抽油機井工況潛力分析和評價方法探究

吳永強 李洪濤 王平

摘要：作為機采井措施調(diào)整和參數(shù)優(yōu)化的決策依據(jù)，油井工況日益受到重視，利用系統(tǒng)效率指標(biāo)可將油井工況、產(chǎn)能、舉升工藝和節(jié)能降耗有機地統(tǒng)一起來。目前各油田都開展了提高機采井系統(tǒng)效率的工作。提高抽油機井系統(tǒng)效率主要有以下途徑：應(yīng)用節(jié)能型技術(shù)設(shè)備，主要有節(jié)能型抽油機、節(jié)能電動機、節(jié)能控制器等，以及在井下管桿設(shè)計中使用新工藝；加強抽油機井科學(xué)管理，包括機桿泵的優(yōu)化設(shè)計，調(diào)抽油機平衡，抽油機井的保養(yǎng)維護等。在投入相當(dāng)?shù)那闆r下，不同產(chǎn)能狀況、不同措施途徑所取得的效果不同。針對影響系統(tǒng)效率的單井敏感性因素和區(qū)塊產(chǎn)能條件、技術(shù)設(shè)備條件進行分析評價，并以此給出評價系統(tǒng)效率的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：油井；工況；系統(tǒng)效率；潛分析；評價方法

從單井節(jié)點效率的敏感性因素方面分析抽油機井系統(tǒng)效率潛能。應(yīng)用有桿泵抽油系統(tǒng)輸入功率計算理論，建立了抽油機井系統(tǒng)效率潛力評價系統(tǒng)，通過采油指數(shù)建立了系統(tǒng)效率與區(qū)塊產(chǎn)能間的關(guān)系，分析了區(qū)塊產(chǎn)能條件、技術(shù)設(shè)備條件對可提高系統(tǒng)效率水平的影響。針對油田抽油機井系統(tǒng)效率水平狀況及提高抽油機井系統(tǒng)效率采取措施應(yīng)考慮的相關(guān)因素進行了評價，量化了抽油機井系統(tǒng)效率的提升潛力。通過綜合產(chǎn)能差異、技術(shù)設(shè)備條件實施系統(tǒng)效率潛力優(yōu)化，提高了 11.12 個百分點。

1 單井系統(tǒng)效率敏感性分析

要找到可提高系統(tǒng)效率潛力所在，必須針對單井抽油系統(tǒng)各節(jié)點對系統(tǒng)效率影響的敏感性加以分析。在有桿泵抽油系統(tǒng)中，機采井系統(tǒng)效率可分為地面和地下兩大部分。其中地面設(shè)備對系統(tǒng)效率影響主要取決于光桿載荷、光桿功率、四連桿機構(gòu)效率、減速箱和電動機效率等，其效率損失也主要集中在井口盤根、四連桿機構(gòu)、皮帶減速器以及電動機上。通過常規(guī)的優(yōu)化措施在井口盤根、四連桿機構(gòu)、皮帶減速器方面提高的效率較低，工作重點主要集中在降低電動機輸入功率方面。

多因素敏感性分析假定條件是同時變動因素互相獨立，考慮以上各影響因素相互關(guān)聯(lián)，做抽油系統(tǒng)單因素敏感性分析，即單井優(yōu)化前后產(chǎn)能不變（其他效率影響不變），按目前使用節(jié)能電動機平均有功節(jié)電效果 10%計算，可提高系統(tǒng)效率 3.73個百分點。預(yù)測通過抽汲參數(shù)優(yōu)化設(shè)計可降低的電動機輸入功率可按下式計算：

按油田目前抽油機井產(chǎn)能水平，以平均可下調(diào)沖速 2 min- 1計算，有功功率可降低 2.98 k W，可增加系統(tǒng)效率 14 個百分點。井下效率損失主要集中在抽油泵和抽油桿柱上。提高井下效率常用措施需通過增大泵效實現(xiàn)，以原生產(chǎn)狀況正常井為例，僅通過參數(shù)調(diào)整可提高泵效5%～10%，按此計算可提高系統(tǒng)效率 5個百分點。綜上所述，提高系統(tǒng)效率以抽汲參數(shù)優(yōu)化效果最佳，節(jié)能設(shè)備使用效果次之。為保證單井產(chǎn)能水平不變，抽汲參數(shù)優(yōu)化須結(jié)合增大沖程、更換大泵等措施。

2 區(qū)塊產(chǎn)能與系統(tǒng)效率提高潛力的關(guān)系

由系統(tǒng)效率 η 定義可知：

抽油系統(tǒng)有效功率不但與泵排液能力有關(guān)，而且與油井產(chǎn)能有密切關(guān)系。要分析系統(tǒng)效率提高潛力、確定通過節(jié)能工作可提高系統(tǒng)效率上限，必須建立油井區(qū)塊產(chǎn)能條件、生產(chǎn)設(shè)備差異性與系統(tǒng)效率間的關(guān)系。

2.1 區(qū)塊產(chǎn)能與系統(tǒng)效率的關(guān)系

抽油機井各機型系統(tǒng)效率情況統(tǒng)計表明，配備不同型號設(shè)備的抽油機井系統(tǒng)效率水平差異較大。原因是油井設(shè)備選擇是按產(chǎn)能大小設(shè)計，油井原始產(chǎn)能狀況很大程度上決定了該井可達到的最高系統(tǒng)效率水平。

為建立系統(tǒng)效率指標(biāo)和機采井區(qū)塊產(chǎn)能狀況的關(guān)系，選擇采油指數(shù)作為建立系統(tǒng)效率與區(qū)塊產(chǎn)能關(guān)系的中間媒介，以此建立系統(tǒng)效率與油井區(qū)塊特性、技術(shù)裝備條件間的關(guān)系。采油指數(shù)是反映油層性質(zhì)、流體物性、完井條件及泄油面積等與產(chǎn)量之間關(guān)系的綜合指標(biāo)。其數(shù)值等于單位壓差下的油井產(chǎn)量，可用來評價和分析油井的生產(chǎn)能力。

由圖 1 可知，為保持相同系統(tǒng)效率水平，三次加密井要求的油藏產(chǎn)能狀況更好。區(qū)塊產(chǎn)能性越差，其所能達到系統(tǒng)效率指標(biāo)越低。油井的系統(tǒng)效率理論上可達到 100%，但越逼近其所要求的原始油藏或區(qū)塊產(chǎn)能性越高，實際不能達到。不同開采區(qū)塊、層位的系統(tǒng)效率逼近趨勢說明，受油藏產(chǎn)能狀況條件影響，相應(yīng)可達到的系統(tǒng)效率水平不同。

2.2 油田系統(tǒng)效率水平評價及潛力分析

各不同區(qū)塊油田抽油機井平均系統(tǒng)效率水平可知，盡管還受其他因素影響，但不同區(qū)塊油藏產(chǎn)能水平差異決定了區(qū)塊系統(tǒng)效率整體水平的高低。同時受油藏區(qū)塊產(chǎn)能差異、技術(shù)設(shè)備條件影響，即使采取措施進行優(yōu)化，可以提高系統(tǒng)效率幅度也有界限。以 104油田為例，按油井有效功率與產(chǎn)量等參數(shù)關(guān)系，實際上產(chǎn)液與功耗為互變函數(shù)，任一項改變都會影響另一項變化，直至達到新的關(guān)系平衡。為求得最大系統(tǒng)效率增值，假設(shè)有功能耗等其他生產(chǎn)參數(shù)不變，按現(xiàn)沉沒度 55.7 m，單井日產(chǎn)液最多可增加 2 t，由此可增加系統(tǒng)效率4.51 個百分點?？紤]到抽油機井用電動機空耗，按此計算，通過采取措施，單井消耗功率最大可降低1.05 k W，系統(tǒng)效率可增加2.79 個百分點。實際上以能耗最低方法進行系統(tǒng)效率優(yōu)化，油田平均可提高系統(tǒng)效率5個百分點。

3 提高系統(tǒng)效率方法及應(yīng)用效果

對于產(chǎn)能差的抽油機井，以應(yīng)用節(jié)能型技術(shù)設(shè)備為主，從降低能耗方面實現(xiàn)提高系統(tǒng)效率的目的。對于區(qū)塊產(chǎn)能狀況良好的抽油機井，應(yīng)最大化挖掘產(chǎn)能潛力，同時結(jié)合抽汲參數(shù)設(shè)計優(yōu)化，在經(jīng)濟化投入的前提下可適當(dāng)應(yīng)用節(jié)能型設(shè)備。在實施提高系統(tǒng)效率優(yōu)化試驗中，充分考慮了不同井區(qū)塊產(chǎn)能差異、技術(shù)設(shè)備條件，按能耗最低原則，均最大程度上進行了井下和地面的優(yōu)化調(diào)整。對于區(qū)塊產(chǎn)能狀況好的井，通過換大泵結(jié)合調(diào)整抽汲參數(shù)提高系統(tǒng)效率；對于產(chǎn)能狀況差的井在措施中優(yōu)先使用節(jié)能技術(shù)設(shè)備。由表 3 可知，在優(yōu)化工作中根據(jù)單井實際狀況選取不同側(cè)重點的優(yōu)化措施可獲得很好的效果。

對抽油機井系統(tǒng)效率進行綜合評價，有利于更全面系統(tǒng)地進行優(yōu)化措施手段的優(yōu)選，對機采井生產(chǎn)及管理指標(biāo)進行考核管理。系統(tǒng)效率評價應(yīng)考慮以下三點：應(yīng)同時包括單井節(jié)點效率損失評價以及分區(qū)塊、分層位、分井網(wǎng)評價在內(nèi)的整體評價；應(yīng)依據(jù)區(qū)塊產(chǎn)能差異性特點進行分級評價；應(yīng)充分考慮現(xiàn)有抽汲設(shè)備生產(chǎn)能力對系統(tǒng)效率的影響。

參考文獻：

[1]韓二濤，黃偉，甘慶明，等. 低滲透油田抽油機井系統(tǒng)效率及評價指標(biāo)[J]. 石油礦場機械，2016，41（8）：69-72.