提高蘇北油田機采系統(tǒng)效率綜合研究

袁 勝

（中國石油化工集團華東分公司，江蘇 泰州225300）

0 前言

華東分公司蘇北油田2012年全廠機采系統(tǒng)效率為22左右%，較國內(nèi)先進油田企業(yè)機采系統(tǒng)效率28%存在較大差距。目前采油廠處于原油產(chǎn)量快速增長時期，能源消費總量逐年增加，增幅接近20%，因此提高機采系統(tǒng)效率，系統(tǒng)化的提高機采系統(tǒng)的能源利用效率，對實現(xiàn)降低能源消耗，減少生產(chǎn)成本具有重要意義。

1 影響機采系統(tǒng)效率因素分析

1.1 機采系統(tǒng)效率定義

機械采油系統(tǒng)是通過抽油設(shè)備將地面的電能轉(zhuǎn)換、傳遞給井筒中的生產(chǎn)流體，從而將其舉升至地面的采油方式。機械采油系統(tǒng)的工作實質(zhì)上就是能量不斷傳遞和轉(zhuǎn)換的過程，在能量的每一次傳遞和轉(zhuǎn)換時都會有一定的能量損失。從地面供入系統(tǒng)提供的能量扣除系統(tǒng)中的各種損失，就是系統(tǒng)給井筒流體的有效能量，其與系統(tǒng)輸入的能量之比即為抽油機井的系統(tǒng)效率。顯然，無論是節(jié)能還是提高經(jīng)濟效益，都要求機械采油系統(tǒng)有較高的系統(tǒng)效率[1]。

1.2 影響機采系統(tǒng)效率因素建模分析

為降低采油能耗，改變了長期以來API、行業(yè)算法等以產(chǎn)量為目標(biāo)，最低荷載為準(zhǔn)則的設(shè)計理念，通過引進“能耗最低機采系統(tǒng)設(shè)計軟件”，其原理是建立以產(chǎn)量為目標(biāo)、以能耗最低或以機采成本最低為準(zhǔn)則的機采系統(tǒng)設(shè)計方法[2]，據(jù)此，優(yōu)化設(shè)計出機抽井管桿結(jié)構(gòu)、泵掛、泵徑、沖程、沖次等生產(chǎn)參數(shù)。系統(tǒng)效率影響因素主要有[3]：

1.2.1 地面損失功率

抽油泵在生產(chǎn)過程中，地面裝置中抽油機和電動機在傳遞能量的過程中所損耗的功率定義為地面損失功率。地面損失功率的影響因素有電機空載功率；井下負荷；沖程；沖次；傳輸功率傳導(dǎo)系數(shù)；光桿功率傳導(dǎo)系數(shù)。

1.2.2 粘滯損失功率

深井泵生產(chǎn)過程中，被舉升的液體因與油管、抽油桿發(fā)生磨擦而損耗的功率稱作粘滯損失功率。粘滯損失功率的影響因素：桿速；管徑；桿徑；泵掛；原油粘度。

1.2.3 滑動損失功率

因井斜造成的抽油桿與油管之間發(fā)生的磨擦以及泵柱塞與泵筒間發(fā)生的磨擦而損失的功率稱作滑動損失功率?；瑒訐p失功率的影響因素：桿速；單位長度桿重；井斜軌跡水平投影長度；桿與管的摩擦系數(shù)。

1.2.4 溶解氣膨脹功率

原油在舉升過程中，溶解氣因所受壓力的降低而不斷從原油中析出，從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。一方面導(dǎo)致物質(zhì)本身的能量降低，即內(nèi)能降低；另一方面，這部分能量轉(zhuǎn)化成體積膨脹能而作用于舉升系統(tǒng)。這一功率稱作溶解氣膨脹功率。膨脹功率的影響因素：日產(chǎn)油量；飽和壓力；井口壓力；沉沒壓力；溶解系數(shù)。

1.2.5 井口油溫影響

從井底到井口各深度點所對應(yīng)的地層溫度是逐漸降低的，原油粘度也必然隨著溫度的變化而變化。要確定溫度變化對粘滯損失功率的影響需要確定井口油溫。

井口油溫的影響因素：油層溫度；地表溫度；產(chǎn)液量；含水率；動液面；膨脹功率。

1.2.6 有效功率

在一定揚程下，將一定排量的井下液體提升到地面所需要的功率稱為有效功率。有效功率的影響因素有：產(chǎn)液量；液體密度；動液面深度。

根據(jù)上面的分析，提高系統(tǒng)效率主要分為提高地面系統(tǒng)效率和井下系統(tǒng)效率。提高地面效率就是要提高抽油機效率、電動機效率；提高井下效率主要是優(yōu)化桿管組合，優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)達到提高機采效率的目的[4]。

2 機采系統(tǒng)效率優(yōu)化技術(shù)原理

機采系統(tǒng)效率優(yōu)化考慮了抽油設(shè)備、抽汲參數(shù)、油井參數(shù)、管理參數(shù)、井身結(jié)構(gòu)等因素等5個方面、22個因素的綜合影響，即該系統(tǒng)效率與系統(tǒng)輸入功率模型包含了如下因素：

能耗最低機采系統(tǒng)設(shè)計方法設(shè)計步驟：

找出能夠影響抽汲目標(biāo)產(chǎn)量的所有機械采油系統(tǒng)參數(shù)，其主要參數(shù)包括管徑、泵徑、桿柱組合、桿柱鋼級、泵掛、沖程、沖次。即抽汲同一目標(biāo)產(chǎn)量，將各種參數(shù)一一組合，每一種組合對應(yīng)著一種能耗，對應(yīng)著一種系統(tǒng)效率。分別計算出每一個機采系統(tǒng)所對應(yīng)的輸入功率，即每一種組合所對應(yīng)的輸入功率。選擇輸入功率最低者或者年耗成本最低者所對應(yīng)的參數(shù)組合作為機采系統(tǒng)參數(shù)[5]。

現(xiàn)場實施情況：

對蘇北工區(qū)的40口油井進行測試，收集了相關(guān)的基礎(chǔ)資料，其中包括：輸入功率、動液面、套壓、油壓、示功圖、產(chǎn)液量、含水率等生產(chǎn)參數(shù)；抽油機機型、管徑、泵徑、泵掛、桿柱組合、桿柱鋼級等設(shè)備參數(shù)；地表溫度、油層溫度、油層深度等地層物性參數(shù)和飽和壓力、油氣比、溶解系數(shù)、原油析蠟溫度、地層原油粘度、脫氣原油粘度等原油物性參數(shù)及井斜參數(shù)。經(jīng)過“能耗最低設(shè)計軟件”對泵徑、泵掛、桿柱結(jié)構(gòu)、沖程沖次等參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計并現(xiàn)場措施，將實驗井在采取優(yōu)化措施前后的噸液能耗和機采效率進行比較，噸液能耗普遍降低，平均機采效率由19.7%提高至22.8%，增加了3.1%，年節(jié)電20.2萬千瓦時。

3 結(jié)論

通常抽油機機采系統(tǒng)耗電占到油田生產(chǎn)用電的一半以上，開展機采效率研究能有效降低能耗，特別是在產(chǎn)能建設(shè)階段，油井?dāng)?shù)量和產(chǎn)量增加較快，應(yīng)用提高機采效率措施不僅可每年還可節(jié)約用電，還能延長油井生產(chǎn)周期，減少修井占井時間，能有效降低蘇北工區(qū)油田開發(fā)成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］崔振華.有桿抽油系統(tǒng)[M].北京：石油工業(yè)出版杜,1994.

［2］陳建東.抽油機系統(tǒng)耗能分析[J].石油知識,1994(5).

［3］鄭海金.提高機械采油系統(tǒng)效率的理論研究及應(yīng)用[J].石油學(xué)報,2004：93-95.

［4］鄭立春.新型抽油機節(jié)能機理研究及優(yōu)化設(shè)計[D].天津：天津理工大學(xué),2013.

［5］張林國.抽油機優(yōu)化與節(jié)能的探討[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2012,33(10)：65.