新型長沖程舉升工藝在低效高耗井應(yīng)用方案

李健

（大慶油田有限責任公司第四采油廠）

近年來抽油機主要采用偏置式抽油機和下偏杠鈴抽油機替代常規(guī)抽油機，在拖動設(shè)備上，主要應(yīng)用節(jié)能電動機和變頻配電箱，螺桿泵主要應(yīng)用直接驅(qū)動裝置替代常規(guī)螺桿泵。在優(yōu)化設(shè)計方面，基于“長沖程、大泵徑、低沖次”及桿柱優(yōu)化組合等優(yōu)化理念進行參數(shù)和工具優(yōu)化[1]?！笆濉逼陂g機采井系統(tǒng)效率提升較多，但是后期系統(tǒng)效率提升困難，挖潛空間縮小。在機采井檢泵周期方面，通過桿、管、泵合理匹配設(shè)計，技防措施推廣應(yīng)用，檢泵率明顯下降，檢泵周期上升，但抽油機井受沖程和泵徑限制，沖次無法進一步降低，進而導致交變載荷無法降低，機采井檢泵周期進一步延長較難。

為有效提高機采井舉升效率、延長檢泵周期，按照“長沖程、低沖次”的優(yōu)化設(shè)計理念，2019 年至今，某油田先后應(yīng)用超長沖程抽油機和塔架式抽油機，并完善了配套技術(shù)，在常規(guī)游梁式抽油機研究應(yīng)用了碳纖維連續(xù)抽油桿和柔性金屬泵等配套舉升技術(shù)，均取得了良好的節(jié)能效果，可推廣應(yīng)用。文中根據(jù)多種舉升工藝的技術(shù)特性，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，給出了低產(chǎn)低效井和高能耗井個性化舉升工藝設(shè)計，從源頭上進行優(yōu)化，并預測了經(jīng)濟效益，為后期技術(shù)推廣應(yīng)用提供了技術(shù)思路。

1 新型舉升工藝現(xiàn)場應(yīng)用情況

1.1 超長沖程抽油機舉升工藝

超長沖程抽油機是在有桿泵舉升技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型采油工藝，由機架、底座、電動機、控制箱、減速器、滾筒、柔性光桿、超長抽油泵等關(guān)鍵設(shè)備組成[2]。采用的是“超長沖程、低沖次”的運行方式，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。配套應(yīng)用超長沖程抽油泵，沖程可在50 m 范圍內(nèi)任意調(diào)整，沖次可在0.017～0.2 min-1范圍內(nèi)無極調(diào)速[3]，可根據(jù)地層能量設(shè)置沖程、沖次參數(shù)，避免人工啟停，適用于日產(chǎn)液低于40 t 的油井。此外超長沖程抽油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(yīng)，形成井筒負壓，有利于地層能量恢復，更適應(yīng)稠油開采，長期運行總投資低，經(jīng)濟效益突出。目前大慶、長慶和新疆等油田應(yīng)用超長沖程抽油機超過1 000 臺，得到了推廣應(yīng)用和廣泛認可。

某油田扶余區(qū)塊在新井產(chǎn)能建設(shè)時，應(yīng)用超長沖程抽油機52 口井，應(yīng)用過程中通過不斷完善和改進配套技術(shù)，目前已配套成熟。一是配套電參示功圖技術(shù)。在實現(xiàn)自動計產(chǎn)基礎(chǔ)上[4]，解決了柔性光桿無法測試功圖的問題，同時研究實現(xiàn)了電參功圖數(shù)據(jù)上傳A5 系統(tǒng)。二是優(yōu)化單井運行模式。配套智能控制系統(tǒng)，通過程序自動調(diào)節(jié)沖次，保證產(chǎn)液量不變的情況下，提高泵效。同時優(yōu)化了屏幕多參數(shù)顯示界面，使電參功圖、沖程、沖次、產(chǎn)量等數(shù)據(jù)直觀顯示，方便日常管理。三是探索低產(chǎn)低效井應(yīng)用。鑒于超長沖程抽油機在扶余油井良好的應(yīng)用效果，在低產(chǎn)低效井應(yīng)用4 口井，應(yīng)用后單井平均日增液6.3 t，日增油1.53 t，泵效提高64.2 個百分點，日節(jié)電54.6 kWh，起到良好增油效果。

超長沖程抽油機與游梁式抽油機對比，具有運行頻次降低、沖程損失小、傳動效率高和配套系統(tǒng)完善等優(yōu)勢。該油田超長沖程抽油機平均沖程46.8 m、沖次0.067 min-1、日產(chǎn)液8.3 t，日耗電70.42 kWh，與游梁式抽油機相比，泵效提高了48.8 個百分點，平均系統(tǒng)效率提高了11.47 個百分點，平均節(jié)電率36.8%。同時因沖次低，降低了桿管的磨損程度，油井免修期較游梁式抽油機延長202 d。超長沖程抽油機與常規(guī)抽油機應(yīng)用情況對比見表1。

表1 超長沖程抽油機與常規(guī)抽油機應(yīng)用情況對比Tab.1 Comparison of the application situation between ultra-long stroke pumping unit and conventional pumping unit

1.2 塔架式抽油機舉升工藝

某油田在水驅(qū)新井產(chǎn)能建設(shè)時，應(yīng)用塔架式抽油機190 口井，其中智能塔架抽油機160 口井，皮帶抽油機30 口井。兩種抽油機均具有“長沖程、低沖次”的運行優(yōu)勢，無四連桿機構(gòu)，采用對稱平衡，能耗低。其中智能塔架抽油機采用電動換向，無減速裝置[5]，但對平衡要求較高；而皮帶抽油機采用機械換向，有減速裝置[6]，對平衡要求較低，同時故障率也較低，運行時率為98%。塔架式抽油機平均沖程可達8.0 m，沖次1～3 min-1，適用于日產(chǎn)液低于80 t 的油井，目前勝利、遼河和新疆等油田應(yīng)用塔架式抽油機超過16 000 臺，其中皮帶抽油機應(yīng)用超過14 000 臺。

在應(yīng)用過程中完善了三項配套技術(shù)：一是制定動態(tài)平衡調(diào)整方法。為有效提升平衡調(diào)整效率，開展動態(tài)平衡調(diào)整方法的摸索，分泵況正常、作業(yè)井和措施井三類調(diào)平衡方案，通過大量現(xiàn)場試驗，總結(jié)出《塔架式抽油機動態(tài)平衡調(diào)整方法》，實現(xiàn)平衡調(diào)整精準化管理；二是實施降載換泵措施組合。實施“換大泵+內(nèi)襯油管+無扶抽油桿+柔性金屬泵+管式防蠟器”的降載措施組合，試驗3 口井，平均日產(chǎn)液增加25.3 t，沉沒度下降133 m，交變載荷下降5.46 kN，實現(xiàn)了換大泵降載提液的目的；三是建立了配套管理制度。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，分別建立了《塔架式抽油機管理辦法》《塔架式抽油機安全操作規(guī)程》和《塔架式抽油機維護保養(yǎng)規(guī)范》，其中《塔架式抽油機安全操作規(guī)程》已形成企業(yè)標準，規(guī)范了日常管理，保證塔架式抽油機平穩(wěn)高效運行。

塔架式抽油機與游梁式抽油機對比，同樣具有運行頻次降低、沖程損失小、傳動效率高等優(yōu)勢。塔架式抽油機平均消耗功率3.99 kW，日耗電量95.76 kWh，與游梁式抽油機相比，泵效提高了16.2 個百分點，平均系統(tǒng)效率提高了9.63 個百分點，平均節(jié)電率31.3%，油井免修期較游梁式抽油機延長136 d。塔架式抽油機與游梁式抽油機應(yīng)用效果對比見表2。

表2 塔架式抽油機與游梁式抽油機應(yīng)用效果對比Tab.2 Comparison of application effects between tower pumping unit and beam pumping unit

2 配套舉升技術(shù)

2.1 碳纖維連續(xù)抽油桿

碳纖維連續(xù)抽油桿是由碳纖維、樹脂、玻璃纖維等原材料按照合適配比，經(jīng)拉擠工藝生產(chǎn)制造而成的復合材料制品[7]。具有強度高、密度小、耐磨耐腐蝕等特點[8]，可以代替鋼質(zhì)抽油桿，達到降低舉升能耗，延長檢泵周期的目的。

在某產(chǎn)能區(qū)塊中將碳纖維連續(xù)抽油桿與超長沖程抽油機組合應(yīng)用30 口井，投產(chǎn)后油井平均沖程48.3 m、沖次0.09 min-1、動液面460 m、日耗電46.2 kWh。與游梁式抽油機相比，沖程增加11.2倍、沖程損失下降15.7%、沖次下降53 倍、交變載荷下降32% 、 日耗電下降69.6 kWh、 節(jié)電率40.1%，實現(xiàn)了降低交變載荷、降低舉升能耗、提高泵效的目的。

2.2 柔性金屬泵

柔性金屬泵柱塞表面等間距分布多個圓形凹槽，密封環(huán)布置在凹槽內(nèi)部[9]，上沖程密封環(huán)在液體壓力作用下膨脹變形，與泵筒完全貼合，提高泵效。具有泵效高、交變載荷低、二次作業(yè)施工周期短等特點。下沖程密封環(huán)上下壓力平衡，密封環(huán)收縮回最初形態(tài)，增大柱塞與泵筒的間隙，降低桿柱彎曲程度，減少桿管偏磨[10]。前期在塔架式抽油機應(yīng)用柔性金屬泵2 口井，泵效上升8.4 個百分點，交變載荷降低2.1 kN。柔性金屬泵與普通整筒泵應(yīng)用效果對比見表3。

表3 柔性金屬泵與普通整筒泵應(yīng)用效果對比Tab.3 Comparison of application effect between flexible metal pump and general whole cylinder pump

3 應(yīng)用方案設(shè)計

3.1 低產(chǎn)低效井舉升工藝設(shè)計

低產(chǎn)低效井舉升方式中游梁式抽油機占比85.4%，現(xiàn)場采取降低生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化供排關(guān)系，但最低沖次基本維持在3～4 min-1，與超長沖程抽油機相比，沖次量級高。此外，游梁式抽油機平均沖程損失為0.4 m，沖程損失11.8%，與超長沖程抽油機相比，沖程損失增加10.7 個百分點。然而超長沖程抽油機沖程可達50 m，沖次0.017～0.2 min-1，符合“長沖程、低沖次”的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計理念，且運行過程中采用死點滯留方式，可有利于液體進泵，提高泵效。同時可配套應(yīng)用碳纖維連續(xù)抽油桿，擴大節(jié)能效果，雖然碳纖維連續(xù)抽油桿沖程損失高于鋼質(zhì)抽油桿，但因超長沖程抽油機沖程大，綜合沖程損失1.9%，明顯低于游梁式抽油機。

綜合考慮工藝優(yōu)勢和配套技術(shù)完善性，低產(chǎn)低效井舉升工藝設(shè)計為超長沖程抽油機+碳纖維連續(xù)抽油桿，為設(shè)計更加精準可靠，結(jié)合以往應(yīng)用經(jīng)驗和現(xiàn)場實際情況，建立了低產(chǎn)低效抽油機井舉升工藝設(shè)計模板見表4，可應(yīng)用在日產(chǎn)液小于20 t 的油井，可在優(yōu)化供排關(guān)系同時，挖掘低產(chǎn)低效井節(jié)能降耗潛力。

表4 低產(chǎn)低效抽油機井舉升工藝設(shè)計模板Tab.4 Design template of lifting technology for low production and low efficiency pumping wells

3.2 高能耗抽油機舉升工藝設(shè)計

高能耗（非節(jié)能）抽油機因運轉(zhuǎn)時間長、各部件磨損嚴重，導致故障率高、噪音大且多數(shù)沒有配件更換，影響油井時率，舉升單耗9.96 kWh/t，高于全區(qū)2.64 kWh/t，有必要更換新型節(jié)能抽油機，提高油井時率和節(jié)能效果。應(yīng)用的兩種塔架式抽油機均具有“長沖程、低沖次”的運行優(yōu)勢，平均沖程6.0 m，沖次1～3 次/min，且配套技術(shù)完善。尤其是皮帶抽油機故障率低，時率高，避免登高巡檢，更受基層員工歡迎，可規(guī)模推廣應(yīng)用。同時可配套應(yīng)用柔性金屬泵，提高泵效，降低交變載荷，擴大節(jié)能效果。

綜合考慮工藝優(yōu)勢和配套技術(shù)完善性，高能耗抽油機井舉升工藝設(shè)計為皮帶抽油機+柔性金屬泵，為設(shè)計更加精準可靠，結(jié)合以往應(yīng)用經(jīng)驗和現(xiàn)場實際情況，建立了高能耗抽油機井舉升工藝設(shè)計模板見表5，在治理高能耗抽油機問題的同時，可挖掘節(jié)能降耗潛力。

表5 高能耗抽油機井舉升工藝設(shè)計模板Tab.5 Design template of lifting technology for high energy consumption pumping well

3.3 應(yīng)用效益預測

1）低產(chǎn)低效井效益。應(yīng)用超長沖程抽油機和碳纖維連續(xù)抽油桿舉升技術(shù)后，可取得節(jié)電、減少作業(yè)和增油三個方面效益，按照單井節(jié)電率36.8%計算，20 口井年節(jié)電36.1×104kWh，年可創(chuàng)綜合經(jīng)濟效益51.1 萬元。

2）高能耗井效益。應(yīng)用皮帶抽油機和柔性金屬泵舉升技術(shù)后，可取得節(jié)電、減少作業(yè)和增油三個方面效益，按照單井節(jié)電率31.3%計算，20 口井年節(jié)電35.1×104kWh， 年可創(chuàng)綜合經(jīng)濟效益57.4 萬元。應(yīng)用兩種長沖程舉升工藝年可節(jié)電71.2×104kWh，年創(chuàng)綜合經(jīng)濟效益108.5 萬元。

4 結(jié)論

1）兩種抽油機前期在現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，配套技術(shù)完善，可在低效高耗井設(shè)計應(yīng)用。

2）在應(yīng)用新型舉升方式的基礎(chǔ)上，可針對性應(yīng)用碳纖維連續(xù)抽油桿和柔性金屬泵配套技術(shù)，擴大節(jié)能效果。

3）新型長沖程抽油機的應(yīng)用可大幅減少崗位員工的勞動強度，提高工作效率。一是新型抽油機的故障率低，可減少維護保養(yǎng)的工作量；二是新型抽油機可延長檢泵周期，減少作業(yè)維護工作量。

4）兩種舉升工藝設(shè)計從源頭上進行了節(jié)能優(yōu)化，并可創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益，為油田低效高耗井治理提供了技術(shù)思路。