超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)在低滲透油田的應(yīng)用評(píng)價(jià)

趙 春，姚 洋，杜向前，趙 勇，梁 毅，辛 宏，雷 雨，張 磊，魏 韋，羅聰英，張 巖，呼蘇娟

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710018；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750006；4.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司隴東指揮部，甘肅西峰 745000）

長(zhǎng)慶新建產(chǎn)儲(chǔ)層主要是低滲透油藏和超低滲透油藏，以及頁巖油，普遍采用叢式井組定向井開發(fā)，華慶超低滲透油田采用抽油機(jī)生產(chǎn)，平均日產(chǎn)液3.7 m3，系統(tǒng)效率19.8%，噸液舉升耗電45.6 kW·h，低產(chǎn)液井應(yīng)用常規(guī)抽油機(jī)采油系統(tǒng)效率低、能耗高、井筒偏磨嚴(yán)重，由于偏磨造成的油井維護(hù)性作業(yè)超過總油井作業(yè)工作量的1/3，逐步成為制約油田提質(zhì)增效的瓶頸性問題。2011年以前投產(chǎn)油井抽油機(jī)機(jī)型偏大，七型以上機(jī)型超過一半，平均負(fù)載率50%左右，也是制約機(jī)采效率提升的一大難點(diǎn)。

柔性光桿超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)是近年來新興的一種舉升技術(shù)[1，2]，其結(jié)構(gòu)與工作方式與傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)相比有較大區(qū)別，在國(guó)內(nèi)其他油田應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，該抽油機(jī)具有舉升效率高、節(jié)能降耗明顯、系統(tǒng)穩(wěn)定性高等技術(shù)優(yōu)勢(shì)[3，4]。

1 超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)技術(shù)原理

超長(zhǎng)沖程采油系統(tǒng)是由長(zhǎng)沖程智能抽油機(jī)、智能變頻控制柜、柔性光桿、專用盤根盒、抽油桿桿柱、長(zhǎng)沖程管式抽油泵等組成的成套采油設(shè)備[2，3]。

技術(shù)參數(shù)（見表1）：懸點(diǎn)最大載荷：60～240 kN；沖次：1～8 h-1；沖程：20～50 m；日產(chǎn)液量：0.5～24 t。

長(zhǎng)沖程抽油泵技術(shù)工藝原理[5，6]，采用多級(jí)泵筒連接，泵體通過5根或多根10 m的泵相互串聯(lián)形成，泵筒采用特殊工藝處理，耐磨和抗腐蝕性（見表2）。

表1 長(zhǎng)沖程抽油泵參數(shù)列表

表2 長(zhǎng)沖程抽油泵性能特點(diǎn)

2 超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)在低滲透油田的應(yīng)用

建立超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論分析模型，對(duì)抽油機(jī)的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，計(jì)算出抽油機(jī)任意時(shí)刻的懸點(diǎn)加速度、速度，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)，超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)模型（見圖1）。

圖1 超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)模型

根據(jù)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特點(diǎn)，設(shè)定電動(dòng)機(jī)的加速度模式為余弦曲線，故本抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷的變化過程隨著電動(dòng)機(jī)加速度變化而變化，具體加速度變化曲線（見圖2）。

令：t1=m0t2，則有：

式中：ts-運(yùn)行一個(gè)沖次需要的時(shí)間；m0-變速與勻速的比例常數(shù)；t1-變速時(shí)間；t2-勻速時(shí)間。

圖2 加速度變化曲線

2.1 計(jì)算懸點(diǎn)的加速度at

式中：K-最大加速度；ω-角速度；t1-變速時(shí)間；t2-勻速時(shí)間；V-速度；C-積分常數(shù)。

2.2 計(jì)算懸點(diǎn)最大加速度

式中：S1-懸點(diǎn)進(jìn)行變速的行程；S2-懸點(diǎn)進(jìn)行勻速運(yùn)動(dòng)的行程；2S-運(yùn)行一個(gè)沖次的行程。

求得懸點(diǎn)加速度：

懸點(diǎn)速度：

計(jì)算結(jié)果揭示了該抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)特性：加速度只是在啟動(dòng)和換向時(shí)才出現(xiàn)，且時(shí)間很短，其他時(shí)間加速度為零，說明抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，動(dòng)載荷大幅降低。

2.3 計(jì)算懸點(diǎn)的速度Vt

現(xiàn)將懸點(diǎn)在不同時(shí)間段的速度和加速度分述如下：

圖3 超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)懸點(diǎn)速度曲線

表3 試驗(yàn)前后數(shù)據(jù)對(duì)比

表4 試驗(yàn)效果對(duì)比

表5 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比估算表

從上述計(jì)算結(jié)果（見圖3）可以看出，速度只是在啟動(dòng)和換向時(shí)才有變化，其他大部分時(shí)間速度不變，由此可見，該抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平衡，可大幅提高抽油泵的吸入效率，從而可提高抽油機(jī)的系統(tǒng)效率。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在華慶超低滲透油田白505新區(qū)選取2口低產(chǎn)油井開展先導(dǎo)性試驗(yàn)。分別采用Φ44 mm/Φ38 mm超長(zhǎng)沖程抽油泵、Φ25 mm柔性光桿58.4 m及Φ22 mm與Φ19 mm HY級(jí)抽油桿桿柱組合，以及超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)8型和10型機(jī)，試驗(yàn)前后基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（見表3）。

從對(duì)比數(shù)據(jù)看，2口井試驗(yàn)井在保持穩(wěn)定的情況下，日均節(jié)電26.5 kW·h，噸液?jiǎn)魏慕档土?3.0%，泵效提升55.4%，試驗(yàn)效果對(duì)比（見表4）。

對(duì)試驗(yàn)前后的兩種抽油機(jī)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析：?jiǎn)尉偼度?抽油機(jī)價(jià)格+安裝配套費(fèi)用+抽油機(jī)維護(hù)費(fèi)用+生產(chǎn)耗電費(fèi)用

以抽油機(jī)使用期限10年為準(zhǔn)，經(jīng)計(jì)算得出，柔性光桿超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)雖然初期投資比普通游梁抽油機(jī)高出19萬元，但由于其每年能節(jié)約檢泵及能耗費(fèi)用4.37萬元，10年總投入可降低20.2萬元，經(jīng)濟(jì)效益較為可觀（見表5）。

4 主要認(rèn)識(shí)及建議

（1）與常規(guī)游梁式抽油機(jī)相比，超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)采油技術(shù)在提高泵效、提高系統(tǒng)效率方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，尤其適用于超低滲透低液量油井提效。

（2）超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)智能采油技術(shù)在超低滲透油田首次真正實(shí)現(xiàn)“長(zhǎng)沖程、低沖次”采油模式，沖程50 m、沖次1～8 h-1，改變傳統(tǒng)七型抽油機(jī)最大沖程3 m、最低沖次2.5 min-1。

（3）通過應(yīng)用超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)采油技術(shù)，2口試驗(yàn)井的產(chǎn)液?jiǎn)魏慕档统^43%，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較好，可擴(kuò)大試驗(yàn)規(guī)模。