抽油機(jī)井沉沒(méi)度與能耗關(guān)系的研究和試驗(yàn)

楊勇楠（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠(chǎng)）

抽油機(jī)井沉沒(méi)度與能耗關(guān)系的研究和試驗(yàn)

楊勇楠（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠(chǎng)）

通過(guò)對(duì)合理沉沒(méi)度與能耗問(wèn)題的提出，計(jì)算出符合條件井的舉升高度、噸液百米耗電、系統(tǒng)效率，并將其擬合為一口井；根據(jù)所有井的平均噸液百米耗電、平均系統(tǒng)效率和平均沉沒(méi)度繪制出曲線(xiàn)，從而得出理論上合理的沉沒(méi)度值。再將選出的井控制沉沒(méi)度并繪制成曲線(xiàn)，進(jìn)而得出合理沉沒(méi)度區(qū)間。通過(guò)試驗(yàn)可知沉沒(méi)度在200～250 m區(qū)間的平均噸液百米耗電較低并且平均系統(tǒng)效率較高，是較為合理的沉沒(méi)度范圍。

沉沒(méi)度 系統(tǒng)效率 噸液百米耗電

降低抽油機(jī)井能耗是降低采油成本、提高油田開(kāi)發(fā)效益的有效途徑。要想充分發(fā)揮油層潛力，又要達(dá)到節(jié)能降耗的目的，必須將沉沒(méi)度控制在合理的范圍內(nèi)。

目前，大慶油田第三采油廠(chǎng)抽油機(jī)井沉沒(méi)度小于150 m的有433口，占抽油機(jī)井開(kāi)井?dāng)?shù)的26.11%，沉沒(méi)度大于600 m的有468口，占28.23%。沉沒(méi)度過(guò)高，會(huì)造成抽油機(jī)的系統(tǒng)效率偏低，同時(shí)抑制薄差油層潛力的發(fā)揮；沉沒(méi)度偏低，氣影響嚴(yán)重會(huì)降低泵效，同時(shí)還存在液擊現(xiàn)象，加劇抽油桿的振動(dòng)彎曲，造成抽油機(jī)井偏磨、桿斷的發(fā)生。

1 抽油機(jī)井沉沒(méi)度與能耗的理論關(guān)系

系統(tǒng)效率和噸液百米耗電是衡量抽油機(jī)井能耗情況的重要技術(shù)指標(biāo)，也是反映抽油機(jī)井設(shè)計(jì)和管理水平高低的一項(xiàng)重要指標(biāo)[1]。

1.1 沉沒(méi)度與系統(tǒng)效率的關(guān)系

系統(tǒng)效率：

式中：

Q——油井實(shí)際日產(chǎn)液量，m3/d；

H——實(shí)際舉升高度，m；

ρm——油水兩項(xiàng)混合液密度，103k g/m3；

___g——重力加速度，m/s2。

P有功——有功功率，k W。

機(jī)采井實(shí)際舉升高度：

由上述公式可以看出：

1）抽油機(jī)井系統(tǒng)效率隨抽油泵實(shí)際舉升高度的增加而提高，對(duì)于泵掛深度一定的油井，若沉沒(méi)度大，抽油泵實(shí)際舉升高度降低，系統(tǒng)效率降低[2]。

2）沉沒(méi)度小，實(shí)際舉升高度雖然增大，但泵的吸入壓力變小，泵效降低，產(chǎn)量下降，系統(tǒng)效率降低。

因此，要想提高系統(tǒng)效率，生產(chǎn)中要保證油井在合理的沉沒(méi)度范圍內(nèi)工作。在滿(mǎn)足泵沉沒(méi)壓力的條件下，盡量提高實(shí)際舉升高度，即降低液面，但

式中：

H——實(shí)際舉升高度，m；

Hd——油井動(dòng)液面深度，m；

Po——井口油壓，MPa；

Pc——井口套壓，MPa。

油井動(dòng)液面深度：式中：

Hd——油井動(dòng)液面深度，m；

L——油井泵掛深度，m；

Hm——油井沉沒(méi)度，m。整理得出系統(tǒng)效率公式：

需強(qiáng)調(diào)的是，動(dòng)液面并非愈深愈好。因?yàn)?，?dāng)泵深一定時(shí)，隨著實(shí)際舉升高度的增加，泵的沉沒(méi)度逐漸變小，泵的吸入壓力變小，會(huì)導(dǎo)致泵效下降，因此生產(chǎn)中要保證油井合理沉沒(méi)度。

1.2 噸液耗電及噸液百米耗電

噸液耗電：

式中：

X——噸液百米耗電，k W h/102m.t

W——噸液耗電，k W h/t；

Q——油井實(shí)際日產(chǎn)液量，m3/d；

H——實(shí)際舉升高度，m。

由上述公式可以看出：抽油機(jī)噸液百米耗電與抽油機(jī)井有功功率、舉升高度及產(chǎn)液量有一定比例關(guān)系[3]。

式中：

W——噸液耗電，k W h/t；

Q——油井實(shí)際日產(chǎn)液量，m3/d；

P有功——有功功率，k W。

噸液百米耗電：

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 用各項(xiàng)參數(shù)相近的抽油機(jī)井模擬一口井，找出在不同的沉沒(méi)度情況下能耗與沉沒(méi)度的關(guān)系

選井原則：首先將滿(mǎn)足下列條件的抽油機(jī)井作為試驗(yàn)對(duì)象。

1）機(jī)型是CY J10-4.2-53H B；

2）泵徑是70mm整筒泵；

3）桿徑是22mm；

4）管徑是62mm；

5）沖速5～7次。

理論計(jì)算：滿(mǎn)足上述條件的抽油機(jī)井共有70口。將這些井現(xiàn)場(chǎng)同步量油、測(cè)試液面、有功功率、功率因數(shù)、油壓和套壓，計(jì)算出這些井的實(shí)際舉升高度、噸液百米耗電、系統(tǒng)效率。將以上抽油機(jī)井以沉沒(méi)度50m為間隔，劃分為17個(gè)區(qū)間，一直到液面在井口為止。再分別求出每個(gè)區(qū)間所有井的平均噸液百米耗電、平均系統(tǒng)效率和平均沉沒(méi)度。見(jiàn)表1。

表1 各沉沒(méi)度區(qū)間系統(tǒng)能耗與沉沒(méi)度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)各個(gè)沉沒(méi)度區(qū)間的平均噸液百米耗電、平均系統(tǒng)效率和平均沉沒(méi)度的值擬合成曲線(xiàn)，來(lái)分析抽油機(jī)井能耗隨沉沒(méi)度的變化特征。見(jiàn)圖1。

由圖1可見(jiàn)，隨著沉沒(méi)度的增加，噸液百米耗電先減少而后增加，在沉沒(méi)度為100～350m處的平均噸液百米耗電較低，而系統(tǒng)效率隨著沉沒(méi)度增加而先增大后減小，在200～500m處的平均系統(tǒng)效率較高。

沉沒(méi)度在100～500m范圍內(nèi)都是較為合理的范圍，但既使噸液百米耗電較低又使系統(tǒng)效率較高的沉沒(méi)度范圍在200～350m處，是能耗最低系統(tǒng)效率最高的沉沒(méi)度最佳范圍。

2.2 單井利用變頻器調(diào)整沖速以得到不同沉沒(méi)度下能耗與沉沒(méi)度的關(guān)系

選擇B1-10-457抽油機(jī)井做試驗(yàn)井，進(jìn)行單井測(cè)試。抽油機(jī)井泵況好、沉沒(méi)度低、有變頻控制器、產(chǎn)量高，有利于試驗(yàn)效果的觀(guān)察與分析。

表2 B 1-10-457井沉沒(méi)度與能耗關(guān)系試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

微調(diào)變頻器頻率，盡量使沉沒(méi)度變化在50m左右，在不同的沉沒(méi)度下測(cè)量產(chǎn)液、液面、有功功率、功率因數(shù)、油壓、套壓，計(jì)算出噸液百米耗電、系統(tǒng)效率，用噸液百米耗電、系統(tǒng)效率見(jiàn)表2和沉沒(méi)度擬合成曲線(xiàn)（見(jiàn)圖2）來(lái)分析抽油機(jī)井能耗隨沉沒(méi)度的變化特征。

由曲線(xiàn)擬合圖2可以看出，B1-10-457井沉沒(méi)度在150～250m左右時(shí)系統(tǒng)效率較高，沉沒(méi)度在150～250m左右時(shí)噸液百米耗電較低，B1-10-457井合理沉沒(méi)度范圍是150～250m，在200m左右的系統(tǒng)效率最高噸液百米耗電最低，最佳沉沒(méi)度是200m。

3 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

1）沉沒(méi)度由低向高，噸液百米耗電先隨著沉沒(méi)度的增加而減少，在100～300m處出現(xiàn)拐點(diǎn)，然后隨著沉沒(méi)度的增加而增加。

2）系統(tǒng)效率先隨著沉沒(méi)度的增加而增加，在100～350m處出現(xiàn)拐點(diǎn)，然后隨著沉沒(méi)度的增加而減少，在液面到井口處系統(tǒng)效率為零。

3）每口單井的系統(tǒng)效率和噸液百米耗電的拐點(diǎn)位置不完全相同，但基本在平均拐點(diǎn)附近，符合平均規(guī)律。

4）沉沒(méi)度在200～250m處的平均噸液百米耗電較低并且平均系統(tǒng)效率較高，是較為合理的沉沒(méi)度范圍。

[1]竇宏恩.提高有桿抽油系統(tǒng)效率的新理論與新技術(shù)[J].石油機(jī)械,2001,5:45-47.

[2]葉連波,劉玉梅.提高機(jī)采井系統(tǒng)效率的理論與措施[J].油氣井測(cè)試,2004,4:15-17,106-107.

[3]葉鵬,盛國(guó)富,陸秀霞,等.抽油機(jī)井系統(tǒng)效率計(jì)算新方法及影響因素分析[J].國(guó)外油田工程,2004,12:44-46.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.05.007

楊勇楠，2007年7月畢業(yè)于東北石油大學(xué)，主要從事聚驅(qū)采出動(dòng)態(tài)分析，E-mail：edgar1@163.com，地址：黑龍江省大慶油田第三采油廠(chǎng)工程技術(shù)大隊(duì)三采室，163311。

2012-02-16）