(chǎn)，關(guān)閉井間或縮小井間熱通道轉(zhuǎn)移汽竄能量，不僅可以恢復(fù)受竄井采油能力，在某種意義上來說還可以有效利用汽竄達(dá)到增產(chǎn)的目的。例如，杜84-32-176井于下泵開井正常時(shí)平均日產(chǎn)液40m3/d，產(chǎn)油15m3/d連續(xù)生產(chǎn)45天后受杜84-32-178井注汽影響防竄關(guān)井，12月3日開井后采用抽油機(jī)最低沖次4 min-1連續(xù)生產(chǎn)47天，始終高含水平均日產(chǎn)液量40 m3/d，平均含水高達(dá)97%。二是油層出水，地下水的流動(dòng)性要好于超稠油的流動(dòng)性，因此，高沖次、高壓差生產(chǎn)會(huì)導(dǎo)致地層水優(yōu)先于油被采出地面，井口表現(xiàn)為油井排水期過長。利用變頻技術(shù)，降低生產(chǎn)壓差使井下油水界面重新分布，抑制水層、發(fā)揮油層從而達(dá)到油井增產(chǎn)、縮短排水期的目的。

（2）汽竄井實(shí)現(xiàn)低沖次生產(chǎn)，提高油井開井時(shí)率。傳統(tǒng)的汽竄井管理法是提前關(guān)井，這種方法的缺點(diǎn)是很難把握汽竄井的開、關(guān)井時(shí)機(jī)，影響油井周期產(chǎn)量。 采油作業(yè)六區(qū)在水平井注汽期間共有館陶防竄井45口，按照以往管理經(jīng)驗(yàn)其中有2口井需提前關(guān)井，我們充分利用變頻技術(shù)對(duì)汽竄油井采取不關(guān)井生產(chǎn)，控制生產(chǎn)液量，防止了地層激動(dòng)出砂，提高油井的開井時(shí)率。

4.結(jié)論

應(yīng)用變頻技術(shù)是保證超稠油井末期平穩(wěn)放噴，合理控制生產(chǎn)壓差，避免油層激動(dòng)出砂，提高汽竄井開井時(shí)率，延長油井檢泵周期，協(xié)調(diào)低產(chǎn)井供、排能力，節(jié)能增效，改善抽汲工況的有效途徑，具有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅英俊等，采油技術(shù)手冊(cè).第3版.北京：石油工業(yè)出版社，2005.3

作者簡介：丁志河（1977-），男，助理工程師，2002年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，現(xiàn)任采油作業(yè)六區(qū)管理組長。