高含水期舉升系統(tǒng)適應(yīng)性分析與優(yōu)化對策

肖曦

摘要：隨著油田開發(fā)程度深入，油井在井身結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量、流體性質(zhì)等方面差異促進(jìn)了人工舉升技術(shù)的多元化發(fā)展。已經(jīng)形成了抽油機(jī)、螺桿泵、電潛泵、氣舉等多種舉升工藝，并形成了配套的舉升方式優(yōu)選方法、系統(tǒng)分析方法及系統(tǒng)優(yōu)化方法。各區(qū)塊相繼進(jìn)入高含水開發(fā)階段，勘探、開發(fā)、采收率等工作受到較大的影響，經(jīng)濟(jì)效益下降。如何選擇最佳的采油方式，進(jìn)而指導(dǎo)其所在區(qū)塊的生產(chǎn)，成為油井開發(fā)首先解決的問題。機(jī)械采油方式得到越來越多的應(yīng)用。本文將機(jī)械采油方式的選擇視為模糊評價問題，建立了抽油機(jī)、潛油電泵、螺桿泵采油方式優(yōu)選模糊評價數(shù)學(xué)模型，即采油方式優(yōu)選目標(biāo)函數(shù);并給出了通過該數(shù)學(xué)模型實現(xiàn)由計算出的目標(biāo)函數(shù)值大小來優(yōu)化最優(yōu)采油方式的方法。

關(guān)鍵詞：高含水開發(fā)階段;舉升系統(tǒng);工作制度;最優(yōu)采油方式;適應(yīng)性

對于一個油藏和油井來說，選擇正確的采油方式非常重要。若采油方式選擇不當(dāng)，將會大大減少油井的產(chǎn)量，增加生產(chǎn)費用。舉升系統(tǒng)的優(yōu)化以滿足配產(chǎn)條件，系統(tǒng)的能耗最低為原則，通過對有桿泵等采油方式的研究，確立了合指標(biāo)體系，建立了基于模糊一致矩陣的采油方式優(yōu)選模型，通過研究可以得到以下結(jié)論：（1）目前常用的采油方式各有其特點，實際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際進(jìn)行采油方式的初選;（2）建立了基于模糊一致矩陣的采油方式優(yōu)選模型，計算過程簡單易懂，結(jié)果更加客觀;（3）綜合評價指標(biāo)體系的確立應(yīng)充分考慮到油田的生產(chǎn)實際，進(jìn)而指導(dǎo)進(jìn)行采油方式優(yōu)選，確定油井、油田區(qū)塊的合理工作制度。

1油田機(jī)械采油工藝

1.1有桿泵采油

有桿泵采油主要是指游梁式有桿泵采油方法。游梁式有桿泵采油系統(tǒng)主要由抽油機(jī)、抽油桿和抽油泵“三抽”設(shè)備組成，通過抽油桿帶動抽油泵柱塞做上、下往復(fù)運(yùn)動，從而將原油抽汲到地面。該采油方法以其結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、使用壽命長等特點，成為目前最主要的機(jī)械采油方式。

1.2水力射流泵采油

水力射流泵（簡稱射流泵）是一種特殊的水力泵，通過地面注入液與地層產(chǎn)出液兩種流體之間的動量交換實現(xiàn)能量傳遞來工作的。它是根據(jù)射流原理，將注入井內(nèi)的高壓流體的能量傳遞給井下產(chǎn)液的無桿水力采油裝置，通過噴嘴將動力液高壓勢能轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚賱幽?在喉管內(nèi)，高速流體與低速產(chǎn)液混合，進(jìn)行動量交換;通過擴(kuò)散管將動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓，使混合物采到地面。射流泵有許多優(yōu)點，沒有運(yùn)動部件，適合于舉升含腐蝕和含砂流體;結(jié)構(gòu)緊湊，適用于傾斜、水平井;產(chǎn)量范圍大，控制靈活方便等。

1.3.潛油電泵采油

潛油電泵的全稱是電動潛油離心泵（簡稱電泵）。它具有排量大、自動化程度高等顯著優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于原油開采中，是目前重要的機(jī)械采油方法之一。隨著應(yīng)用經(jīng)驗的不斷豐富和工藝技術(shù)的改進(jìn)，原來不能使用電泵的油井，現(xiàn)在也能經(jīng)濟(jì)有效的使用電泵抽油了。潛油電泵還適用于在高粘、含氣和高溫井中開采。這種泵還特別適用于海上油田，已被許多國家用于海上高產(chǎn)井采油。

1.4.螺桿泵采油

螺桿泵是一種利用抽油桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動進(jìn)行抽油的機(jī)械采油方法。自1930年發(fā)明螺桿泵以來，螺桿泵技術(shù)工藝不斷得到改進(jìn)和完善，特別是合成橡膠技術(shù)和粘結(jié)技術(shù)的發(fā)展，使螺桿泵在石油開采中已得到了廣泛應(yīng)用。這種采油方式非常簡便，實際使用時不需要在井下安裝泄油裝置，費用也較低，是淺井較理想的采油方法。目前在聚合物驅(qū)油的油田中，螺桿泵已成為常用的人工舉升采油方式。降

2 舉升工藝優(yōu)化

舉升系統(tǒng)的優(yōu)化以滿足配產(chǎn)條件，系統(tǒng)的能耗最低為原則，如圖1所示：

圖中A、B曲線為不同下泵深度條件下產(chǎn)量與泵出口壓力之間的關(guān)系曲線，C、D為不同下泵深度下產(chǎn)量與泵入口壓力的關(guān)系曲線（設(shè)定一組產(chǎn)量，通過IPR得到一組井底流壓，通過多相管流可得一組泵入口壓力與產(chǎn)量的關(guān)系），A、C曲線之間的壓差即為泵的增壓，如果要達(dá)到系統(tǒng)能耗最低則應(yīng)該選取曲線A、C曲線之間距離最短的點，即需要泵做功最小的點，該點對應(yīng)的產(chǎn)量即為能耗最小條件下的產(chǎn)量。

3 以某油井為例進(jìn)行計算

在對采油優(yōu)選評價方面，較為常用的評價方法主要是數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法，其能夠用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（Data Envelopment Analysis，簡稱DEA）方法是一種非參數(shù)方法，其是利用數(shù)學(xué)工具對于經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)生產(chǎn)前沿面的有效性進(jìn)行評價。該方法是以相對效率為依據(jù)，結(jié)合數(shù)量不等的指標(biāo)投入和數(shù)量不等的指標(biāo)產(chǎn)出，對比分析類型一致的決策單元的有效性，并對其實施準(zhǔn)確的評價。利用該方法能夠?qū)C(jī)械采油方式的前 沿面進(jìn)行分析，能夠獲得機(jī)械采油系統(tǒng)最低成本、效益最大的的參數(shù)，并在實踐中取得了良好的效果。

3.1工藝初選

用等級加權(quán)法對有桿泵、螺桿泵、電潛泵和水力射流泵四種采油方式進(jìn)行初選：（1）通過獲取該口井的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，與采油方式適應(yīng)性表比較，得到該口井的適應(yīng)性分析指標(biāo)表;（2）利用等級加權(quán)法根據(jù)匹配到的適應(yīng)性分析指標(biāo)表計算得到四種采油方式的評選得分較大的幾種采油方式作為初步篩選的采油方式。

3.2工藝設(shè)計

對抽油機(jī)井參數(shù)優(yōu)選設(shè)計、螺桿泵井參數(shù)優(yōu)選設(shè)計、電潛泵井參數(shù)優(yōu)選設(shè)計、根據(jù)三種舉升方式的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計算公式，對初選的舉升方式的產(chǎn)油量、舉升效率等等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行計算。

3.3 工藝優(yōu)選

根據(jù)計算出各舉升方式技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的綜合優(yōu)度值，如表2所示：

可知電潛泵的綜合優(yōu)度值最大，所以該油井的最優(yōu)的采油方式為有桿泵采油，與該區(qū)塊已廣泛使用有桿泵采油相一致。

4 結(jié)束語

由于各采油方式工作原理各有特點，因而都具有各自的優(yōu)缺點，具有不同的應(yīng)用范圍和適應(yīng)性，在了解了它們各自的適應(yīng)性后，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了采油方式的初選，進(jìn)而確定了采油方式優(yōu)選的綜合評價指標(biāo)體系，開展了以模糊一致矩陣為理論指導(dǎo)的采油方式優(yōu)選研究，對各個采油方式進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評價。通過研究，在確定油井的采油方式之前，應(yīng)該考慮采油方式的綜合評價指標(biāo)體系，全面指導(dǎo)采油方式的優(yōu)選。同時，優(yōu)選模型的應(yīng)用離不開數(shù)據(jù)的支持，應(yīng)該盡量保證所采集到的油井?dāng)?shù)據(jù)在其所在區(qū)塊的代表性和完整性，保障采油方式優(yōu)選結(jié)果的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

[1]宇新，周宇鵬，崔海清. 機(jī)械采油方式優(yōu)選的模糊評價法[J].科學(xué)技術(shù)與工程. 2016（34）