油井系統(tǒng)效率評價(jià)及優(yōu)化決策

孫振華 陳芳 辛輝

摘 要：據(jù)油田生產(chǎn)用電統(tǒng)計(jì)，原油生產(chǎn)（采油、注水、集輸）用電總量占油田總用電量的78%，抽油機(jī)井系統(tǒng)效率較低導(dǎo)致能耗費(fèi)用在采油成本中占有較大比例。抽油機(jī)有桿泵采油系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、裝置耐用、可靠性強(qiáng)、技術(shù)成熟的優(yōu)點(diǎn)，約有92%的油井均采用這種方式生產(chǎn)。近年來，提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率已成為油田節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)重要工作。抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率存在理論最大值和實(shí)際最大值。 系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率可以反映抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的管理水平。對于準(zhǔn)確評價(jià)抽油機(jī)井系統(tǒng)效率，發(fā)揮系統(tǒng)最大的潛能，為指導(dǎo)提高系統(tǒng)效率工作提供了有效途徑。

關(guān)鍵詞：機(jī)械采油;系統(tǒng)效率;評價(jià)系統(tǒng);提升潛力

油田目前有油井多采用機(jī)械采油方式。如果油田能將抽油機(jī)井系統(tǒng)效率提高10%，不僅可以降低油田的開發(fā)成本，還可以緩解當(dāng)前電力緊張局面。對比分析不同時(shí)期系統(tǒng)效率指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)僅以絕對系統(tǒng)效率值作為考核指標(biāo)，由于沒有同一比較基準(zhǔn)，不能準(zhǔn)確反映機(jī)采系統(tǒng)投入與產(chǎn)出的關(guān)系。通過理論分析、實(shí)測計(jì)算表明，非均質(zhì)油田抽油機(jī)井系統(tǒng)效率存在最大值。采用系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率指標(biāo)，能夠在同一基準(zhǔn)上評價(jià)系統(tǒng)效率管理工作，并量化抽油機(jī)井系統(tǒng)效率提升潛力，完善機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能降耗考核指標(biāo)。

1 問題的提出

油田每年建立節(jié)能示范區(qū)，以促進(jìn)油田系統(tǒng)效率提高、降低能耗。為更好地促進(jìn)系統(tǒng)效率的提升，油田把系統(tǒng)效率作為考核指標(biāo)進(jìn)行管理。若僅以系統(tǒng)效率值作為考核指標(biāo)，從系統(tǒng)效率值上不能反映所做工作的效果。雖然每年油田投入了大量的人力、物力，經(jīng)過了種種努力進(jìn)行系統(tǒng)效率優(yōu)化，但從每年的系統(tǒng)效率值上看這些努力和投入好象是白白浪費(fèi)。

由此表明，僅用系統(tǒng)效率值來評判1口井、或1個(gè)區(qū)塊、或1個(gè)油田的系統(tǒng)效率管理工作，由于判斷的基準(zhǔn)不一致，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)的系統(tǒng)效率值不能充分說明問題，也不能體現(xiàn)1個(gè)區(qū)塊、或1個(gè)油田的管理水平;并且也不能明確選取井類，采取有針對性的、提高系統(tǒng)效率的措施，以取得較好的效果。

2 系統(tǒng)效率評價(jià)指標(biāo)選取

2.1系統(tǒng)效率定義

目前，對于抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的定義多采用抽油機(jī)在提液過程中其有效功與系統(tǒng)輸入能量的比值，即抽油機(jī)工作時(shí)將液體舉升到地面耗能與電動(dòng)機(jī)耗能的比值，即

由系統(tǒng)效率定義可知，在完成一定的生產(chǎn)目標(biāo)的前提下，提高系統(tǒng)效率就是要減小系統(tǒng)無效做功、降低系統(tǒng)輸入功率或者提高系統(tǒng)的有效功率。對于某一口抽油機(jī)井，由于摩擦的存在，在機(jī)械機(jī)構(gòu)中必然存在能量損失，因此系統(tǒng)輸入功率不可能無限制地降低，因而系統(tǒng)效率也不可能無限制地提高，其必然有一個(gè)最大值ηmax。同時(shí)，對于一定的地層條件，根據(jù)油井流入與流出動(dòng)態(tài)研究，產(chǎn)量與舉升高度之間存在一定的關(guān)系，因此油井的產(chǎn)量不可能無限制地提高，必然存在一個(gè)產(chǎn)量與舉升高度的最佳組合。當(dāng)產(chǎn)量、有效舉升高度及液體的密度一定時(shí)，該井的有用功則是確定的，故系統(tǒng)效率同樣也不可能無限制地提高，其必然有一個(gè)最大值ηmax。

2.2 系統(tǒng)效率評價(jià)指標(biāo)

系統(tǒng)效率最大值是存在的，可以通過把抽油機(jī)井當(dāng)前系統(tǒng)效率值與其最大值進(jìn)行對比，形成一個(gè)統(tǒng)一的基準(zhǔn)，縱向?qū)Ρ纫粋€(gè)油田的系統(tǒng)效率，或者橫向?qū)Ρ榷鄠€(gè)油田的系統(tǒng)效率，就能進(jìn)行有效的分析，得到一致的結(jié)論，從而真實(shí)地反映不同油井的能耗狀況和管理水平。本文利用系統(tǒng)效率最大值，通過抽油機(jī)井目前設(shè)備條件下的系統(tǒng)效率與其所能達(dá)到的最大系統(tǒng)效率ηmax比值來評價(jià)和對比系統(tǒng)效率工作，并把這個(gè)比值命名為系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率R，即

系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率可以用來評價(jià)抽油機(jī)井系統(tǒng)效率提升的潛力、節(jié)能的幅度，并可體現(xiàn)出各井在系統(tǒng)效率方面所做的工作的大小，系統(tǒng)效率管理水平的高低。

3 系統(tǒng)效率評價(jià)指標(biāo)的計(jì)算

3.1 有效功率

某油藏巖石顆粒細(xì)小，儲(chǔ)層孔喉細(xì)微，物性差，儲(chǔ)層微裂縫發(fā)育，原始地層壓力低，壓力系數(shù)0.65～0.75，地飽壓差2.94～6.38MPa。從非均質(zhì)油田油井IPR曲線（如圖1）及生產(chǎn)實(shí)踐表明：非均質(zhì)油藏的滲流特征在井底流壓低于飽和壓力時(shí)，油井產(chǎn)液量并非總是隨著生產(chǎn)壓差增大而上升，當(dāng)井底流壓降低到某一界限后，再降低井底流壓（增大生產(chǎn)壓差），其產(chǎn)液量不再繼續(xù)上升，而是轉(zhuǎn)為下降，說明非均質(zhì)油田的油井產(chǎn)量不可能無限增大，存在一個(gè)最大的合理產(chǎn)量點(diǎn)Qmax，由抽油機(jī)井有效功率計(jì)算得到有效功率極大值Pemax。

3.2 輸入功率

鄭海金等人把抽油機(jī)井系統(tǒng)的各種損失功率劃分為地面損失功率Pu、黏滯損失功率Pr、滑動(dòng)損失功率Pk。則抽油機(jī)井輸入功率為：

K為泵常數(shù)，m2/d;ηp 為泵效，%;Pd 為電機(jī)空載功率，kW;Fu 為光桿在上沖程中的平均載荷，kN;Fd 這光桿在下沖程中的平均載荷，kN;k1為傳輸功率的傳導(dǎo)系數(shù);k2 為光桿功率的傳導(dǎo)系數(shù)。通過現(xiàn)場實(shí)際測試抽油機(jī)井當(dāng)前系統(tǒng)效率值η，和通過式計(jì)算該井的系統(tǒng)效率最大值ηmax，把這數(shù)據(jù)代入可以得出該井的系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率。

4 優(yōu)化實(shí)例分析

油田單井系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率計(jì)算可以看出：距其理論系統(tǒng)效率最大值差距最大，則其系統(tǒng)效率提升的潛力較大，可以通過流入動(dòng)態(tài)研究，對其工作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使其達(dá)到一個(gè)較為合理的狀態(tài)。通過采取優(yōu)化調(diào)整措施，系統(tǒng)效率均有不同程度的提高，措施調(diào)整后實(shí)現(xiàn)率較高，進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整提高系統(tǒng)效率的空間在理論上可行，在實(shí)際中則由于現(xiàn)場條件所限，已很難進(jìn)一步提高。

增大系統(tǒng)效率的方法可以從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮，一是將有效功率增大，二是將無用功率減小。（1）上提泵掛，降低載荷.根據(jù)機(jī)采測試結(jié)果，油田在產(chǎn)井中沉沒度大于300米的井開展了優(yōu)化設(shè)計(jì)。（2）優(yōu)化抽汲參數(shù)，提高泵效。通過采用小泵徑、合理沖程、低沖次等措施，提高泵效，減小懸點(diǎn)載荷及扭矩，在保證產(chǎn)量不降的前提下減少能耗。根據(jù)機(jī)采測試結(jié)果，現(xiàn)場對抽汲參數(shù)過大的井合理安排優(yōu)化參數(shù)，將Φ44mm管式泵更換為Φ38mm管式泵，沖次下調(diào)到2次/min，共實(shí)施18井次。（3）實(shí)施間開制度，保證供采平衡。油田有很多的低產(chǎn)低效的油井存在。這些井低產(chǎn)、低效、供液不足、沉沒度較低，電機(jī)的無功消耗非常大，而且工作參數(shù)較小，無加深余地的油井，結(jié)合液面、功圖等資料，對15口井采取油井間開的實(shí)施，減小開井的時(shí)間，縮減無功作業(yè)，降低油井能耗。（4）抽油機(jī)合理選型。作為機(jī)采井的主要設(shè)備，抽油機(jī)一旦選定后，一般后期不會(huì)更換，因此，方案設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合油藏配產(chǎn)和油田采油工藝現(xiàn)狀，選擇合適的抽油機(jī)型號(hào)是至關(guān)重要的。同時(shí)，做好抽油機(jī)維護(hù)保養(yǎng)，定期進(jìn)行抽油機(jī)維護(hù)保養(yǎng)。抽油機(jī)平衡度在80%-110%之間。

參考文獻(xiàn)：

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