大慶油田螺桿泵機(jī)采井系統(tǒng)效率現(xiàn)狀及對(duì)策

王國慶,師國臣,馬志權(quán),王淼峰

(大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院,黑龍江大慶163453) *

大慶油田螺桿泵機(jī)采井系統(tǒng)效率現(xiàn)狀及對(duì)策

王國慶,師國臣,馬志權(quán),王淼峰

(大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院,黑龍江大慶163453)*

對(duì)大慶油田螺桿泵機(jī)采井系統(tǒng)效率進(jìn)行了分析,并結(jié)合實(shí)例井,以工作轉(zhuǎn)速為主要技術(shù)參數(shù)分析了螺桿泵舉升系統(tǒng)地面、井筒及泵內(nèi)能耗特征。在此基礎(chǔ)上提出了提高螺桿泵機(jī)采井系統(tǒng)效率的4項(xiàng)技術(shù)對(duì)策:①提高電機(jī)負(fù)載率;②提高地面?zhèn)鲃?dòng)效率;③合理選擇工作轉(zhuǎn)速;④按照“左側(cè)選取”原則選井、選泵。

螺桿泵;系統(tǒng)效率;節(jié)能

影響機(jī)采井系統(tǒng)效率的因素很多,且相互之間的關(guān)系復(fù)雜[1-4]。機(jī)采井系統(tǒng)效率作為油田生產(chǎn)的重要技術(shù)指標(biāo)之一,不僅反映了其生產(chǎn)運(yùn)行及節(jié)能降耗狀況,而且也反映了油田整體的技術(shù)裝備和管理水平。

1 螺桿泵機(jī)采井系統(tǒng)效率現(xiàn)狀

近年來,大慶油田機(jī)采井在運(yùn)轉(zhuǎn)總井?dāng)?shù)已超過6 500口,螺桿泵舉升工藝技術(shù)已成為大慶油田的主要舉升方式之一。圍繞螺桿泵機(jī)采井,大慶油田在如何提高系統(tǒng)效率方面做了大量工作,取得了較好效果,2009年主要技術(shù)數(shù)據(jù)如表1～2。

表1 大慶油田機(jī)采井生產(chǎn)數(shù)據(jù)

表2 大慶油田長垣采油區(qū)機(jī)采井系統(tǒng)效率統(tǒng)計(jì)

表1的數(shù)據(jù)表明,與抽油機(jī)井相比,螺桿泵機(jī)采井泵效高12.7%,動(dòng)液面低361.2 m,檢泵周期短169 d。表2的數(shù)據(jù)表明,螺桿泵機(jī)采井裝機(jī)功率低8.2 kW、功率利用率高15%,系統(tǒng)效率高3.7%。螺桿泵表現(xiàn)出了裝機(jī)功率小、泵效高、系統(tǒng)效率高等技術(shù)優(yōu)勢。

SY/T 6275—2007《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》規(guī)定了螺桿泵井達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的系統(tǒng)效率最低保證值,即節(jié)能評(píng)價(jià)值應(yīng)≥35%。按照此要求,大慶油田螺桿泵機(jī)采井系統(tǒng)效率還存在一定差距,因此在節(jié)能降耗方面還需進(jìn)一步挖潛,檢泵周期也有待進(jìn)一步提高。

2 螺桿泵舉升系統(tǒng)能耗特征

在實(shí)際生產(chǎn)過程中,當(dāng)泵型確定后,螺桿泵井可調(diào)整的工作參數(shù)只有1個(gè),即工作轉(zhuǎn)速。本文以工作轉(zhuǎn)速為主線,通過加拿大C-FER公司PC-PUMP分析評(píng)價(jià)軟件,結(jié)合1口井實(shí)際測試數(shù)據(jù),對(duì)螺桿泵舉升系統(tǒng)的能耗特征及影響因素進(jìn)行分析。

該井基本情況為:人工井底1 230.3 m、?139.7 mm套管、螺桿泵型號(hào) GLB1200、常規(guī)(二級(jí)減速)地面驅(qū)動(dòng)裝置功率30 kW、?88.9 mm(3??英寸) TBG油管、?38 mm防脫空心抽油桿;正常生產(chǎn)時(shí)日產(chǎn)液237 t,含水94.3%,動(dòng)液面665 m。

通過調(diào)整工作轉(zhuǎn)速(50～150 r/min),對(duì)該井不同工作轉(zhuǎn)速條件下的地面裝置、井筒、螺桿泵3部分能耗進(jìn)行了測試分析。

2.1 地面部分[5]

地面部分包括電控箱、電機(jī)和減速箱,能耗特征數(shù)據(jù)如表3。

由表3可以看出,地面部分能耗主要有2個(gè)特征。

1) 隨工作轉(zhuǎn)速上升,電機(jī)負(fù)載率及地面?zhèn)鲃?dòng)效率增加。

2) 在較低轉(zhuǎn)速(<90 r/min)下,地面?zhèn)鲃?dòng)效率增速較快,與50 r/min相比,90 r/min時(shí)地面?zhèn)鲃?dòng)效率高15.1%;在較高轉(zhuǎn)速(>90r/min)下,地面?zhèn)鲃?dòng)效率增速變緩,保持在60%以上,較為穩(wěn)定。

表3 實(shí)例井地面裝置能耗數(shù)據(jù)

2.2 井筒

井筒部分能耗特征數(shù)據(jù)如表4。

習(xí)近平在全國宣傳思想工作會(huì)議上指出，宣傳思想工作是做人的工作的，要把培養(yǎng)擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的“時(shí)代新人”作為重要職責(zé)。這是習(xí)近平對(duì)新時(shí)代宣傳思想工作的最新定位和要求。宣傳思想工作本質(zhì)是人的工作，新時(shí)代宣傳思想工作對(duì)如何培育“時(shí)代新人”提出了新要求，因此，培育“時(shí)代新人”自然成為今后一個(gè)時(shí)期黨的宣傳思想工作的重點(diǎn)工作。

表4 實(shí)例井井筒能耗數(shù)據(jù)

由表4可以看出,井筒部分能耗主要有2個(gè)特征。

1) 在高含水條件下,油管內(nèi)液流沿程損耗對(duì)工作轉(zhuǎn)速的變化不敏感,占泵輸出功率比例很小,基本可以忽略。

2) 在較低轉(zhuǎn)速(<90 r/min)下,井筒效率增速快,與50 r/min相比,90 r/min時(shí)的井筒效率高21.2%;在較高轉(zhuǎn)速(>90 r/min)下,井筒效率超過95%。

2.3 螺桿泵

螺桿泵泵內(nèi)能耗特征數(shù)據(jù)如表5。

表5 實(shí)例井螺桿泵泵內(nèi)能耗數(shù)據(jù)

由表5可以看出,隨工作轉(zhuǎn)速上升,螺桿泵機(jī)械效率逐步提高,由50 r/min時(shí)的63.9%上升到150 r/min時(shí)的78.6%,升幅14.7%。

上述分效率測試分析結(jié)果表明,螺桿泵井在舉升過程中存在一個(gè)“臨界工作轉(zhuǎn)速”,即在該轉(zhuǎn)速下地面裝置、井筒、螺桿泵3部分效率均較低,而在高于該轉(zhuǎn)速時(shí),各部分效率均處于相對(duì)較高且穩(wěn)定的水平。很明顯,上述實(shí)例井臨界工作轉(zhuǎn)速為90 r/min,對(duì)應(yīng)的實(shí)測系統(tǒng)效率為31.9%(如表6),超過大慶油田29%的平均水平。

表6 實(shí)例井生產(chǎn)情況及系統(tǒng)效率測試數(shù)據(jù)

3 提高效率的技術(shù)對(duì)策

對(duì)于如何提高螺桿泵機(jī)采井系統(tǒng)效率已有公開發(fā)表的諸多文獻(xiàn),不再贅述。本文僅針對(duì)大慶油田螺桿泵井系統(tǒng)效率現(xiàn)狀,并結(jié)合上述實(shí)例井進(jìn)行重點(diǎn)論述。

1) 提高電機(jī)負(fù)載率 電機(jī)負(fù)載率是指在實(shí)際工況條件下,電機(jī)的實(shí)際輸出功率與電機(jī)的額定功率的百分比。對(duì)于螺桿泵舉升系統(tǒng),電機(jī)負(fù)載率應(yīng)達(dá)到35%[6]。目前大慶油田平均水平為37.7%,處于較為合理的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。通常情況下,現(xiàn)場所用三相異步電機(jī)的最佳運(yùn)行效率在0.7～1.1倍額定功率附近[7],如果電機(jī)功率利用率過低,電機(jī)效率和功率因數(shù)下降,將會(huì)導(dǎo)致“大馬拉小車”現(xiàn)象發(fā)生,影響系統(tǒng)效率。

提高電機(jī)負(fù)載率雖然有利于提高系統(tǒng)效率,但對(duì)節(jié)電率沒有顯著影響,二者之間沒有必然的因果關(guān)系。

2) 提高地面?zhèn)鲃?dòng)效率 上述分效率測試結(jié)果表明,在螺桿泵舉升系統(tǒng)中,地面?zhèn)鲃?dòng)效率最低,150 r/min時(shí)也未達(dá)到70%,說明這是提高系統(tǒng)效率的重要挖潛點(diǎn)之一。

隨著國內(nèi)人工舉升技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展,近幾年出現(xiàn)了一種新型螺桿泵地面直驅(qū)裝置,與常規(guī)驅(qū)動(dòng)裝置不同,該裝置是由具有空心軸結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)光桿旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)井下泵工作。由于減少了皮帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng),因此具有較高的地面?zhèn)鲃?dòng)效率,單井耗能效率提高了1/3以上[8],同時(shí)還具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、安全性好、維護(hù)費(fèi)用低等一系列技術(shù)優(yōu)勢。大慶油田近幾年也開展了相關(guān)研究工作,截至2010年底已應(yīng)用600余臺(tái)套,并取得了較好的節(jié)能效果,有望成為螺桿泵舉升配套的換代技術(shù)。

3) 合理選擇工作轉(zhuǎn)速 工作轉(zhuǎn)速的合理選擇對(duì)系統(tǒng)的高效平穩(wěn)運(yùn)行具有重要影響。上述實(shí)例井分析結(jié)果表明,螺桿泵舉升系統(tǒng)在運(yùn)行過程中主要由2方面來保持較高系統(tǒng)效率。一是實(shí)際工作轉(zhuǎn)速>臨界工作轉(zhuǎn)速,以保證系統(tǒng)具有較高的基礎(chǔ)分效率;二是在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高工作轉(zhuǎn)速,通過增加靜舉升功率來提高系統(tǒng)效率。因此,較為合理的工作轉(zhuǎn)速下限應(yīng)不低于臨界工作轉(zhuǎn)速,上限則應(yīng)綜合實(shí)際生產(chǎn)需求和系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行等因素確定。大慶油田螺桿泵井目前的平均工作轉(zhuǎn)速僅為100 r/min左右,仍有較大的提升空間。

4) 按照“左側(cè)選取”原則選井選泵 圖1為由室內(nèi)水力特性檢測得到的GLB500型螺桿泵在不同工作轉(zhuǎn)速條件下泵壓與有效功率的關(guān)系曲線,其中A、B、C、D點(diǎn)分別為不同轉(zhuǎn)速曲線的最高有效功率點(diǎn)。在由A、B、C、D點(diǎn)連成的最高功率點(diǎn)曲線左側(cè)區(qū)域,隨轉(zhuǎn)速及泵壓上升,有效功率大致呈線性增長,稱之為低漏失區(qū)域;在其右側(cè)區(qū)域,雖然隨轉(zhuǎn)速上升有效功率上升,但隨泵壓上升有效功率卻呈現(xiàn)快速下降趨勢,稱之為高漏失區(qū)域。

在實(shí)際選井、選泵過程中,除了考慮油井產(chǎn)量與泵排量匹配外,更重要的也是容易被忽略的還應(yīng)結(jié)合油井歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù),優(yōu)選泵的工作轉(zhuǎn)速和工作壓力,使井泵協(xié)調(diào)點(diǎn)盡量在低漏失區(qū)域,即“左側(cè)選取”原則,這樣才有利于提高系統(tǒng)效率。

圖1 GLB500型螺桿泵壓力-有效功率曲線

4 結(jié)論

1) 螺桿泵井在舉升過程中存在一個(gè)“臨界工作轉(zhuǎn)速”,在該轉(zhuǎn)速下,地面裝置、井筒、螺桿泵3部分效率均較低,高于該轉(zhuǎn)速時(shí),各部分效率相對(duì)較高且穩(wěn)定。

2) 采取提高電機(jī)負(fù)載率和地面?zhèn)鲃?dòng)效率,合理選擇工作轉(zhuǎn)速及按照“左側(cè)選取”原則選井、選泵等技術(shù)措施,能夠有效提高螺桿泵機(jī)采井系統(tǒng)效率。

3) 在油田實(shí)際生產(chǎn)過程中,一方面應(yīng)根據(jù)舉升介質(zhì)物性、工況環(huán)境及螺桿泵水力特性,明晰不同條件下的系統(tǒng)能耗特征,有針對(duì)性地采取提高系統(tǒng)效率措施;另一方面不應(yīng)單純追求油井產(chǎn)量最大化,否則容易導(dǎo)致螺桿泵工作在高漏失區(qū)域,從而影響系統(tǒng)效率。

4) 應(yīng)綜合考慮油井產(chǎn)量、系統(tǒng)效率、運(yùn)行壽命等主要技術(shù)指標(biāo)之間的相互協(xié)調(diào)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)螺桿泵機(jī)采井長期高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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Current Level and Strategy of the System Efficiency for Progressing Cavity Pump Well in Daqing Oilfield

WANG Guo-qing,SHI Guo-chen,MA Zhi-quan,WANG Miao-feng
(Oil Production Engineering Research Institute,Daqing Oilf ield Company Ltd.,Daqing163453,China)

The current level of the system efficiency about the progressing cavity pump well in Daqing Oilfield has been analyzed.Combined with practical instance well and taking working speed as the main technical parameter,the energy consumption characteristics of the ground,the borehole as well as the pump inside have been analyzed.On this base,four technology measures have been proposed to increase the system efficiency of the progressing cavity pump well:①to increase load factor of the motor;②raise ground transmission efficiency;③to choose reasonable working speed;④to pick well and pump according to the“l(fā)eft side selects”rule.

progressing cavity pump;system efficiency;energy saving

1001-3482(2011)07-0025-04

TE355.5

A

2010-12-09

王國慶(1971-),男,黑龍江呼蘭人,高級(jí)工程師,工程碩士,1994年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)礦機(jī)專業(yè),主要從事油田人工舉升新產(chǎn)品、新工藝研發(fā)工作,E-mail:gqwang@petrochina.com.cn。