抽油機(jī)井生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計(jì)方法與優(yōu)化調(diào)整對(duì)策

趙獻(xiàn)剛 田紅 韓榮華

【摘 要】針對(duì)抽油機(jī)井生產(chǎn)參數(shù)不合理造成能耗高、開(kāi)發(fā)效果差的問(wèn)題，分析了影響抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的因素，提出了抽油機(jī)井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。在產(chǎn)液量不變的前提下，結(jié)合油井的實(shí)際生產(chǎn)狀況，合理優(yōu)化機(jī)、桿、泵等抽汲參數(shù)，優(yōu)選出一套最適合油井的生產(chǎn)參數(shù)，達(dá)到了提高機(jī)采井系統(tǒng)效率、節(jié)電降耗、降低生產(chǎn)成本的目的。

【關(guān)鍵詞】抽油機(jī)井；生產(chǎn)參數(shù)；設(shè)計(jì)方法；優(yōu)化調(diào)整；對(duì)策

油田開(kāi)發(fā)中，油井生產(chǎn)參數(shù)不僅影響油井產(chǎn)量，還影響能耗。調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)是以降低生產(chǎn)能耗、設(shè)備損耗、調(diào)整開(kāi)發(fā)狀況以及協(xié)調(diào)供排關(guān)系為目的，通過(guò)對(duì)比生產(chǎn)參數(shù)調(diào)整措施前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可以找出了調(diào)整參數(shù)對(duì)油井產(chǎn)量和含水影響的變化規(guī)律，抽油機(jī)井調(diào)整參數(shù)后產(chǎn)量和含水都會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化，為抽油機(jī)的技術(shù)管理提供了可行依據(jù)。

1、抽油機(jī)井生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計(jì)原理與方法

1.1設(shè)計(jì)原理。抽油機(jī)井參數(shù)優(yōu)化方法在理論上總體設(shè)計(jì)思路是：將有桿泵抽油系統(tǒng)輸人功率合理地劃分為有效功率、地面損失功率、井下粘滯損失功率、井下滑動(dòng)損失功率、溶解氣膨脹功率5個(gè)部分，確定各種功率與影響因素的函數(shù)關(guān)系式，建立油井在各種不同物性參數(shù)、井斜參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、生產(chǎn)參數(shù)條件下所對(duì)應(yīng)的輸入功率的數(shù)學(xué)計(jì)算公式。通過(guò)油田生產(chǎn)動(dòng)、靜態(tài)參數(shù)，設(shè)計(jì)出包括電機(jī)、管徑、管柱鋼級(jí)、桿柱組合、沖程、沖次、泵徑和泵掛等檢、下泵技術(shù)參數(shù)，根據(jù)上述設(shè)計(jì)結(jié)果編制出現(xiàn)場(chǎng)施工方案。

1.2設(shè)計(jì)方法。在產(chǎn)液量確定的前提下，以最低輸人功率為設(shè)計(jì)原則，具體參數(shù)設(shè)計(jì)方法為：（1）將各種管徑、桿柱鋼級(jí)、泵徑與泵掛、沖程、沖次等一一組合，每一種組合對(duì)應(yīng)著一種系統(tǒng)效率，即對(duì)應(yīng)著一種能量消耗和管、桿、泵的投入與年度損耗。（2）根據(jù)建模公式分別計(jì)算出每一種機(jī)采參數(shù)所對(duì)應(yīng)的輸入功率，得出每一種組合相對(duì)應(yīng)的年度耗電費(fèi)用。（3）以年耗成本最低的機(jī)采參數(shù)（管徑、管長(zhǎng)、桿柱鋼級(jí)、泵徑、泵掛深度、桿柱組合、沖程、沖次）為最佳參數(shù)組合。

2、抽油機(jī)井生產(chǎn)參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整對(duì)策

生產(chǎn)井抽油系統(tǒng)參數(shù)對(duì)其抽汲效果、免修期、能量損耗都有很大影響，以往油田中常規(guī)的做法是“中等沖次、自然泵徑”，但這種方式的的系統(tǒng)效率低，管桿磨損大，而且隨著油田的開(kāi)發(fā)，高含水、提液井的增加，“長(zhǎng)沖程、大泵徑、低沖次”這種組合方式能夠提高機(jī)械采油的系統(tǒng)效率，而且能夠大大減小目前嚴(yán)重影響油田開(kāi)發(fā)的偏磨問(wèn)題。

2.1沖程的優(yōu)選。增大沖程可以提高泵效，但并不是沖程越長(zhǎng)越好，對(duì)于∮70mm以上的大泵徑來(lái)說(shuō)，由于其泵掛深度一般較淺，沖程損失小，而且大多采用機(jī)型較大抽油機(jī)生產(chǎn)，基本都能滿足生產(chǎn)需要，對(duì)于小泵徑生產(chǎn)的油井，在生產(chǎn)允許的范圍內(nèi)，可將抽油機(jī)的沖程調(diào)至最大。采用長(zhǎng)沖程有以下優(yōu)點(diǎn)：沖程大可按比例的增加泵的排量，在井內(nèi)液流充足的條件下，可以降低動(dòng)液面以提高油井產(chǎn)量，沖程增加后，由于減少了防沖距與沖程的比值，因而減少了氣體的不良影響，可以提高抽油效率，活塞移動(dòng)速度快，對(duì)于已受到磨損的泵，可以減少液體的漏失量，同時(shí)在某種程度上延長(zhǎng)抽油泵的使用壽命。

2.2泵徑的優(yōu)選。抽油泵生產(chǎn)效率與抽油泵的柱塞面積（泵徑）有關(guān)，當(dāng)沖程損失量為抽油機(jī)光桿沖程的一半時(shí)抽油泵的效率最高，現(xiàn)場(chǎng)選型時(shí)不能盲目選用大直徑的泵，應(yīng)依據(jù)下泵深度和實(shí)測(cè)的示功圖對(duì)比分析，當(dāng)實(shí)際泵效大于60%時(shí)，才可以加大泵徑。

2.3沖次的優(yōu)選。沖次指在抽油機(jī)井中，抽油桿每分鐘上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)?，F(xiàn)在油田上用的抽油機(jī)，沖次都在4次以上。產(chǎn)量高的油井，喜歡沖次高的抽油機(jī)。因?yàn)楫a(chǎn)液量大，沖次跟不上趟，就是“小馬拉大車”，影響產(chǎn)量。但是低產(chǎn)井的抽油機(jī)如果沖次降不下來(lái)，屬“大馬拉小車”，常常會(huì)出現(xiàn)空抽現(xiàn)象，抽油機(jī)的效率就會(huì)降低。根據(jù)近年來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐和理論研究，大泵徑、小沖次更適合現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用，在系統(tǒng)參數(shù)的實(shí)際選用時(shí)，當(dāng)油井產(chǎn)液量、動(dòng)液面、泵深確定的情況下，先確定油井的沖程。在沖次泵徑平方的乘積成定值時(shí)，如何選舉這兩個(gè)參數(shù)，原則上不宜采取過(guò)低的沖次和過(guò)大的泵徑，因?yàn)檫@樣會(huì)使沖程損失太大，而且漏失的影響也會(huì)十分嚴(yán)重。

2.4供液不足井調(diào)小參數(shù)（沉沒(méi)度小于50m）。對(duì)于供液不足的井，為了改善供排關(guān)系，達(dá)到供采協(xié)調(diào)的目的，對(duì)沉沒(méi)度泵效較低的14口井調(diào)參數(shù)。平均單井日降液1.8t，日降油0.79 t。這部分井產(chǎn)液量變化不大，產(chǎn)油量略有下降，沉沒(méi)度由原來(lái)的平均22.8m上升到目前的86.8m，上升了64m；綜合含水由原來(lái)的83.6%上升到87.1%，上升了3.5個(gè)百分點(diǎn)。流壓由1.55Mpa提高到2.09Mpa，上升了0.54 Mpa，供排關(guān)系得到了改善。

2.5優(yōu)化參數(shù)提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率。要提高單井的系統(tǒng)效率，必須找到產(chǎn)量與沉沒(méi)度的最佳結(jié)合點(diǎn)，進(jìn)而合理匹配生產(chǎn)參數(shù)。我們根據(jù)單井生產(chǎn)情況，在保證油井最佳產(chǎn)能的前提下，確定合理的沉沒(méi)度，對(duì)部分井進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。油機(jī)井上提泵掛的優(yōu)化措施通過(guò)在檢泵中優(yōu)化泵掛深度設(shè)計(jì)，在不影響單井生產(chǎn)能力的情況下，采取了上提泵掛措施，在降低抽汲負(fù)荷的同時(shí)，確定合理的沉沒(méi)度，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

抽油機(jī)抽汲參數(shù)的優(yōu)化：針對(duì)參數(shù)偏大區(qū)及負(fù)荷超載區(qū)的井，采取調(diào)小參數(shù)措施，使動(dòng)液面恢復(fù)到合理范圍，在減少設(shè)備損壞的幾率的同時(shí)，也達(dá)到了節(jié)能效果。

2.6優(yōu)化油井工作制度。對(duì)“低泵效、低產(chǎn)量、大沖次”供液差油井，在不影響產(chǎn)量的情況下，優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)降低耗能。對(duì)含水大于99%、產(chǎn)量低的油井實(shí)施計(jì)關(guān)，提高生產(chǎn)效益；對(duì)間歇出油井摸索生產(chǎn)規(guī)律，實(shí)行間開(kāi)生產(chǎn)；對(duì)“供液充足、泵徑小、泵掛深”的油井，實(shí)施“下大泵、上提泵掛”措施，提高生產(chǎn)能力。

3、抽油機(jī)井生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化效果評(píng)價(jià)

根據(jù)隨機(jī)選取優(yōu)化井的節(jié)能測(cè)試數(shù)據(jù)，結(jié)合優(yōu)化前后消耗功率和系統(tǒng)效率曲線圖的變化趨勢(shì)進(jìn)行技術(shù)分析。

3.1電機(jī)輸入功率降低，能耗降低。在產(chǎn)液量不變的前提下，降低電機(jī)輸人功率是提高系統(tǒng)效率、降低電能消耗的技術(shù)關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)比優(yōu)化前后單井噸液耗電變化曲線可知，優(yōu)化后單井噸液耗電降低，由于個(gè)別生產(chǎn)井的生產(chǎn)水平略有波動(dòng)，使得能耗也有上下波動(dòng)，但整體能耗表現(xiàn)為下降趨勢(shì)。

3.2產(chǎn)液量基本保持不變，系統(tǒng)效率提高。優(yōu)化后生產(chǎn)井的產(chǎn)液量基本保持不變，且略有上升。通過(guò)系統(tǒng)效率的變化曲線可知，單井系統(tǒng)效率略有波動(dòng)，但整體還是保持上升的趨勢(shì)。

3.3抽油機(jī)井交變負(fù)荷降低，沖次降低。通過(guò)整體參數(shù)優(yōu)化技術(shù)的實(shí)施，平均最大載荷由62.61 kN下降到55.40 kN，降低了7.21 kN；平均最小載荷由27.16 kN上升到29.32 kN，提高了2.16 kN；平均沖次由6.59 min-1下降到5.92 min-1，降低了0.67 min-1.交變載荷的降低，慢沖次抽汲，減緩了桿、管及泵的磨損和疲勞速度，能夠使設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，有利于延長(zhǎng)油井的檢泵周期。

4、幾點(diǎn)結(jié)論

（1）抽油機(jī)井上調(diào)參后，抽油機(jī)井的負(fù)荷和扭矩利用率增大，在理論排量增加幅度相同的情況下，調(diào)沖次的負(fù)荷和扭矩利用率比沖程要增加很多，因此在沖程有余的情況下，應(yīng)優(yōu)先調(diào)整沖程。

（2）抽油機(jī)井的沉沒(méi)度治理工作可以實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效，合理的沉沒(méi)度可使油井正常生產(chǎn)，減少異常井發(fā)生頻率，降低檢泵率。

（3）“長(zhǎng)沖程、大泵徑、低沖次”組合方式更適合油田目前的生產(chǎn)需要，系統(tǒng)參數(shù)整體優(yōu)化后應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況進(jìn)行合理調(diào)整，最大限度的提高系統(tǒng)效率。

（4）生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化后抽油機(jī)井的沖次普遍降低，減小了交變載荷對(duì)桿管的沖擊，電能損耗降低，提高了泵效，可有效延長(zhǎng)抽油機(jī)整體工作壽命。

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