高升油田提高機(jī)采系統(tǒng)效率綜合技術(shù)應(yīng)用

張朝升（遼河油田公司高升采油廠）

引言

高升油田位于遼河盆地西部凹陷北部，主要為稠油區(qū)塊。隨著開發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)量呈現(xiàn)逐年下滑趨勢(shì)，同時(shí)隨著地層壓力降低、油井供液不足，低產(chǎn)間出，結(jié)蠟、砂卡、油稠乳化等現(xiàn)象逐漸增多，造成機(jī)采系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)狀不匹配、耗能增加、效率降低等問題。

目前油田抽油機(jī)主要為14、16型等大型抽油機(jī)，電動(dòng)機(jī)以75kW的居多，占總數(shù)的56.1%，抽油機(jī)的耗電量約占全廠總耗電量的70%以上。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，有些低產(chǎn)井參數(shù)已下調(diào)到極限，功圖仍顯示嚴(yán)重供液不足，泵效低，耗能較高，由于油井出砂、結(jié)蠟、管桿偏磨造成部分油井功率損失較大，部分使用變頻柜油井在達(dá)到規(guī)定沖速時(shí)的頻率較高，沒有達(dá)到節(jié)能效果。因此，配套完善抽油機(jī)綜合節(jié)電技術(shù)，提高抽油機(jī)運(yùn)行效率，合理有效地控制抽油機(jī)井的能耗，降低生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，具有重要的意義。

1 工藝技術(shù)方案

1.1 管柱與輸入功率優(yōu)化組合方案

全面分析管柱的性能、工藝、井況和油氣藏等適應(yīng)性，為優(yōu)化選擇奠定基礎(chǔ)。采用管柱力學(xué)理論，建立管柱優(yōu)化選擇方法，實(shí)現(xiàn)不同類型油藏不同開發(fā)階段的管柱優(yōu)化選擇[1]：

1）將不同井況的各種管徑、桿柱鋼級(jí)、泵徑與泵掛(對(duì)應(yīng)科學(xué)的桿柱組合)、沖程、沖速一一組合，每一種組合對(duì)應(yīng)著一種機(jī)采系統(tǒng)效率，即對(duì)應(yīng)著一種能量消耗和一種管、桿、泵的投入與年度損耗。

2）分別計(jì)算出每一種機(jī)采參數(shù)組合所對(duì)應(yīng)的輸入功率及每一種組合相應(yīng)的年度耗電費(fèi)用，根據(jù)各種管柱、桿柱、泵的價(jià)格計(jì)算出每一種組合相應(yīng)的年度機(jī)械損耗值，并考慮一次性投資的年利息；計(jì)算出每一組機(jī)采參數(shù)所對(duì)應(yīng)的機(jī)采年耗成本。

3）以輸入功率最低或年耗成本最低作為選擇機(jī)采參數(shù)的條件，包括管徑、管長(zhǎng)、桿柱鋼級(jí)、泵徑、泵掛深度、桿柱組合、沖程、沖速等。

1.2 防砂技術(shù)方案

油井出砂作為影響機(jī)采系統(tǒng)效率的因素之一，采取針對(duì)不同出砂情況及出砂特點(diǎn)，參考?xì)v年來實(shí)施防排砂措施取得的經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用防、排相結(jié)合的方式，對(duì)出砂井實(shí)施防砂綜合治理，確定如下防砂方案：

1）防砂泵適合出砂量不大的油井，最好應(yīng)用于出砂速度小于0.5m/d的出砂井，對(duì)出細(xì)粉砂或含少量泥漿的油井，應(yīng)用防砂泵也可以保證正常生產(chǎn)，但對(duì)于泥漿含量較大的井，則容易發(fā)生卡泵。

2）防砂篩管可用于出砂粒徑大于0.1mm以上的油井，對(duì)于含有泥漿和出砂粒徑小于0.1mm細(xì)粉砂的油井，必須采取其他防砂措施。

3）套管內(nèi)防砂可以有效阻擋地層砂進(jìn)入井筒，延長(zhǎng)檢泵周期，但對(duì)于含有泥漿的油井，容易造成篩管堵塞，影響油井供液。

4）抽油泵上保護(hù)裝置能夠有效地阻擋地層砂及細(xì)粉砂進(jìn)入泵筒，適用于出砂量少的油井。油井出少量泥漿也可以考慮使用該裝置。

1.3 防蠟技術(shù)方案

高升油田的稀油區(qū)塊原油含蠟量高，導(dǎo)致油井桿管結(jié)蠟嚴(yán)重，平均熱洗清蠟周期僅為30d，洗井后不但污染了油層且排水期較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響機(jī)采系統(tǒng)效率。針對(duì)這一情況，始終貫徹“以防為主，防清結(jié)合”的技術(shù)方針。

1）規(guī)模實(shí)施無污染洗井工藝，減少地層損害，縮短排液期。

2）優(yōu)化洗井方案，根據(jù)生產(chǎn)狀況確定洗井介質(zhì)：

◇日產(chǎn)油量?[20，+∝），采用油洗；

◇日產(chǎn)油量?[10，20），采用油洗+水洗；

◇日產(chǎn)油量?（0，10），采用水洗。

3）水罐工藝流程改造，目前3具水罐作為高溫水罐（水溫保持85℃以上），另外安裝1具常溫水罐（水溫保持50～60℃），實(shí)現(xiàn)常溫水和高溫水分開，避免出現(xiàn)第一階段溫度偏高而第三階段溫度偏低的現(xiàn)象。

4）根據(jù)實(shí)際洗井效果結(jié)合作業(yè)情況，對(duì)洗井周期進(jìn)行調(diào)整；減少洗井液用量；加快洗井返排。

5）根據(jù)油井結(jié)蠟情況合理選用磁化桿管技術(shù)、防蠟防垢增油裝置、高磁場(chǎng)防蠟器和電磁防蠟裝置。

1.4 防偏磨技術(shù)方案

通過對(duì)高升油田45口抽油井油管和抽油桿偏磨狀況進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)造成油管和抽油桿偏磨的因素較多，情況復(fù)雜多變，有井身結(jié)垢、油井結(jié)蠟、油稠、工具使用不當(dāng)?shù)取ａ槍?duì)不同情況分類制定了防止和減輕偏磨的技術(shù)對(duì)策：

1）對(duì)于泵上部分井段存在偏磨的油井，計(jì)算出桿柱中性點(diǎn)，中性點(diǎn)以下井段加密配套防磨器（每根桿1個(gè)），中性點(diǎn)以上井段根據(jù)狗腿度及現(xiàn)場(chǎng)偏磨情況適當(dāng)配置。

2）對(duì)于偏磨井段較長(zhǎng)的油井，實(shí)施內(nèi)襯、涂層油管或抽油桿旋轉(zhuǎn)器，避免防磨器配套不當(dāng)影響措施效果。

3）對(duì)于狗腿度較大的井段，在防磨器的基礎(chǔ)上適當(dāng)配套少量防脫器，利用防脫器可產(chǎn)生擺角的機(jī)理，避免使用防磨器后偏磨位置發(fā)生改變。

4）針對(duì)泄油器以下井段防磨難度大的問題，在使用防磨器的基礎(chǔ)上，在該井段應(yīng)用高強(qiáng)桿或內(nèi)襯油管。

5）對(duì)于高產(chǎn)液量、高含水油井實(shí)施長(zhǎng)沖程、慢沖速的工作制度，避免桿管振動(dòng)“失穩(wěn)”加劇偏磨。

6）對(duì)于結(jié)蠟嚴(yán)重油井使用防蠟措施或應(yīng)用防蠟防偏磨一體化技術(shù)，避免結(jié)蠟嚴(yán)重加劇偏磨。

1.5 地面節(jié)能采油設(shè)備的應(yīng)用

目前游梁式抽油機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維修方便、使用壽命長(zhǎng)等原因，仍為各大油田的主要采油設(shè)備，但其運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)、能耗大，特別是在高升油田的稠油油藏的使用中系統(tǒng)效率較低，不能滿足當(dāng)前“節(jié)能降耗”的發(fā)展要求。基于這些情況，本著投入少、見效快的思想，在保證穩(wěn)產(chǎn)的條件下，力求改造部位要少，且能達(dá)到顯著的節(jié)能效果。

1）優(yōu)選抽油機(jī)種類并合理匹配變頻器，盡可能降低電動(dòng)機(jī)空載功率。

2）電動(dòng)機(jī)功率不匹配，抽油機(jī)頻率較高的抽油機(jī)，更換電動(dòng)機(jī)、皮帶輪，以達(dá)到降低頻率、提升效率的目的。

3）對(duì)部分低效高耗能設(shè)備進(jìn)行更換，并在耗能較大的水套爐上安裝溫控器，以便控制耗氣量。

4）安裝機(jī)采在線監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)油井實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便對(duì)油井各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

5）對(duì)產(chǎn)液量低、供液能力差的部分低產(chǎn)井，在不影響產(chǎn)量的情況下，采用智能間開裝置。

2 生產(chǎn)管理措施

油井優(yōu)化后，區(qū)塊整體機(jī)采系統(tǒng)效率會(huì)有顯著提高，然而由于產(chǎn)液、產(chǎn)油及動(dòng)液面等在一定時(shí)期后會(huì)發(fā)生變化，機(jī)采系統(tǒng)效率也會(huì)隨之變化，所以油井優(yōu)化后要根據(jù)生產(chǎn)狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整參數(shù)，制定以下管理措施：

1）對(duì)系統(tǒng)效率下降的油井，找出原因及時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，保證油井高效運(yùn)行。

2）對(duì)由于檢泵、上措施及其他原因作業(yè)的油井，轉(zhuǎn)抽后要及時(shí)進(jìn)行重新優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3）建立嚴(yán)格、合理的機(jī)采效率考核辦法，加強(qiáng)對(duì)優(yōu)化井的管理，以確保優(yōu)化效果的長(zhǎng)期有效性。

4）跟蹤管桿偏磨的井深情況及磨損程度，結(jié)合井斜角、全角變化率對(duì)桿柱防偏磨方案進(jìn)行校正。

5）縮短測(cè)試、設(shè)備保養(yǎng)等地面施工時(shí)間，減少停抽井次，避免造成卡泵。

6）優(yōu)化洗井方案，根據(jù)生產(chǎn)狀況確定洗井介質(zhì)和洗井期間3個(gè)階段所應(yīng)達(dá)到的溫度、排量。加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，跟蹤熱洗效果，分階段錄取溫度、壓力、排量、電流、回壓等數(shù)據(jù)，結(jié)合功圖情況，對(duì)熱洗質(zhì)量進(jìn)行分析，對(duì)熱洗周期進(jìn)行調(diào)整。

3 結(jié)論與建議

2011年共完成系統(tǒng)效率優(yōu)化81井次，系統(tǒng)效率由20.11%提高到23.22%，輸入功率由9.23kW降至7.56kW；累計(jì)增油2100t，累計(jì)節(jié)電19.84×104kWh。

1）在滿足生產(chǎn)工藝和設(shè)備的條件下，以機(jī)械采油井系統(tǒng)效率最高為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是提高機(jī)械采油系統(tǒng)效率行之有效的方法。通過對(duì)管柱組合和抽汲參數(shù)的優(yōu)化，得到了合理的生產(chǎn)參數(shù)，提高了系統(tǒng)效率。

2）泵效是影響機(jī)械采油系統(tǒng)效率的一個(gè)主要因素，可在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)不同井的具體情況，通過確定合理的沉沒度、油管錨定以及采用加重桿和抽油桿柱設(shè)計(jì)等手段來提高泵效。

3）通過防砂、防蠟、防偏磨技術(shù)的應(yīng)用，減少功率損耗，延長(zhǎng)檢泵周期，保證油井生產(chǎn)時(shí)效性，可大幅提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率，達(dá)到節(jié)能降耗、降低采油成本的目的。

[1]鄭海金,鄧吉彬,唐東岳,等.提高機(jī)械采油系統(tǒng)效率的理論研究及應(yīng)用[J].石油學(xué)報(bào),2004,25（1）：93-96.