抽油機系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)選評價方法研究

任博宇（大慶油田有限責任公司采油工程研究院）

近年來，多種抽油機系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的推廣應用取得了較好的效果，但同時也存在著缺少考慮油井開發(fā)生命周期[1-2]和設(shè)備經(jīng)濟使用時間的抽油機系統(tǒng)經(jīng)濟評價優(yōu)選方法。抽油機系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展要有經(jīng)濟理論做指導，不能只強調(diào)技術(shù)的先進性，而忽略技術(shù)的經(jīng)濟效益。通過開展不同類型抽油機技術(shù)適應性分析，從而進行經(jīng)濟評價方法研究[3]，為抽油機舉升技術(shù)的優(yōu)選提供科學決策。

以大慶長垣在用的抽油機節(jié)能舉升方式為研究對象，運用技術(shù)經(jīng)濟方法理論，在技術(shù)性可行的條件下，以經(jīng)濟合理為目標，進行節(jié)能舉升方式的優(yōu)選。

1 技術(shù)研究

前期調(diào)查研究了大慶長垣在用的抽油機節(jié)能舉升方式的技術(shù)適用性，以選取抽油機井最佳的節(jié)能方式，分析總結(jié)了常用抽油機舉升方式的生產(chǎn)情況和能耗情況，大慶長垣機采井常用抽油機對比優(yōu)選情況見表1。

表1 大慶長垣機采井常用抽油機對比優(yōu)選情況Tab.1 Situation of comparison preference of common oil pumping unit of mechanical oil production well in Changyuan，Daqing

調(diào)研發(fā)現(xiàn)塔架式抽油機和超長沖程抽油機節(jié)能效果明顯，應用井數(shù)多，技術(shù)成熟可靠，維護保養(yǎng)方便。

產(chǎn)液量低、安裝機型偏大（10-4.2-5.3 或14-6-89 機型）存在機型和液量不匹配、機型可以利舊重復使用（實際生產(chǎn)中急需大機型）的常規(guī)游梁式抽油機，適合進行技術(shù)改造成塔架式抽油機和超長沖程抽油機，降低舉升單耗和提高系統(tǒng)效率，又滿足生產(chǎn)中大機型提液上產(chǎn)需要。

應用塔架式抽油機技術(shù)，可以降低裝機功率，裝機功率在22 kW 左右，但塔架式抽油機不適應高產(chǎn)液舉升。低產(chǎn)液量井耗電量較低，改造塔架式抽油機后節(jié)電效果不明顯，經(jīng)濟效益不理想。大慶長垣實踐證明塔架式抽油機適用液量范圍在20～40 t/d，地勢低洼區(qū)域適合安裝，過渡帶稠油井可以安裝減少稠油井卡泵。

超長沖程抽油機最長沖程可以達到50 m，沖次可以實現(xiàn)最低0.02 次/min，常規(guī)游梁式抽油機最大沖程6 m、最低沖次4 次/min。塔架式抽油機最大沖程8 m、最低沖次1 次/min。超長沖程抽油機“長沖程低沖次”優(yōu)勢十分明顯，超長沖程可以大大延長地層液體進入泵筒的時間，提高泵的充滿程度和產(chǎn)量。超低沖次勻速緩慢運動，降低油井振動載荷，并大幅降低抽油桿上下運行速度和時間，減少桿管泵的磨損，有助于降低油井載荷和耗電量。實踐證明超長沖程抽油機適用于低產(chǎn)液低沉沒度井，產(chǎn)液量低于20 t/d，沉沒度低于300 m。

2 經(jīng)濟評價

油田舉升工藝技術(shù)的選擇，關(guān)系到油田建設(shè)的投資和生產(chǎn)費用[4]。因此，必須對已選出的可行的舉升工藝技術(shù)進行整體的經(jīng)濟評價，以選擇出經(jīng)濟效益最好的舉升工藝技術(shù)，用以指導油田生產(chǎn)，從而達到提高油田整體經(jīng)濟效益的目的。

以油井開發(fā)過程和設(shè)備生命周期為出發(fā)點，分別考慮了新井舉升方式和老井設(shè)備更新的經(jīng)濟性優(yōu)選，以建立抽油機系統(tǒng)經(jīng)濟評價指標和方法[5]。新、老井經(jīng)濟評價方法對比情況見表2。

表2 新、老井經(jīng)濟評價方法對比情況Tab.2 Comparison situation of economic evaluation methods of new and old wells

2.1 新井比選

新井比選時，在技術(shù)性都適用且舉升能力相同的條件下，按各方案生命期相同，且僅考慮投資、經(jīng)營成本的現(xiàn)值，不考慮投資方案的收益，采用費用現(xiàn)值法進行優(yōu)選。

費用現(xiàn)值是指用凈現(xiàn)值指標評價投資方案的經(jīng)濟效果，備選方案如果滿足相同的需求，則只需要比較他們的投資與經(jīng)營費用。費用現(xiàn)值考慮了時間的價值，反映項目在計算期內(nèi)財務效果的動態(tài)評價指標。在方案比選時，各方案中費用現(xiàn)值的最小者為最優(yōu)。經(jīng)濟評價模型如下：

費用現(xiàn)值：

式中：I為全部投資，包括固定資產(chǎn)投資和流動資金，萬元；C為年經(jīng)營總成本，萬元；Sv為計算期末回收固定資產(chǎn)殘值，萬元；W為計算期末回收流動資金，萬元；COt為各年凈現(xiàn)金流出額，萬元；ic為財務評價時的基準收益率；n為計算期；為現(xiàn)值系數(shù)。

2.2 老井比選

通過項目更新前后的“有項目”和“無項目”對比[6]，從設(shè)備更新的不同舉升工藝的一次性投資構(gòu)成與成本費用構(gòu)成分析入手，將能耗等技術(shù)指標折算為經(jīng)濟指標。其中節(jié)電量所帶來的效益以及節(jié)約維護和作業(yè)費用以負值形式計入生產(chǎn)成本。根據(jù)給定的經(jīng)濟評價模型，計算項目的增量收益。從而對增量財務內(nèi)部收益率、增量財務凈現(xiàn)值和投資回收期等指標進行對比，增量財務內(nèi)部收益率與增量財務凈現(xiàn)值越高、增量投資回收期越短，則方案越優(yōu)。經(jīng)濟評價模型如下：

投資回收期為：

凈現(xiàn)值為：

式中：St為第St期的現(xiàn)金收入，萬元；Kt為第t+1 期的投資額，萬元；Ct為第t期的經(jīng)營費用，萬元；L為期末殘值。

內(nèi)部收益率：方案實施過程中考慮資金時間價值條件下的實際達到的投資收益率水平。其計算步驟為：

第一步：做出方案的現(xiàn)金流量，列出凈現(xiàn)值表達式。

第二步：任取一個折現(xiàn)率值進行試算，若財務凈現(xiàn)值小于0，說明這個試算的折現(xiàn)率取值偏高，重新選取收益率試算。若財務凈現(xiàn)值大于0，說明這個試算的折現(xiàn)率取值偏低?？梢詳喽?，內(nèi)部收益率在兩個試算的收益率之間。

第三步：為了減少試算次數(shù)，用線性內(nèi)插法求出內(nèi)部收益率的近似值。利用內(nèi)插法計算內(nèi)部收益率，只是一個近似值，為使內(nèi)插公式求得的內(nèi)部收益率更為準確，所取的兩個折現(xiàn)率值之差最大不超過5%。

3 綜合評價

3.1 新井舉升方式優(yōu)選

以超長沖程抽油機與常規(guī)游梁式抽油機比選為例，超長沖程抽油機的技術(shù)優(yōu)勢[7-8]：單次沖程舉升液量多，地層能量恢復的時間長，能形成抽汲效應，形成井筒負壓，有利于地層能量恢復，更適應稠油開采，沖程可達到50 m，真正實現(xiàn)高泵效舉升；可實現(xiàn)無級調(diào)速，根據(jù)地層能量設(shè)置沖程、沖次參數(shù)，避免人工啟停，更適合低產(chǎn)液井；長期運行總投資低，經(jīng)濟效益突出。

根據(jù)經(jīng)濟評價模型計算后，超長沖程抽油機的費用現(xiàn)值在計算期為第4 a 時仍高于常規(guī)游梁式抽油機，則常規(guī)游梁式抽油機為優(yōu)；第5 a 開始費用現(xiàn)值低于常規(guī)游梁式抽油機，則超長沖程抽油機為優(yōu)，生命周期越長，則超長沖程抽油機的費用現(xiàn)值越低，經(jīng)濟適用性越優(yōu)，兩種舉升方式在不同計算期的費用現(xiàn)值對比見圖1。

圖1 兩種舉升方式在不同計算期的費用現(xiàn)值對比Fig.1 Comparison of the present value of the expenses with two lifting methods in different calculation periods

在兩種舉升方式技術(shù)性都適用且舉升能力相同的條件下，采用費用現(xiàn)值法進行方案的比選，按計算期依次折現(xiàn)的費用現(xiàn)值見表3。

表3 按計算期依次折現(xiàn)的費用現(xiàn)值Tab.3 Present value of expenses discounted sequentially by calculation period 萬元

3.2 老井設(shè)備更新

以大慶長垣某作業(yè)區(qū)老井設(shè)備計劃更新節(jié)能舉升方式為例。

3.2.1 塔架式抽油機

1）技術(shù)優(yōu)勢。塔架式抽油機與常規(guī)游梁式抽油機相比，取消了常規(guī)游梁式抽油機四連桿傳動機構(gòu)，傳動效率更高、更節(jié)能[9-10]，主要具有以下優(yōu)勢：沖程長，沖程損失小，井下泵充滿程度好；低沖次，有助于延長井下桿、管設(shè)備壽命；直接平衡，平衡調(diào)整便捷，節(jié)能效果好；調(diào)參簡便，沖程、沖次均可實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)；地面?zhèn)鲃迎h(huán)節(jié)少、機械效率高；電動機、傳動機構(gòu)位于上平臺，離地高，適合低洼地等環(huán)境敏感區(qū)生產(chǎn)需求。

2）選擇標準。開發(fā)初期產(chǎn)液量高，目前日產(chǎn)液在20～40 t，機型和產(chǎn)液量不匹配存在載荷過低的抽油機井設(shè)計塔架式油機井；處于低洼地帶容易水淹井設(shè)計塔架式抽油機。

3）潛力井篩選。該作業(yè)區(qū)的低產(chǎn)井造成抽油機機型偏大，系統(tǒng)效率低，舉升能耗較高。將這種類型的井與近十年油田開發(fā)規(guī)劃、三次采油規(guī)劃、近期油藏調(diào)整情況充分結(jié)合，選擇了產(chǎn)液量20～40 t/d、目前機型與產(chǎn)液量匹配不合理，同時拆除的抽油機可以利舊、系統(tǒng)效率低、舉升能耗高、地勢低洼或水泡子周邊的20 口井改造成塔架式抽油機，這部分井平均產(chǎn)液量26.4 t，沉沒度363.4 m，系統(tǒng)效率28.3%。2022 年更換塔架式抽油機20 口井。

4）預期效益。年節(jié)約費用296.2 萬元：與常規(guī)游梁式抽油機相比，塔架式抽油機平均單井日節(jié)電60 kWh，預計20 臺年可節(jié)電43.8×104kWh，節(jié)省電費27.9 萬元；與常規(guī)游梁式抽油機相比，塔架式抽油機年節(jié)約作業(yè)費用1.25 萬元，預計20 臺節(jié)省作業(yè)費用25 萬元；與常規(guī)游梁式抽油機相比，年節(jié)省常規(guī)運行維護費用0.35 萬元，20 口井年節(jié)約維護費用7 萬元。根據(jù)新井產(chǎn)能規(guī)劃，結(jié)合開發(fā)指標預測，該項目拆除下來的常規(guī)游梁式抽油機維修保養(yǎng)后可以在新建產(chǎn)能井應用，降低產(chǎn)能投資。預計20 口臺舊機在產(chǎn)能新井應用后，合計創(chuàng)效236.3 萬元。

3.2.2 超長沖程抽油機

1）技術(shù)優(yōu)勢。由控制系統(tǒng)驅(qū)動電動機正、反轉(zhuǎn)，滾筒帶動柔性繩完成往復運動，柔性繩驅(qū)動井下抽油桿、抽油泵完成整個采油過程。采用“超長沖程，超低沖次”舉升理念，攻關(guān)形成了超長沖程采油技術(shù)，最大沖程可達50 m、最低沖次1 次/h，沖程損失比例小，僅為常規(guī)游梁式抽油機的1/13，平均泵充滿度由50%提高到85%。

2）選擇標準。開發(fā)初期產(chǎn)液量高，日產(chǎn)液20 t以下，沉沒度低于300 m，機型和液量不匹配，存在載荷過低的常規(guī)游梁式抽油機設(shè)計超長沖程抽油機井。

3）潛力井篩選。從降低舉升能耗、利舊大機型滿足生產(chǎn)需要兩方面綜合考慮，建議對機型偏大井進行技術(shù)改造。結(jié)合油藏開發(fā)情況和“十四五”期間油田開發(fā)規(guī)劃，確定對于系統(tǒng)效率低、舉升能耗高、目前機型生產(chǎn)急需、油藏開發(fā)沒有增產(chǎn)措施的20 口井優(yōu)選進行改造。這20 口井平均產(chǎn)液量13.65 t，平均沉沒度186.51 m，平均系統(tǒng)效率20.89%。其它井有三年內(nèi)增產(chǎn)措施，或者正在進行三次采油或者有三次采油規(guī)劃，液量變化大不適宜改造。

4）預期效益。年節(jié)約費用212.26 萬元：與常規(guī)游梁式抽油機相比，超長沖程抽油機節(jié)電率50%，預計20口井年可節(jié)電86.72×104kWh，節(jié)省電費55.24 萬元；超長沖程抽油機可有效延長檢泵周期、降低檢泵費用，根據(jù)大慶長垣單井統(tǒng)計對比結(jié)果，單井年減少作業(yè)施工成本1.35 萬元，預計20 口井年減少維護成本27 萬元；與常規(guī)游梁式抽油機相比，年節(jié)省常規(guī)維護費用0.1 萬元，20 口井年節(jié)約維護費用2 萬元。

3.3 經(jīng)濟評價方法

工程費用采用工程量法進行估算。分別計算后，該作業(yè)區(qū)塔架式抽油機一次性投資為662 萬元，超長沖程抽油機一次性投資為647.7 萬元。

通過項目實施前后“有項目”和“無項目”對比，采用“增量法”計算增量效益指標。項目效益來自耗電量減少以及降低其它的油井生產(chǎn)成本。經(jīng)計算，塔架式抽油機生產(chǎn)期年均增量經(jīng)營成本為63.9 萬元，超長沖程抽油機生產(chǎn)期年均增量經(jīng)營成本為85.56 萬元。

根據(jù)給定的經(jīng)濟評價模型，計算出塔架式抽油機增量財務內(nèi)部收益率為8.83%，高于8%的行業(yè)基準收益率；增量財務凈現(xiàn)值為442.05 萬元，投資回收期（包括建設(shè)期1 a）為7.49 a；超長沖程抽油機增量財務內(nèi)部收益率為12.39%，高于8%的行業(yè)基準收益率；增量財務凈現(xiàn)值為563.44 萬元，投資回收期（包括建設(shè)期1 a）為6.54 a。

兩種節(jié)能舉升方式與常規(guī)游梁式抽油機相比，經(jīng)濟上均可行。結(jié)合生產(chǎn)實際需要，老井設(shè)備計劃更新成塔架式抽油機與超長沖程抽油機。

4 結(jié)論

對抽油機節(jié)能舉升方式技術(shù)適應性進行研究，以選取抽油機井最佳的節(jié)能方式，調(diào)研發(fā)現(xiàn)塔架式抽油機和超長沖程抽油機與常規(guī)游梁式抽油機相比節(jié)能效果明顯，應用井數(shù)多，技術(shù)成熟可靠，維護保養(yǎng)方便；再對已選出的可行的舉升工藝技術(shù)進行整體的經(jīng)濟評價，以選擇出經(jīng)濟效益最好的舉升工藝技術(shù)，通過建立抽油機系統(tǒng)經(jīng)濟評價指標和方法，塔架式抽油機和超長沖程抽油機兩種節(jié)能舉升方式與常規(guī)游梁式抽油機相比，財務內(nèi)部收益率均高于8%的行業(yè)基準收益率，經(jīng)濟上均可行。

通過對抽油機系統(tǒng)技術(shù)適應性及經(jīng)濟合理性進行綜合評價，并結(jié)合實際生產(chǎn)需要，以選擇出綜合效果最好的舉升工藝技術(shù)，對提高采油工程方案設(shè)計水平、助力抽油機舉升降本增效具有支撐作用。