低滲透油田機(jī)采舉升方式優(yōu)化評價(jià)

于海山 趙君峰（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

抽油機(jī)是目前各油田主要的機(jī)采舉升方式，技術(shù)成熟、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便。然而，在低滲透油田應(yīng)用過程中，由于油層深、含蠟高、負(fù)荷大、供液差、泵效低等原因影響，抽油機(jī)系統(tǒng)能耗大、開采成本高，在國際油價(jià)長期震蕩低迷的背景下，油田降本增效問題突出。因此，探索更加合理、高效的原油舉升方式，實(shí)現(xiàn)科學(xué)生產(chǎn)，已經(jīng)成為低滲透油田降低機(jī)采成本的重要途徑。通過對低產(chǎn)低效井在不同產(chǎn)液情況下，舉升方式優(yōu)化或創(chuàng)新應(yīng)用等一系列的探索與實(shí)踐，對比分析各原油舉升方式的適應(yīng)性及投入產(chǎn)出比，得出低滲透油田適用的科學(xué)、高效舉升方式，為低滲透油田實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)采油提供參考。

1 機(jī)采現(xiàn)狀

近年來，隨著電潛柱塞泵的推廣應(yīng)用，油田的機(jī)采方式有抽油機(jī)、螺桿泵、電潛柱塞泵三種，每種舉升方式的特點(diǎn)決定了其適用范圍。

1.1 抽油機(jī)舉升

抽油機(jī)是油田最主要的機(jī)采方式之一，根據(jù)低滲透油田井深及產(chǎn)液特點(diǎn)，在用的抽油機(jī)主要有六型、八型、十型機(jī)三種，其中八型機(jī)較為普遍，六型機(jī)和十型機(jī)數(shù)量較少。能耗方面，六型機(jī)匹配的井產(chǎn)液量低、泵徑小，能耗較低。為合理應(yīng)用機(jī)型及桿管匹配，結(jié)合油田特征和桿管泵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化得出一套適用于低滲透油田降低檢泵率的機(jī)、泵、桿、管匹配圖版（表1）。目前，平均泵效達(dá)到34.2%，檢泵率12.9%，檢泵周期1150 d（表2）。

表1 抽油機(jī)舉升機(jī)、泵、桿、管優(yōu)化匹配

表2 抽油機(jī)運(yùn)行能耗及作業(yè)指標(biāo)情況統(tǒng)計(jì)

1.2 螺桿泵舉升

在用螺桿泵為高揚(yáng)程、小排量螺桿泵，適用于日產(chǎn)液15 m3以下、舉升高度在1300 m以內(nèi)的油井舉升，統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有螺桿泵井，平均單井日耗電97.5kWh，檢泵率18.9%，檢泵周期957 d（表3）。

表3 螺桿泵井運(yùn)行及作業(yè)指標(biāo)情況統(tǒng)計(jì)

1.3 電潛柱塞泵舉升

電動(dòng)潛油柱塞泵舉升工藝簡稱電潛柱塞泵，屬無桿舉升工藝技術(shù)[1-2]，一般應(yīng)用日產(chǎn)液12 m3以下的油井，統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有電潛柱塞泵井，平均單井日耗電50.6 kWh，檢泵率16.4%，檢泵周期753 d（表4）。

表4 電潛柱塞泵井運(yùn)行及作業(yè)指標(biāo)情況統(tǒng)計(jì)

應(yīng)用實(shí)踐證明，抽油機(jī)、螺桿泵、電潛柱塞泵三種舉升方式在低滲透油田井深、油稠的環(huán)境下均適用。相比之下，抽油機(jī)運(yùn)行最穩(wěn)定，但能耗高；電潛柱塞泵運(yùn)行能耗最低，穩(wěn)定性僅次于抽油機(jī)；螺桿泵應(yīng)用效果不如電潛柱塞泵理想。

目前，油田應(yīng)用的抽油機(jī)占總機(jī)采井井?dāng)?shù)的96.7%，統(tǒng)計(jì)抽油機(jī)產(chǎn)油量與能耗情況發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)油量小于0.5 t的井占總抽油機(jī)井?dāng)?shù)的42.5%，但能耗卻達(dá)到平均噸油耗電值的7倍（圖1），能耗矛盾突出。

圖1 抽油機(jī)井產(chǎn)油量與能耗情況統(tǒng)計(jì)

從圖1統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，必須針對這部分低產(chǎn)低效井，采取適合低滲透油田特征的治理措施，實(shí)現(xiàn)科學(xué)舉升、高效舉升、較低能耗的科學(xué)生產(chǎn)目標(biāo)。

2 舉升優(yōu)化

低產(chǎn)低效井的形成，主要是低滲透油田供采關(guān)系不平衡所致。通過一定的管理和技術(shù)手段，可以在實(shí)現(xiàn)低產(chǎn)低效井科學(xué)生產(chǎn)的同時(shí)，達(dá)到降低運(yùn)行能耗的目的。因此，對舉升參數(shù)、舉升方式、舉升制度、開采方式等進(jìn)行了一系列的探索優(yōu)化。

2.1 舉升參數(shù)優(yōu)化

針對低產(chǎn)低效井的泵徑、沖程、沖速進(jìn)行優(yōu)化，采用長沖程、慢沖速、小泵徑的運(yùn)行參數(shù)，但大多數(shù)低產(chǎn)低效井均在這種情況下運(yùn)行，通過管理手段能夠調(diào)整的井有限。只能尋求進(jìn)一步降低運(yùn)行參數(shù)的技術(shù)手段，而降沖速是最直接的優(yōu)化對象?，F(xiàn)場探索應(yīng)用了柔性運(yùn)行及過渡輪兩種技術(shù)。

2.1.1 柔性運(yùn)行技術(shù)

柔性運(yùn)行方式根據(jù)抽油機(jī)負(fù)載變化特點(diǎn)，調(diào)整上、下沖程的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，能夠減少?zèng)_程損失、改善平衡狀況、降低懸點(diǎn)載荷、提高泵效，提高電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)，使抽油機(jī)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行[3]。柔性運(yùn)行技術(shù)通過變頻系統(tǒng)，可將抽油機(jī)沖速由正常最低4 min-1調(diào)整到最低0.5 min-1?，F(xiàn)場應(yīng)用后，泵效提高23.8個(gè)百分點(diǎn)，日耗電降低70.6 kWh，節(jié)電率為41.9%（表5）。

表5 柔性控制柜應(yīng)用效果

2.1.2 過渡輪技術(shù)

過渡輪技術(shù)是在電動(dòng)機(jī)和減速箱皮帶輪中間加一個(gè)過渡輪，用過渡輪的大小調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)整抽油機(jī)沖速[4]。應(yīng)用過渡輪技術(shù)可將抽油機(jī)沖速由正常最低4 min-1調(diào)整到最低1 min-1?，F(xiàn)場應(yīng)用后，泵效提高11.3個(gè)百分點(diǎn)，日耗電降低31.5 kWh，節(jié)電率為25.2%（表6）。

表6 過渡輪應(yīng)用效果

2.2 舉升方式優(yōu)化

2.2.1 機(jī)型優(yōu)化

依據(jù)低產(chǎn)低效井的產(chǎn)液情況，一般應(yīng)用六型機(jī)即可，少部分井應(yīng)用八型機(jī)。所以，可以對部分低產(chǎn)低效井進(jìn)行機(jī)型優(yōu)化，進(jìn)一步降低機(jī)采能耗，提高泵效[5]。采用八型機(jī)換六型機(jī)日節(jié)電53.2 kWh，節(jié)電率為32.4%；十型機(jī)換八型機(jī)日節(jié)電31.5kWh，節(jié)電率為16.1%；十型機(jī)換六型機(jī)日節(jié)電84.7 kWh，節(jié)電率為43.3%（表7）。

表7 機(jī)型優(yōu)化效果

2.2.2 轉(zhuǎn)電潛柱塞泵

由抽油機(jī)轉(zhuǎn)電潛柱塞泵，可以提高泵效，降低機(jī)采能耗。按照目前應(yīng)用單井日耗電50.6 kWh計(jì)算，采取六型機(jī)轉(zhuǎn)電潛柱塞泵，日節(jié)電60.5 kWh，節(jié)電率為54.5%；八型機(jī)轉(zhuǎn)電潛柱塞泵，日節(jié)電113.7 kWh，節(jié)電率為69.2%；十型機(jī)轉(zhuǎn)電潛柱塞泵，日節(jié)電145.2 kWh，節(jié)電率為74.2%（表8）。

表8 機(jī)型優(yōu)化效果

2.2.3 轉(zhuǎn)長沖程抽油機(jī)

針對低產(chǎn)低效井供排矛盾突出的問題，試驗(yàn)了長沖程抽油機(jī)，通過超長沖程、超低沖速的舉升方式，實(shí)現(xiàn)低產(chǎn)低效井的科學(xué)生產(chǎn)。長沖程抽油機(jī)的最大沖程50m、最低沖速1h-1，沖速可以在1～10 h-1內(nèi)任意調(diào)節(jié)?，F(xiàn)場試驗(yàn)抽油機(jī)轉(zhuǎn)長沖程抽油機(jī)后，泵效提高43.2個(gè)百分點(diǎn)，日節(jié)電80.5 kWh，節(jié)電率為62.9%（表9）。

表9 機(jī)型優(yōu)化效果

2.3 舉升制度優(yōu)化

2.3.1 間歇采油制度

針對低滲透油田低產(chǎn)低效井治理問題，很多油田都研究試驗(yàn)過間歇采油制度。通過對低產(chǎn)低效井實(shí)施間歇采油，一方面可以減少無功抽油和管柱磨損，另一方面可以提高泵效，同時(shí)也起到了節(jié)能降耗的效果[6-10]。根據(jù)低滲透油田特征，探索出能夠使低產(chǎn)低效井保持該井最好流壓狀態(tài)下的合理的個(gè)性化間歇采油制度（表10）。

表10 八型機(jī)不同間歇采油制度能耗情況

以按照關(guān)12 h開12 h的間歇采油制度為例，能夠?qū)崿F(xiàn)日節(jié)電63 kWh，節(jié)電率為38.2%的效果。

2.3.2 不停機(jī)間抽技術(shù)

由于間歇采油制度執(zhí)行過程中存在人為因素干擾，常出現(xiàn)執(zhí)行不到位的情況，所以應(yīng)用了不停機(jī)間抽技術(shù)，通過曲柄擺動(dòng)式設(shè)計(jì)形成停泵不停機(jī)的效果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)間歇采油[11]?，F(xiàn)場對八型機(jī)的低產(chǎn)低效井進(jìn)行了試驗(yàn)，應(yīng)用后在沖程、沖速不變的情況下，實(shí)現(xiàn)泵效提高10.3個(gè)百分點(diǎn)，日節(jié)電68.8 kWh的節(jié)電效果，節(jié)電率為39.8%（表11）。

表11 八型機(jī)不停機(jī)間抽能耗情況

2.4 開采方式優(yōu)化

針對機(jī)械采油不經(jīng)濟(jì)的低產(chǎn)低效井轉(zhuǎn)變開采方式，實(shí)施提撈采油，進(jìn)一步降低能耗及開采成本。

3 優(yōu)選評價(jià)

通過對管理和地面設(shè)備的優(yōu)化，很多方式都能夠?qū)崿F(xiàn)一部分低產(chǎn)低效井的科學(xué)生產(chǎn)，進(jìn)一步節(jié)約能耗，對應(yīng)用效果加以對比評價(jià)，總結(jié)出更加經(jīng)濟(jì)、有效的治理方式或方法。為方便對比，以應(yīng)用最多的八型機(jī)優(yōu)化為例，按節(jié)電率測算回收期進(jìn)行比較（表12）。

表12 舉升優(yōu)化措施效益對比

從表12可以看出，通過實(shí)施間抽制度的管理方式無需過多投資就能取得良好的節(jié)能效果；應(yīng)用柔性運(yùn)行、過渡輪、不停機(jī)間抽等技術(shù)，回收期較短；更換機(jī)型、電潛柱塞泵、長沖程抽油機(jī)等舉升方式的投入較大，回收期較長。

但是，不能從單一的節(jié)電與投資回收期來評價(jià)技術(shù)的適用性，應(yīng)該從低滲透油田特征出發(fā)，結(jié)合井下及地面管理問題進(jìn)行綜合評價(jià)：

1）執(zhí)行間歇采油制度，在技術(shù)上無需投入成本，在管理上增加了大量工作量；另外，油井靜止一段時(shí)間后，再次啟動(dòng)時(shí)易發(fā)生卡泵等問題，增加作業(yè)成本。過渡輪、柔性運(yùn)行、長沖程抽油機(jī)的應(yīng)用，都是從使抽油機(jī)慢下來、避免停井的角度出發(fā)而試驗(yàn)的一些低產(chǎn)低效井治理技術(shù)。

2）柔性運(yùn)行技術(shù)的應(yīng)用，使抽油機(jī)的運(yùn)行方式發(fā)生了改變，最直接的效果就是提高了泵效及系統(tǒng)效率，降低了能耗。另外，應(yīng)用這種技術(shù)降低了懸點(diǎn)載荷，減小桿管震動(dòng)，可以有效避免偏磨的發(fā)生，提高桿管的使用壽命，對降低檢泵率具有重要意義。

3）過渡輪的應(yīng)用，采取低成本投入的方式，降低了機(jī)采能耗。從短期來看，效益較好，但這種方式增加了中間環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)效率有一定的損失，同時(shí)也增加了維護(hù)成本，治理能力有限。

4）八型機(jī)換六型機(jī)的方式，投入較大，回收期最長，不如轉(zhuǎn)電潛柱塞泵、長沖程抽油機(jī)理想。

5）轉(zhuǎn)電動(dòng)潛油柱塞泵的投入較大，回收期較長，但該舉升工藝地面無可動(dòng)設(shè)備，井口工藝各部件均為靜密封，現(xiàn)場維護(hù)工作量小，適用地處農(nóng)田、草原、村屯等環(huán)保敏感地區(qū)。不足之處在于檢泵周期不如抽油機(jī)的長，增加作業(yè)維護(hù)費(fèi)用。

6）轉(zhuǎn)長沖程抽油機(jī)的投入較大，回收期較長，但該技術(shù)能夠真正實(shí)現(xiàn)長沖程、慢沖速、大泵徑、低能耗的機(jī)采舉升理念，可以有效避免桿管摩擦，提高桿管的使用壽命。

7）不停機(jī)間抽技術(shù)的應(yīng)用，投資與回收期與柔性運(yùn)行技術(shù)相近，但該技術(shù)的核心是實(shí)現(xiàn)停泵不停機(jī)，加強(qiáng)對油管內(nèi)液體的擾動(dòng)，避免結(jié)蠟影響，沒有改善抽油機(jī)的運(yùn)行狀況，長期應(yīng)用不如柔性運(yùn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)。

綜上所述，柔性運(yùn)行、電潛柱塞泵、長沖程抽油機(jī)對低滲透油田治理低產(chǎn)低效井的效果較為理想，若能夠在油井投產(chǎn)時(shí)根據(jù)預(yù)產(chǎn)情況設(shè)計(jì)應(yīng)用電潛柱塞泵、長沖程抽油機(jī)，就能從根本上治理低產(chǎn)低效井的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的科學(xué)生產(chǎn)方式。但是，從成本考慮，針對低產(chǎn)低效井治理，必須采取經(jīng)濟(jì)有效的治理措施，根據(jù)產(chǎn)液量分級(jí)情況提出了相應(yīng)低產(chǎn)低效井的治理措施（圖2）。

圖2 低產(chǎn)低效井措施治理路線圖

4 結(jié)論

1）對低滲透油田低產(chǎn)低效井的治理，需要根據(jù)油田地質(zhì)特征及單井生產(chǎn)情況，優(yōu)選有針對性的經(jīng)濟(jì)有效的治理措施。

2）柔性運(yùn)行技術(shù)治理低產(chǎn)低效井的效果較好，投入相對較少，回收期較短，能夠改善抽油機(jī)運(yùn)行工況，降低懸點(diǎn)載荷，減小桿管震動(dòng)，可以有效避免偏磨的發(fā)生，提高桿管的使用壽命，對降低檢泵率具有重要意義。

3）應(yīng)用柔性運(yùn)行、電潛柱塞泵、長沖程抽油機(jī)技術(shù)，對低滲透油田低產(chǎn)低效井實(shí)現(xiàn)科學(xué)生產(chǎn)形式最為理想。在新井投產(chǎn)時(shí)，根據(jù)預(yù)測產(chǎn)能狀況，設(shè)計(jì)應(yīng)用電潛柱塞泵、長沖程抽油機(jī)，是從根本上治理低產(chǎn)低效井發(fā)生，實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的科學(xué)生產(chǎn)的最佳方法。

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