油井系統(tǒng)效率提升與桿柱優(yōu)化組合相關(guān)性分析

袁勝利

摘要：根據(jù)有桿泵抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的構(gòu)成，可以知到，在油井地層條件一定的情況下影響機(jī)采系統(tǒng)效率的主要因素包括地面因素、井下因素和管理因素等方面，而且這三者之間是相互聯(lián)系與制約的。具體又分為電動(dòng)機(jī)效率、皮帶-減速箱效率和四連桿機(jī)構(gòu)效率、盤(pán)根盒效率、抽油桿柱效率、抽油泵效率和管柱效率。從理論分析和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，在各節(jié)點(diǎn)效率對(duì)系統(tǒng)效率的影響中，抽油桿柱效率對(duì)系統(tǒng)效率影響 2.4 個(gè)百分點(diǎn)，僅次于抽油泵效率對(duì)系統(tǒng)效率的影響，對(duì)油田來(lái)說(shuō)后續(xù)調(diào)整潛力小，有必要對(duì)提高抽油桿柱效率進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：桿柱效率；節(jié)點(diǎn)分析；優(yōu)化組合；系統(tǒng)效率；調(diào)整策略

抽油機(jī)井系統(tǒng)效率是反映機(jī)采系統(tǒng)高效舉升的綜合指標(biāo)，在各節(jié)點(diǎn)效率中桿柱對(duì)系統(tǒng)效率的影響僅次于抽油泵所產(chǎn)生的影響。有桿泵抽油機(jī)井采油系統(tǒng)是指包括拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)、抽油機(jī)、抽油桿、抽油泵、井下管柱和井口裝置等組成的系統(tǒng)，其機(jī)采系統(tǒng)效率由地面效率和井下效率兩部分構(gòu)成。以光桿懸繩器為界，懸繩器以上部分為機(jī)采地面效率，懸繩器以下部分為機(jī)采井下效率。通過(guò)理論計(jì)算與實(shí)際測(cè)試優(yōu)化桿柱組合和桿柱長(zhǎng)度對(duì)系統(tǒng)效率的影響，挖潛系統(tǒng)效率提升空間?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) 10 井次，系統(tǒng)效率平均提升 1.8 個(gè)百分點(diǎn)。

1 桿柱組合與系統(tǒng)效率關(guān)系敏感性分析

系統(tǒng)效率是由有效功率和輸入功率之比決定的，輸入功率由五部分消耗功率組成：地面損失功率、黏滯損失功率、滑動(dòng)損失功率、溶解氣膨脹功率、有效功率。當(dāng)油井產(chǎn)液量、舉升高度保持穩(wěn)定的情況下，有用功率基本不變，系統(tǒng)效率的大小主要取決于其他四部分消耗功率，消耗功率越大，系統(tǒng)效率越低，而前三部分消耗功率均與桿柱有關(guān)。

由上述公式可知：桿柱載荷減少，地面損失功率減少；管徑、桿徑比增加，而黏滯損失功率減少；管桿長(zhǎng)度減小，黏滯損失功率和滑動(dòng)損失功率也減少。而實(shí)際生產(chǎn)中桿柱載荷由桿柱組合及桿柱長(zhǎng)度決定，桿柱長(zhǎng)度則由泵深決定。按照上述理論，同時(shí)考慮載荷及彈性形變兩方面影響因素，對(duì)兩種提高桿柱效率的措施進(jìn)行敏感性分析。

1.1 桿徑組合對(duì)系統(tǒng)效率影響

以 A井為例，在參數(shù)、產(chǎn)液量、動(dòng)液面保持穩(wěn)定，桿柱強(qiáng)度滿(mǎn)足目前下泵深度 的前提下，計(jì)算三種不同類(lèi)型桿柱組合的功率損耗。只考慮載荷變化時(shí)，桿柱組合降低一個(gè)級(jí)別，

載荷下降 10.8 kN，消耗功率下降 0.33 kW，系統(tǒng)效率提高 3.4 個(gè)百分點(diǎn)；降低兩個(gè)級(jí)別，載荷下降19.2 kN，消耗功率下降 0.52 kW，系統(tǒng)效率提高 5.8個(gè)百分點(diǎn)。只考慮彈性形變時(shí)，桿柱組合降低一個(gè)級(jí)別，泵效降低 2.1 個(gè)百分點(diǎn)，系統(tǒng)效率降低 0.91 個(gè)百分點(diǎn)；降低兩個(gè)級(jí)別，泵效、系統(tǒng)效率分別降低 5 個(gè)百分點(diǎn)、2.34個(gè)百分點(diǎn)。

綜上兩方面因素，桿柱組合降低一個(gè)級(jí)別，消耗功率減少 0.38 kW，系統(tǒng)效率增加 2.53 個(gè)百分點(diǎn)；桿柱組合降低兩個(gè)級(jí)別，消耗功率減少 0.64kW，系統(tǒng)效率增加3.38個(gè)百分點(diǎn)（圖1）由實(shí)測(cè)結(jié)果可知，桿柱降低一個(gè)級(jí)別，消耗功率降低0.3 kW，系統(tǒng)效率提高2.3個(gè)百分點(diǎn)。

1.2 桿柱長(zhǎng)度對(duì)系統(tǒng)效率影響

以A井為例，在參數(shù)、產(chǎn)量、動(dòng)液面保持穩(wěn)定的前提下，將該井上提泵掛 100 m和200 m，計(jì)算各項(xiàng)功率損耗。只考慮載荷變化時(shí)，上提泵掛 100 m 后，載荷下降 3.3 kN，消耗功率降低 0.15 kW，系統(tǒng)效率提升 1.29 個(gè)百分點(diǎn)；上提泵掛 200 m 后，載荷下降6.3 kN，消耗功率降低 0.27 kW，系統(tǒng)效率提高 2.60個(gè)百分點(diǎn)。只考慮彈性形變時(shí)，上提泵掛 100 m 后，泵效提高 0.6 個(gè)百分點(diǎn)，系統(tǒng)效率提高 0.21 個(gè)百分點(diǎn)；

上提泵掛200 m 后，泵效提高1.1個(gè)百分點(diǎn)，系統(tǒng)效率提高0.41個(gè)百分點(diǎn)。

綜上兩方面因素，上提泵掛 100 m 后，消耗功率降低 0.14 kW，系統(tǒng)效率提升 1.65 個(gè)百分點(diǎn)；上提泵掛200 m 后，消耗功率降低0.25 kW，系統(tǒng)效率提高3.12個(gè)百分點(diǎn)。由不同含水級(jí)別油井沉沒(méi)壓力與泵效關(guān)系可知合理沉沒(méi)壓力控制區(qū)間，根據(jù)合理沉沒(méi)壓力制定單井具體上提泵掛長(zhǎng)度。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，上提泵掛 100 m 后，消耗功率減少0.2 kW，系統(tǒng)效率提高2.1個(gè)百分點(diǎn)。

由不同含水級(jí)別油井沉沒(méi)壓力與泵效關(guān)系可知合理沉沒(méi)壓力控制區(qū)間，根據(jù)合理沉沒(méi)壓力制定單井具體上提泵掛長(zhǎng)度。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，上提泵掛 100 m 后，消耗功率減少0.2 kW，系統(tǒng)效率提高2.1個(gè)百分點(diǎn)。

2 管桿優(yōu)化實(shí)施效果

通過(guò)幾年來(lái)不斷的發(fā)展完善機(jī)采工藝、實(shí)施精細(xì)化管理，機(jī)采系統(tǒng)效率得到了顯著的提高。2017年實(shí)施管桿優(yōu)化設(shè)計(jì)10井次，日節(jié)電12.7kWh，節(jié)電率9.9%，系統(tǒng)效率提 1.8 個(gè)百分點(diǎn)。其中，上提泵掛8 井次，日節(jié)電 9 kWh，節(jié)電率6.6%，系統(tǒng)效率提升 2.1 個(gè)百分點(diǎn)；桿柱降級(jí) 2 井次，日節(jié)電 12 kWh。節(jié)電率 13.2%，系統(tǒng)效率提升1.0個(gè)百分點(diǎn)。

3 結(jié)論

1）桿柱降級(jí)和上提泵深可以減少桿柱負(fù)荷，降低消耗功率，提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率。2）桿柱降級(jí)方面，在滿(mǎn)足目前下泵深度的情況下，使用相對(duì)較輕的抽油桿組合。3）上提泵深方面，對(duì)不同含水級(jí)別的油井，根據(jù)對(duì)應(yīng)的合理沉沒(méi)壓力控制區(qū)間制定具體上提泵掛長(zhǎng)度。

參考文獻(xiàn)

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[2] 李誠(chéng).影響抽油機(jī)系統(tǒng)能耗原因分析及節(jié)能對(duì)策[J]. 石油石化節(jié)能. 2016（10）

（作者單位：現(xiàn)河采油廠(chǎng)新春采油項(xiàng)目部）