叢式井一機雙采工藝平衡系統分析

程曉佳（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

叢式井一機雙采工藝平衡系統分析

程曉佳（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

在外圍油田開發過程中，受地理條件的限制，為節約投資，叢式井應用逐年增多。為減少叢式井生產中的能耗，降低一次性投資，開展了叢式井一機雙采工藝技術研究。平衡系統的結構設計作為叢式井一機雙采工藝的關鍵技術，是決定該工藝是否能實現節能降耗的重要因素。從電動機做功入手對常規抽油機、一機雙采工藝的平衡系統進行分析研究，確定了一機雙采工藝平衡系統的結構設計，使抽油機的平衡度達到了最優，保證了一機雙采工藝技術研究的順利進行。

一機雙采 平衡系統 節能降耗

叢式井井口位于同一個平臺，相鄰油井井口間距一般在7~10m，滿足1臺抽油設備同時抽汲2口井的基本條件。為減少叢式井生產能耗，降低一次性投資，開展了叢式井一機雙采工藝技術研究。

1 常規曲柄平衡抽油機

常規曲柄平衡抽油機通過在曲柄上加平衡塊，使得在下沖程時懸點載荷和電動機一起對平衡塊做功，而在上沖程時，平衡塊儲存的能量釋放出來和電動機一起對懸點做功，實現抽油機的平衡。

圖1為典型的減速箱曲柄扭矩曲線，由曲線可以得出在這種平衡方式中，平衡重在曲柄軸上所產生的平衡扭矩隨曲柄的轉動按正弦規律變化。在常規曲柄平衡抽油機中，受其實際結構制約，曲柄不可能無限短，連桿也不可能無限長，致使在這種抽油機中懸點載荷作用到曲柄軸上的載荷扭矩并不按正弦規律變化，即其隨曲柄轉動而變化的規律偏離了正弦規律；加上因懸點運動的速度和加速度所帶來的附加動載荷的影響，使這種“偏離”越發加劇。因此，這種曲柄平衡抽油機的平衡效果并不理想。

統計某油田敖包塔作業區40口六型機井，平均有功功率為3.53k W，利用這個數據，設定抽油機沖速為5 m i n-1，則可估算抽油機電動機在一個沖程所做的功，即：E=P有功?t=42 360 N?m。

通過計算可以看出常規曲柄平衡抽油機的電動機做功較大，能耗較高。

2 叢式井一機雙采工藝

叢式井一機雙采工藝利用叢式井在同一平臺的條件，通過1臺電動機帶動2口油井的桿柱交替上下運動，使得兩側油井載荷共同作用于動力軸上，實現雙井互動自平衡。圖2為叢式井一機雙采工藝結構簡圖。

叢式井一機雙采工藝由于取消了旋轉電動機驅動抽油機的減速器、連桿及曲柄傳動機構，2口井通過動力輪相聯接，使得兩側油井載荷共同作用于動力軸上，實現雙井互動自平衡，其平衡效果要好于常規曲柄平衡抽油機。

由于該工藝通過1臺電動機帶動2口油井的桿柱交替上下運動，因此平衡1號井上沖程過程的功等于2號井下沖程所做的功，反之平衡2號井上沖

程過程的功等于1號井下沖程所做的功[1]。設定2口井的參數完全一致時：

1號井上沖程懸點做功[2]：

2號井下沖程懸點做功[2]：

式中：

Eu、Ed——懸點在上、下沖程做的功；——抽油桿柱在液柱中的重力，N；——占據整個油管流通面積的液體重力，N；

s——光桿沖程，m。

1號井上沖程、2號井下沖程時電動機做功：

1號井下沖程、2號井上沖程時電動機做功：

式中：

Emu1、Emd1——1號井電動機在上、下沖程做的功；

Eu1、Ed1——1號井懸點在上、下沖程所做的功；

Eu2、Ed2——2號井懸點在上、下沖程所做的功。

通過進行一機雙采工藝現場試驗井的優選工作，錄取敖包塔作業區7組14口井的井口間距及各項生產參數。根據各項參數，以六型機為例，設定泵深為1 300m，桿徑19m m，泵徑32m m，原油密度為0.8 6×103k g/m3，沖程為3m，則在一個沖程電動機做功為：

由于1個發電機帶2口井，當2口井參數完全一致時，相當于1口井電動機所做功的一半，為：

通過計算可以看出，其電動機做功情況也要好于曲柄平衡抽油井。

3 系統評價

通過以上計算得出一機雙采工藝電動機需做功來平衡油管內的液柱做功，因此可以采用以下兩種形式（圖3）在抽油機上加載輔助平衡塊來平衡部分液柱做功，從而減少電動機做功。

設定2口井的參數完全一致，輔助平衡塊上沖程做功為E1u，下沖程做功為E1d；那么1號井上沖程、2號井下沖程時電動機做功：

1號井下沖程、2號井上沖程時電動機做功：

輔助平衡塊上、下沖程做功相等，即：

由以上計算可以看出，在2口井生產參數完全相同的情況下，在抽油機加輔助平衡塊后電動機在一個沖程內所做的功仍為同時由于加輔助平衡塊后使整個裝置的結構復雜化，能耗損失加大，電動機所做的無用功勢必增加，所以現有的平衡系統設計已比較合理，無需再進行改進。

[1]王全賓,肖文生.直線電機抽油機與游梁式抽油機工作性能對比[J],石油礦場機械,2 0 0 9(1 2):2 7-3 0.

[2]陳濤平,胡靖邦.石油工程[M].石油工業出版社,2 0 0 2:2 7 4-2 8 7.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.04.004

程曉佳，2008年畢業于大慶石油學院，石油工程專業，從事采油工程規劃等工作，E－m a i l：k e k e 6908 5@163.c o m，地址：黑龍江省大慶市大同區第七采油廠工程技術大隊，163517。

2012-02-14）