能耗值在油井生產(chǎn)中的應(yīng)用探討

邢勇軍 （大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠）

能耗值在油井生產(chǎn)中的應(yīng)用探討

邢勇軍 （大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠）

從動(dòng)液面深度、井筒清潔程度、能耗測試位置和現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)多方面進(jìn)行分析，歸納出油井能耗值的影響因素，提出了通過系統(tǒng)效率判斷能耗值正確與否的方法。在能耗曲線的應(yīng)用方面，提出泵漏失井和間歇出液井能耗曲線呈現(xiàn)波浪型，判斷井筒結(jié)蠟狀況，延長熱洗周期。通過能耗數(shù)據(jù)和曲線判斷井口設(shè)備故障，利用能耗曲線加強(qiáng)現(xiàn)場管理，使得能耗值在油井生產(chǎn)中發(fā)揮最大的作用。

能耗值；能耗曲線；動(dòng)液面深度；井筒清潔程度；油井參數(shù)

1 影響油井能耗值的因素分析

1.1動(dòng)液面深度

油井在進(jìn)行能耗測試時(shí)，主要通過測試有功功率來計(jì)算單井的日耗電量。有功功率的大小與動(dòng)液面深度直接相關(guān)[1]。當(dāng)動(dòng)液面深度小時(shí)，將流體舉升到井口所需要的能量小，有功功率低。

以某井為例，該井在2009年4月9日測試，動(dòng)液面為707 m，測得的有功功率為7.12 kW，功率因數(shù)為0.433。2009年5月7日，該井液面升至井口，測得的有功功率為5.93 kW，功率因數(shù)為0.376，較4月份測試的能耗值下降16.71%。

1.2井筒清潔程度

有功功率直接反映油井電動(dòng)機(jī)的能耗情況，對(duì)工況變化的敏感性強(qiáng)，既可反映轉(zhuǎn)矩的變化，又可反映轉(zhuǎn)速的變化。當(dāng)井筒內(nèi)有結(jié)蠟現(xiàn)象時(shí)，轉(zhuǎn)子與定子在運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力不同，能耗也會(huì)不同，井筒清潔程度越差，能耗值越大，表現(xiàn)在兩方面：

1）能耗值出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象。以某井1為例，該井泵型KGLB120-37，產(chǎn)液8.5 t，日產(chǎn)油0.7 t，含水率91.5%，動(dòng)液面在井口，洗井周期30 d。由于是小排量螺桿泵，洗井時(shí)間4 h，返回溫度45℃，計(jì)量間壓力從5 MPa下降到4.5 MPa，洗井效果差。能耗曲線有明顯的鋸齒特征，動(dòng)態(tài)加強(qiáng)測試數(shù)據(jù)表明：該井有功功率在0.34～4.06 kW之間波動(dòng)（平均值2.71 kW），功率因數(shù)在0.04～0.526之間波動(dòng)（平均值0.35），說明轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力不同，導(dǎo)致能耗波動(dòng)大。該井洗井后，上調(diào)轉(zhuǎn)速90轉(zhuǎn)到100轉(zhuǎn)，有功功率在3.56～5.14 kW之間波動(dòng)（平均值4.48 kW），功率因數(shù)在0.387～0.545之間波動(dòng)（平均值0.48），能耗曲線光滑，井筒清潔程度得到改善（圖1）。

圖1 井1能耗曲線

2）能耗曲線光滑，但能耗值上升速度快。以某井2為例，該井作業(yè)后套漏，無法洗井，能耗曲線光滑，但能耗值上升速度快，有功功率在2010年4月份為5.11 kW，8月份上升到12.11 kW，上升比例為136.99%。 通過能耗曲線判斷，井筒結(jié)蠟嚴(yán)重的一般都是500型及以下泵，排量越小，洗井越困難，能耗值波動(dòng)越大（圖2）。

圖2 井2無法洗井能耗曲線

1.3現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)

油井參數(shù)對(duì)能耗值影響。對(duì)于液面不在井口的井，當(dāng)油井生產(chǎn)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，由于液面變化，能耗值發(fā)生變化；而對(duì)于液面在井口的油井，當(dāng)生產(chǎn)參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，盡管油井動(dòng)液面不變，但能耗值仍然發(fā)生變化，變化規(guī)律是當(dāng)生產(chǎn)參數(shù)增大時(shí)，能耗值增加。

以井3為例，該井液面一直在井口，2010年5月調(diào)參，轉(zhuǎn)速由83轉(zhuǎn)調(diào)整到100轉(zhuǎn)。調(diào)參后能耗值由3.29 kW上升到3.68 kW，能耗增加11.85%，產(chǎn)液量和動(dòng)液面都沒有變化。因此，對(duì)于液面在井口的井，如果調(diào)大轉(zhuǎn)速仍不能將動(dòng)液面抽下去，建議用小參數(shù)生產(chǎn)（圖3）。

圖3 井3調(diào)參前后能耗變化曲線

井上在用節(jié)能設(shè)備對(duì)能耗值影響大。當(dāng)更換變壓器或電動(dòng)機(jī)時(shí)，油井的能耗值會(huì)有很大變化。以井4為例，該井在2009年12月份時(shí)液面在井口，能耗測試，有功功率7.16 kW，無功功率6.24 kvar,功率因數(shù)0.76，電流12.94 A，電壓420 V，使用的是普通變壓器（S7-100/6.3）。2010年換成節(jié)能變壓器（ZDC/TS11-MR-63），有功功率4.93 kW，無功功率5.35 kvar，功率因數(shù)0.68，電流13.11 A，電壓318.8 V，產(chǎn)液量基本不變，能耗值下降31.15%。

2 判斷能耗值是否合理的方法

2.1利用有功功率判斷能耗值

油井正常生產(chǎn)時(shí)，能耗值一般在1～30 kWh之間（電泵井可以達(dá)到40 kWh以上），如果超出范圍，可能是測試方面有問題或者油井本身出現(xiàn)問題。

2.2利用功率因數(shù)判斷能耗值

在交流電路中，功率因數(shù)是電壓與電流之間的相位差（φ）的余弦，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cosφ=P/S。在交流電路里，電壓乘電流是視在功率，配電線路中變壓器及母線因輸送無功功率造成的電能損耗是不可避免的；因此，有功功率與視在功率是不可能相等的，如果功率因數(shù)等于1時(shí)，說明整個(gè)能耗系統(tǒng)出現(xiàn)問題。

以井5為例，該井在2000年10月儀器發(fā)生故障，測得的能耗數(shù)據(jù)，有功功率為19.34 kW，無功功率為0，功率因數(shù)為1，螺桿泵運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為207 Hz，無功功率和頻率完全不符合規(guī)律。后經(jīng)鑒定為儀器霍耳損壞，更換后，該井的有功功率降到4.89 kW，恢復(fù)正常（圖4）。

圖4 井5能耗異常曲線

3 能耗曲線在現(xiàn)場的應(yīng)用

不同的工作狀況下，油井的能耗會(huì)發(fā)生變化，并且有功功率的變化是最直觀的。因此，利用能耗曲線可以判斷泵工作狀況，井筒結(jié)蠟情況以及各種地面設(shè)備故障。

3.1判斷螺桿泵井泵況

3.1.1 泵漏失井和間歇出液井能耗曲線呈現(xiàn)波浪型

隨著泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的延長，定子橡膠磨損，過盈增大，定子與轉(zhuǎn)子在運(yùn)動(dòng)過程中密封面周期性開、閉，密封效果變差，能耗隨之而出現(xiàn)周期性變化，能耗曲線呈波浪型。

以井6為例，該井是1口四條帶井，泵型KGLB800-14，日產(chǎn)液22.6 t，日產(chǎn)油1.3 t，含水率94.1%，動(dòng)液面在井口。從該井的能耗曲線判斷，有功功率、功率因數(shù)和電流都呈現(xiàn)規(guī)律的波浪形?，F(xiàn)場憋泵，油壓3 min從0.40 MPa上升到1.4 MPa，5 min上升到2.0 MPa，且上升緩慢。動(dòng)液面從537 m上升到井口，日產(chǎn)液從33 t下降到22 t，泵效下降12.18%（圖5）。

圖5 井6能耗曲線

當(dāng)油井間歇出油時(shí)，井筒內(nèi)進(jìn)液量是有規(guī)律的增減，能耗會(huì)隨著井筒進(jìn)液量不同而波動(dòng)，曲線呈現(xiàn)明顯的有規(guī)律的波浪型。以井7為例，該井泵型KGLB500-20，產(chǎn)液12.8 t，日產(chǎn)油2.7 t，含水率78.9%，動(dòng)液面823 m，沉沒度90 m。該井在取樣時(shí)發(fā)現(xiàn)油樣有時(shí)非常稠，有時(shí)取出的都是清水，量油也時(shí)快時(shí)慢，確定為間歇出油井。從該井的能耗曲線判斷，有功功率和電流都呈現(xiàn)有規(guī)律的波浪形（圖6）。

分析認(rèn)為：正常出液時(shí)，定、轉(zhuǎn)子表面有較好的潤滑，消耗電能少；不出液或出液量少時(shí)，定、轉(zhuǎn)子表面潤滑變差，消耗能量多，曲線呈現(xiàn)有規(guī)律的波動(dòng)，這樣極易導(dǎo)致泵的損壞。

圖6 井7能耗曲線

3.1.2 判斷井筒結(jié)蠟狀況，延長熱洗周期

螺桿泵井很難通過電流變化準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)井生產(chǎn)是否出現(xiàn)問題與故障。而有功功率直接反映油井電動(dòng)機(jī)的能耗情況，對(duì)工況變化的敏感性強(qiáng)，既可反映轉(zhuǎn)矩的變化，又可反映轉(zhuǎn)速的變化。根據(jù)能耗曲線的形狀可以判斷井筒清潔程度，依據(jù)洗井前后能耗曲線的波動(dòng)狀況，判斷洗井效果，確定洗井周期。

以井8為例，該井泵型KGLB500-20，產(chǎn)液62.1 t，日產(chǎn)油1.6 t，含水率97.5%，動(dòng)液面523 m，熱洗周期45 d。該井6月1日洗井，能耗曲線顯示消耗功率是下降的。洗井前后能耗曲線光滑，說明井筒無結(jié)蠟，認(rèn)為可以適當(dāng)延長洗井周期。9月20日洗井，洗井周期81 d，洗井前后能耗曲線仍然光滑，說明新的熱洗周期是合理的（圖7）。

圖7 井8洗井前后能耗曲線

井口加藥是延長熱洗方式的有效手段，從現(xiàn)場的執(zhí)行情況看，通過能耗曲線也可以判斷加藥效果，確定加藥周期。

以井9為例，該井泵型KGLB300-20，產(chǎn)液21.2 t，日產(chǎn)油0.9 t，含水率95.5%，動(dòng)液面在井口，采取加藥延長熱洗周期的方式，洗井周期90 d。該井于2009年9月19日加藥，從能耗曲線上可以看出，加藥后能耗在時(shí)刻9：19—13：19之間從2.89 kWh下降到2.51 kWh，下降比例13.15%，但維持時(shí)間短（圖8）。

圖8 井9加藥前后能耗曲線

3.2判斷井口設(shè)備故障

2010年2月21日發(fā)現(xiàn)井10頻繁出現(xiàn)燒皮帶現(xiàn)象。測試沉沒度為433 m，屬于正常液面。后對(duì)該井進(jìn)行洗井，返回時(shí)間快，返回溫度高，洗井也不存在問題。能耗曲線顯示，該井井筒沒有結(jié)蠟現(xiàn)象。

盡管對(duì)該井進(jìn)行了多次調(diào)整，但斷皮帶現(xiàn)象仍然頻繁發(fā)生。懷疑驅(qū)動(dòng)頭有問題，廠家鑒定沒有問題。之后將減速箱輪直徑從190 mm調(diào)整到310 mm，并降低轉(zhuǎn)速，生產(chǎn)6 d后又開始頻繁斷皮帶。

錄取到的能耗曲線顯示，該井能耗值在斷皮帶前從3.2 kW突然下降到0，并且頻繁變化，一直持續(xù)到皮帶斷為止。從以上數(shù)據(jù)可以判斷，驅(qū)動(dòng)頭在運(yùn)轉(zhuǎn)到過程中有瞬間卡死的現(xiàn)象，而電動(dòng)機(jī)輪一直工作，造成皮帶干磨最后磨斷。2010年4月經(jīng)廠家再次鑒定，驅(qū)動(dòng)頭內(nèi)齒輪壞，維修后該井生產(chǎn)正常。

3.3判斷電泵井故障

井11于2009年1月10日作業(yè)，作業(yè)后一直正常生產(chǎn)，日產(chǎn)液 319 t，日產(chǎn)油 9.4 t，含水率97.1%。2009年3月20日上調(diào)油嘴20/24 mm，周圍注水正常，動(dòng)液面430 m，沉沒度359 m，流壓5.72 MPa。2010年3月12日突然停泵，電流卡片顯示正常停泵，沒有欠載或過載記錄，測量相間電阻ABC三項(xiàng)29、46、170 Ω，測量對(duì)地電阻顯示無窮大。從測量參數(shù)判斷，該井機(jī)組燒了，檢泵周期只有430 d。

2010年4月6日該井作業(yè)，由于檢泵周期超1年，該井沒有鑒定，安裝了能耗測試儀，正常能耗數(shù)據(jù)沒有顯示該井出現(xiàn)故障。能耗動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示，該井在2010年3月12日下午2：31電流突然上升，從35 A上升到108 A，電壓急劇下降，分析認(rèn)為機(jī)組絕緣出現(xiàn)問題，相間短路造成電泵燒（能耗動(dòng)態(tài)加強(qiáng)數(shù)據(jù)1s記錄25個(gè)點(diǎn)）。

3.4加強(qiáng)油井現(xiàn)場管理

3.4.1 監(jiān)督現(xiàn)場是否及時(shí)洗井和加藥

對(duì)于液面不在井口的油井，在加藥或洗井時(shí)，井筒內(nèi)液面會(huì)上升，導(dǎo)致能耗下降。當(dāng)抽汲一段時(shí)間后，液面恢復(fù)到洗井前水平，能耗值會(huì)隨之恢復(fù)；因此，可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測能耗曲線加強(qiáng)現(xiàn)場管理。

3.4.2 避免油井套參

當(dāng)油井套參時(shí)，井筒內(nèi)液面發(fā)生變化，能耗值也會(huì)有規(guī)律地變化，并且有功功率和功率因數(shù)曲線變化趨勢一致。井12是東部過渡帶聚驅(qū)1口油井，該井液面偏低，沉沒度不足10 m，考慮到間抽會(huì)影響螺桿泵壽命，用套參保沉沒度，其能耗曲線呈現(xiàn)規(guī)律性變化（圖9）。

圖9 井12套參能耗曲線

在油井管理中發(fā)現(xiàn)油井13于2010年2月份能耗曲線呈現(xiàn)套參特征，上井核實(shí)發(fā)現(xiàn)該井方盒子壞導(dǎo)致套參，井口更換方盒子后，曲線恢復(fù)正常（圖10）。

圖10 井13套參能耗曲線

4 結(jié)論

1）井筒清潔程度影響能耗值，因此可以根據(jù)能耗曲線延長油井熱洗周期。

2）現(xiàn)場設(shè)備轉(zhuǎn)速越高，能耗越高。對(duì)于調(diào)高轉(zhuǎn)速后液面仍在井口的油井，可以適當(dāng)將轉(zhuǎn)速降到工頻轉(zhuǎn)速以下運(yùn)轉(zhuǎn)，確保螺桿泵使用壽命。

3）利用功率因數(shù)判斷現(xiàn)場測試的能耗數(shù)據(jù)是否有效、可用。

4）利用能耗曲線可以加強(qiáng)現(xiàn)場油井管理，提高管理水平。

[1]萬仁溥.采油工程手冊[M].北京：石油工業(yè)出版社，2000：365-436.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.10.004

2015-05-09

（編輯 王艷）

邢勇軍，工程師，2003年畢業(yè)于東北石油大學(xué)，從事油田生產(chǎn)管理工作，E-mail：xingyongjun@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠油田管理部，163000。