基于沉沒度實現(xiàn)油田抽油機井系統(tǒng)效率提升的優(yōu)化實踐

竇 捷,郭 霄,曹 偉

(中國石油玉門油田分公司監(jiān)督中心,甘肅 玉門 735200)

0 引言

油田抽油機井大部分是低滲透的低能、低產(chǎn)井。2018年對油田抽油機井進(jìn)行普測,油田抽油機井平均沉沒度為73 m,平均泵效不到25%,平均系統(tǒng)效率不到12%,年耗電約為4.4×107kWh,占油田總耗電量的三分之一[1]。機采系統(tǒng)能耗占采油成本較大,提高機采系統(tǒng)效率可以有效降低能耗。

沉沒度是影響系統(tǒng)效率的因素之一,沉沒度過低,抽油泵供液不足,會出現(xiàn)液擊現(xiàn)象,增加抽油桿偏磨、斷脫的可能性[2];沉沒度過高會使泵的充滿系數(shù)降低,抽油桿、管易發(fā)生伸縮變形,會導(dǎo)致較大的沖程損失,可能抑制油層出液,降低系統(tǒng)效率[3]。通過確定合理沉沒度使泵處于最佳工作狀態(tài)可以有效提高系統(tǒng)效率。

有研究者[3]發(fā)現(xiàn)抽油機沉沒度與泵效符合指數(shù)函數(shù)的曲線形態(tài),泵效隨著沉沒度增大而增大,增大到一定程度后,變化幅度減小。也有研究者[4]發(fā)現(xiàn)抽油泵的泵效與系統(tǒng)效率隨沉沒度的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,但是泵效與系統(tǒng)效率最優(yōu)值并不相同。

1 合理沉沒度的確定

1.1 沉沒度與泵效關(guān)系分析

為了確定抽油機井的合理沉沒度,對油田普測數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析,剔除泵漏失、動液面不正常等狀況的井,將抽油機井以泵深1 500 m進(jìn)行劃分,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)擬合出泵效與沉沒度的關(guān)系曲線,如圖1,圖2所示。

圖1 泵掛≤1 500 m,泵效與沉沒度的關(guān)系曲線

圖2 泵掛>1 500 m,泵效與沉沒度的關(guān)系曲線

通過對曲線分析可以得出:

(1)隨著沉沒度的增加,泵效也會逐漸增大,但沉沒度增大到一定值時,泵效隨沉沒度增加而下降。

(2)泵掛深度小于1 500 m時,沉沒度在100～200 m范圍內(nèi),泵效最高;泵掛深度大于1 500 m時,沉沒度在200～300 m時,泵效最高。

考慮沉沒度對泵效的影響時,泵掛深度與泵效沒有直接關(guān)系。

1.2 沉沒度與系統(tǒng)效率關(guān)系分析

抽油機井系統(tǒng)效率計算公式[5]為

(1)

(2)

式中η——系統(tǒng)效率/%;

Q——抽油機井產(chǎn)液量/m3·d-1;

H——有效揚程/m;

h——動液面深度/m;

Po——抽油機井油壓/MPa;

Pc——抽油機井套壓/MPa;

Nw——抽油機井有效功率/kW;

Pu——抽油機井總消耗功率/kW。

提高抽油機井的有效揚程可以提升系統(tǒng)效率,而沉沒度與有效揚程息息相關(guān)。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)擬合出系統(tǒng)效率與沉沒度的關(guān)系曲線,如圖3,圖4所示。

圖3 泵掛≤1 500 m,沉沒度與系統(tǒng)效率關(guān)系曲線

圖4 泵掛>1 500 m,沉沒度與系統(tǒng)效率關(guān)系曲線

通過對曲線分析可以得出:

(1)系統(tǒng)效率隨著沉沒度的增加會逐漸增大,但是沉沒度增大到一定值時,泵效呈下降趨勢。

(2)泵掛深度小于1 500 m時,沉沒度在100～200 m范圍內(nèi),系統(tǒng)效率最大;泵掛深度大于1 500 m時,沉沒度在200～300 m范圍內(nèi),系統(tǒng)效率最優(yōu)。

(3)沉沒度對泵效和系統(tǒng)效率的影響趨勢相似。

(4)在泵掛深度保持一定的條件下,及時合理的調(diào)整抽油機井工藝參數(shù),可以提高系統(tǒng)效率。

2 合理沉沒度調(diào)整實例

2.1 抽油機運行參數(shù)調(diào)整

抽油機運行參數(shù)調(diào)整主要是沖程、沖次、泵徑[6]。在油井參數(shù)調(diào)整過程中,可以選取合理的沖程、沖次、泵徑,對沉沒度進(jìn)行優(yōu)化。

(1)以沉沒度最優(yōu)調(diào)整沖次

現(xiàn)場降低抽油機沖次3井次,沖次平均降低了0.57次,泵效平均提高了3.67%,系統(tǒng)效率平均提高了1.67%(見表1)。

表1 沖次調(diào)整前后泵效、系統(tǒng)效率對比

(2)以沉沒度最優(yōu)調(diào)整泵徑

2020年1～10月,結(jié)合油井檢泵施工,現(xiàn)場試驗3井次,平均泵效提高8.81%,平均系統(tǒng)效率提高1.55%(見表2)。

表2 泵徑調(diào)整前后泵效、系統(tǒng)效率對比

2.2 抽油機工作制度調(diào)整

對于低產(chǎn)機采井來說,經(jīng)常發(fā)生沉沒度過低和抽油泵供液不足情況,造成泵效和系統(tǒng)效率較低。選擇合理的工作制度,實施間開方式可以有效緩解沉沒度過低和供液不足的情況[7]。

現(xiàn)場選取3口井調(diào)整抽油機井工作制度,實施間開措施,泵效平均提高了4.09%,機采系統(tǒng)效率平均提高了2.29(見表3)。

表3 間開調(diào)整前后泵效、系統(tǒng)效率對比

2.3 應(yīng)用超長沖程抽油機

超長沖程節(jié)能舉升采油技術(shù)可以實現(xiàn)超長沖程、較小沖次地進(jìn)行采油[8]?，F(xiàn)場挑選7口井應(yīng)用超長沖程抽油機,平均泵效提高51.9%,系統(tǒng)效率提高3.35(見表4)。

表4 超長沖程與游梁式抽油機泵效、系統(tǒng)效率對比

3 結(jié)論

(1)根據(jù)油田普測數(shù)據(jù)擬合出沉沒度與泵效、沉沒度與系統(tǒng)效率的關(guān)系曲線,分析得出泵掛深度小于1 500 m的抽油機井,沉沒度在100～200 m范圍內(nèi),泵效和系統(tǒng)效率最高;泵掛深度大于1 500 m的抽油機井,沉沒度在200～300 m時,泵效和系統(tǒng)效率最高。

(2)根據(jù)油田老區(qū)的開采現(xiàn)狀,沉沒度保持在300 m左右時,泵效較高,抽油機井系統(tǒng)效率也比較高。

(3)在泵掛深度一定的情況下,對比三種調(diào)整沉沒度的方法,調(diào)整抽油機運行參數(shù)系統(tǒng)效率變化最小,應(yīng)用超長沖程抽油機系統(tǒng)效率提升最明顯,但是應(yīng)用成本較高。結(jié)果表明,改變工作制度、調(diào)整低產(chǎn)低效抽油機井間開制度生產(chǎn)是操作最便捷、經(jīng)濟效益最高的方法。