不停機(jī)間抽技術(shù)在K 油田的應(yīng)用

吳宇瀅（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

近年來，隨開發(fā)地層能量的不斷降低，單井生產(chǎn)能力也不斷下降，三低井?dāng)?shù)量不斷增加。受油藏低孔低滲特征及原始壓力影響，低產(chǎn)低效油井液面恢復(fù)慢，難以始終維持穩(wěn)定的產(chǎn)量，容易引發(fā)抽空現(xiàn)象[1-2]。當(dāng)?shù)貙映榭宅F(xiàn)象出現(xiàn)后，沉沒度趨近于零，供液能力降低，抽油泵泵效無法保證，抽油機(jī)拖動抽油桿作低效無效運(yùn)動，浪費能耗。同時，在泵充滿程度差的情況下，液擊現(xiàn)象較為顯著，抽油桿在下沖程時會產(chǎn)生更大彎曲，桿管偏磨加劇，影響桿管使用壽命[3]。對于低產(chǎn)低效井，油井間抽無疑是最直接也有效的工況調(diào)整措施。任傳曉[4]在分析了間抽液面變化規(guī)律和能耗變化基礎(chǔ)上，提出了綜合考慮地面處置費用、集輸費用、作業(yè)費用等因素的間抽經(jīng)濟(jì)效益方法；郝偉東[5]以IPR 曲線研究為基礎(chǔ)，建立了間抽井動液面深度、能耗以及產(chǎn)量的仿真模型，獲得了間抽決策控制圖；王文濤[6]結(jié)合低滲透油田在開采過程中動液面變化特點，研究了低滲透、超低滲透開采區(qū)塊油井沉沒度及間抽周期變化規(guī)律，確定了間抽控制系統(tǒng)方案；張杰[7]對間抽油井的滲流特性和灰色特性進(jìn)行分析，運(yùn)用冪模型確定了間抽井合理的開井和關(guān)井時間。

K 采油廠不斷加大間抽規(guī)模并開展間抽制度優(yōu)化工作。近2 a 累計實施間抽1 022 井次，累計節(jié)電673.35×104kWh，間抽措施節(jié)電占全年措施節(jié)電貢獻(xiàn)率為37.20%。但目前采用的采用的間抽制度主要以停8 h抽16 h、停16 h抽8 h、停24 h抽24 h、停4 h抽20 h 等剛性啟停周期為主，仍達(dá)不到間抽制度的精細(xì)化實施要求。為進(jìn)一步加大措施挖潛力度，提升間抽質(zhì)量，擬采用不停機(jī)間抽技術(shù)，實現(xiàn)間抽產(chǎn)量最大化和效益最大化。

1 現(xiàn)狀介紹及問題提出

1.1 目前間抽現(xiàn)狀

在節(jié)能挖潛的大背景下，近年K 油田均加大了節(jié)能措施的應(yīng)用力度。據(jù)統(tǒng)計，K 油田有機(jī)采井7 000 余口，通過技術(shù)和管理措施，已連續(xù)2 a 節(jié)能超900×104kWh，實現(xiàn)了良好的節(jié)能效果。如圖1所示，目前，間抽井仍是所有節(jié)能措施里最佳的一項節(jié)能措施，間抽技術(shù)節(jié)能量約占年節(jié)能總量的1/3，遠(yuǎn)超其他如節(jié)能電動機(jī)、節(jié)能控制箱、調(diào)小參數(shù)等措施的節(jié)能效果。間抽措施僅需要對工作制度進(jìn)行調(diào)整，節(jié)電效果、措施效益明顯。

1.2 存在問題和改進(jìn)方向

間抽井通過間停和間開的交替周期運(yùn)行，保持地層供液和抽油泵舉升之間的平衡，達(dá)到節(jié)電目的。間抽周期的確定，主要依據(jù)靜壓測試曲線獲取的壓力數(shù)據(jù)，確定液面恢復(fù)速度。如圖2 典型間抽井流壓測試曲線，單井液面恢復(fù)速度呈先快后慢的特點，說明關(guān)井初始階段地層供液能力強(qiáng)，隨后逐漸減弱；而液面下降呈現(xiàn)先快后慢的規(guī)律，說明泵抽初始階段泵效高，處于高效抽汲的狀態(tài)，隨著流壓降低泵效下降，液面下降速度逐漸變慢。

圖2 典型間抽井流壓測試曲線Fig.2 Test curve of flow pressure for typical interval pumping well

為了便于執(zhí)行，對于單井間抽，現(xiàn)場通常采取長停機(jī)時間，長啟抽時間的間抽制度，俗稱整停整啟。這種制度下，對于低產(chǎn)間抽井來說，往往隨抽油時間的延長，泵效衰減明顯[8]，導(dǎo)致間抽的產(chǎn)量明顯小于連抽的產(chǎn)量，即以犧牲部分產(chǎn)量為代價，換取節(jié)電效果。

考慮在液面恢復(fù)初期恢復(fù)速度快，液面能在短時間內(nèi)恢復(fù)到較合理的高度，從而在啟抽后短時間內(nèi)獲得較高泵效，從而可以得到理想產(chǎn)量。因此，考慮采用零停零啟的間抽制度為間抽井優(yōu)化改進(jìn)方向，在該間抽制度下，啟停機(jī)時間縮短，充分利用停抽初期液面快速恢復(fù)和啟抽初期高泵效的特點，使抽油機(jī)一直維持高水平生產(chǎn)。

2 不停機(jī)間抽技術(shù)

不停機(jī)間抽技術(shù)將時鐘和間擺功能進(jìn)行了整合，通過控制間抽啟停時間和擺動幅度參數(shù)控制油井運(yùn)行[9-11]，能夠滿足“高頻次、短周期”的運(yùn)行方式需求，保持動液面小幅度波動，降低了產(chǎn)量影響，同時解放了勞動力，保障間抽措施高效實施。

2.1 不停機(jī)間抽技術(shù)原理

不停機(jī)間抽技術(shù)通過抽油機(jī)底座上傳感器，檢測、分辨出抽油機(jī)懸點位于上沖程或下沖程，識別間抽信號、沖次、電流平衡度及功率平衡度信號，計算確定區(qū)別擺動幅度，達(dá)到“停泵不停井”的目的。

2.1.1 光桿行程的確定

抽油機(jī)驢頭上下行的初始，由于液柱載荷交替作用于柱塞和油管，產(chǎn)生λ的沖程損失，λ=λr+λt（λr、λt分別表示抽油桿和油管的伸長或縮短長度），多級抽油桿的沖程損失λ可根據(jù)式（1）計算。只有當(dāng)懸點行程SA大于沖程損失λ，柱塞才開始移動?？紤]實際工況泵漏失很難避免，這將使得實際λ小于理論λ，同時考慮公式計算誤差和盡量減小光桿行程以便實現(xiàn)節(jié)能，將擺動時懸點行程SA設(shè)計為理論λ的50%。

式中：λ為沖程損失，m；fp為柱塞截面積，m2；ρl為液體密度，kg/m3；Lf為動液面深度，m；g為重力系數(shù)，9.8 N/kg；E為鋼的彈性模數(shù)，2.06×1011Pa；L為抽油桿柱總長度，m；ft為油管金屬截面積，m2；m為抽油桿柱級數(shù)；Li為第i級抽油桿長度，m；fri為第i級抽油桿截面積，m2。

2.1.2 擺動角度的確定

把B點繞游梁支點的弧線運(yùn)動近似地看做直線運(yùn)動，可將曲柄連桿運(yùn)動簡化為曲柄滑塊運(yùn)動，見圖3。此時，a點位移可根據(jù)式（2）算得。

圖3 曲柄滑塊運(yùn)動簡圖Fig.3 Schematic diagram of crank slider movement

式中：SA為懸點行程，m；a、b為游梁前臂和后臂長度，m；r為曲柄長度，m；?為曲柄轉(zhuǎn)角，rad；k為曲柄與連桿長度比，。

當(dāng)曲柄由任意位置1 運(yùn)動到位置2 時，曲柄角度 由?1轉(zhuǎn)到?2，|?1-?2|即為擺動角度。由SA=|SA1-SA2|≤0.5λ，在λ、?1、r、l、a、b等均已知的情況下，即可得到?2值，從而得到擺動角度。

2.2 不停機(jī)間抽制度優(yōu)化

通過分析不同產(chǎn)液級別井液面恢復(fù)速度和泵效變化規(guī)律，按照間抽產(chǎn)量與連抽產(chǎn)量相等為原則，如公式（3），計算對應(yīng)的不停機(jī)間抽制度下的間停、間抽時長，從而獲得不同采油參數(shù)下的的間抽制度。

式中：Q0、Q1為連抽和間抽時的抽油泵理論排量，m3/d；η0、η1為連抽和間抽時的抽油泵泵效；T0為連抽時長，d；t1為間抽井啟抽時長，d。

Q0、η0、T0為連抽時參數(shù)，根據(jù)生產(chǎn)日報獲?。籕1為間抽生產(chǎn)時的理論排量，為了縮短啟抽時長，以便更快的采油，增加產(chǎn)量，考慮將不停機(jī)間抽時抽油泵的理論排量適度調(diào)大，為了保證抽吸穩(wěn)定，沖次調(diào)大0.5～2 次/min 為宜。η1為間抽井啟抽時抽油泵的泵效，該泵效測算時，利用各產(chǎn)液級別下沉沒度與泵效關(guān)系回歸曲線得出，由于抽汲液面會發(fā)生變化，對應(yīng)的泵效也會發(fā)生變化，因此測算時取平均值，典型沉沒度與泵效回歸關(guān)系曲線見圖4。在上述參數(shù)已知情況下，即可得出間抽井啟抽時長t1。

圖4 沉沒度與泵效回歸關(guān)系曲線Fig.4 Fitting curve between submergence and pump efficiency

對于停抽時間，在連抽液面基礎(chǔ)上，設(shè)計一個液面波動幅度，為保證液面恢復(fù)速度，一般為上下±10 m，則液面恢復(fù)高度即為20 m，根據(jù)式（4）計算對應(yīng)的停抽時間。

式中：t2為停抽時長，h；q為連抽日產(chǎn)液量，m3/d；k為100 m 油套環(huán)空液柱的體積，取0.8 m3。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

K 油田在X1井進(jìn)行了不停機(jī)間抽技術(shù)現(xiàn)場試驗，通過低壓測試持續(xù)跟蹤X1油井沉沒度變化規(guī)律，將沉沒度折算為流壓，數(shù)據(jù)見圖5；利用連續(xù)量油裝置持續(xù)跟蹤油井產(chǎn)量，利用數(shù)字化監(jiān)測技術(shù)跟蹤能耗變化，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1。由表1 可知，連抽過程中液面穩(wěn)定，流壓保持在2.5～2.6 MPa；執(zhí)行停6 h 抽18 h 間抽制度，液面恢復(fù)161 m，波動幅度較大，影響產(chǎn)量；經(jīng)研究決定，將原整停整啟的間抽制度改為不停機(jī)的零停零啟間抽制度，間抽制度按停0.5 h 抽1 h 執(zhí)行，同時將沖次調(diào)大0.5 次/min，間抽過程中液面保持在連抽液面以下，產(chǎn)量略有增加，節(jié)電量低于人工間抽。

表1 X1 井間抽措施效果統(tǒng)計Tab.1 Statistics of the effect of interval pumping measures in Well X1

圖5 X1 井流壓變化規(guī)律Fig.5 Change rule of flow pressure in Well X1

初期實驗井取得了較好的增產(chǎn)節(jié)能效果，驗證了該零停零啟間抽的可行性。2022 年12 月，開始規(guī)模推廣，通過現(xiàn)場實驗確定了不同產(chǎn)液級別下合理的停機(jī)時長和啟抽時長，給出了零停零啟不停機(jī)間抽制度，見表2。

表2 間抽制度Tab.2 Interval pumping system

2023 年，全年累計進(jìn)行了間抽井零停零啟技術(shù)升級100 口，年節(jié)電97.62×104kWh，節(jié)約費用68.93 萬元。同時，該技術(shù)也大大排除了以往人工間抽受環(huán)境、天氣、人為等影響因素，實施全年間抽不斷，效果明顯。100 口措施單井效果詳見表3。

表3 間抽效果統(tǒng)計Tab.3 Statistics of interval pumping effect

4 結(jié)論

1）不停機(jī)間抽不受環(huán)境因素影響，最小間抽周期為半小時，實施“短周期、多頻次”間抽，充分契合優(yōu)化的間抽制度，有利于節(jié)能挖潛。

2）原參數(shù)間抽液面上升會導(dǎo)致地層出液量下降導(dǎo)致油井產(chǎn)量的降低，調(diào)大參數(shù)間抽可保證產(chǎn)量不降。為便于實施，制定了不同產(chǎn)液級別下，不停機(jī)間抽的抽油參數(shù)與啟停時間表，即零停零啟不停機(jī)間抽制度，便于現(xiàn)場規(guī)模化應(yīng)用。

3）不停機(jī)間抽節(jié)電效果保持在連抽與人工間抽之間，在產(chǎn)量穩(wěn)定的情況下，實現(xiàn)了節(jié)能降耗，100 口井總產(chǎn)量保持不變，年節(jié)電97.62×104kWh，節(jié)約費用68.93 萬元，為穩(wěn)產(chǎn)形勢下的規(guī)模間抽，尋找到了方法。