提高蘇北油田機(jī)采系統(tǒng)效率綜合研究

袁 勝

（中國(guó)石油化工集團(tuán)華東分公司，江蘇 泰州225300）

0 前言

華東分公司蘇北油田2012年全廠機(jī)采系統(tǒng)效率為22左右%，較國(guó)內(nèi)先進(jìn)油田企業(yè)機(jī)采系統(tǒng)效率28%存在較大差距。目前采油廠處于原油產(chǎn)量快速增長(zhǎng)時(shí)期，能源消費(fèi)總量逐年增加，增幅接近20%，因此提高機(jī)采系統(tǒng)效率，系統(tǒng)化的提高機(jī)采系統(tǒng)的能源利用效率，對(duì)實(shí)現(xiàn)降低能源消耗，減少生產(chǎn)成本具有重要意義。

1 影響機(jī)采系統(tǒng)效率因素分析

1.1 機(jī)采系統(tǒng)效率定義

機(jī)械采油系統(tǒng)是通過(guò)抽油設(shè)備將地面的電能轉(zhuǎn)換、傳遞給井筒中的生產(chǎn)流體，從而將其舉升至地面的采油方式。機(jī)械采油系統(tǒng)的工作實(shí)質(zhì)上就是能量不斷傳遞和轉(zhuǎn)換的過(guò)程，在能量的每一次傳遞和轉(zhuǎn)換時(shí)都會(huì)有一定的能量損失。從地面供入系統(tǒng)提供的能量扣除系統(tǒng)中的各種損失，就是系統(tǒng)給井筒流體的有效能量，其與系統(tǒng)輸入的能量之比即為抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率。顯然，無(wú)論是節(jié)能還是提高經(jīng)濟(jì)效益，都要求機(jī)械采油系統(tǒng)有較高的系統(tǒng)效率[1]。

1.2 影響機(jī)采系統(tǒng)效率因素建模分析

為降低采油能耗，改變了長(zhǎng)期以來(lái)API、行業(yè)算法等以產(chǎn)量為目標(biāo)，最低荷載為準(zhǔn)則的設(shè)計(jì)理念，通過(guò)引進(jìn)“能耗最低機(jī)采系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件”，其原理是建立以產(chǎn)量為目標(biāo)、以能耗最低或以機(jī)采成本最低為準(zhǔn)則的機(jī)采系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法[2]，據(jù)此，優(yōu)化設(shè)計(jì)出機(jī)抽井管桿結(jié)構(gòu)、泵掛、泵徑、沖程、沖次等生產(chǎn)參數(shù)。系統(tǒng)效率影響因素主要有[3]：

1.2.1 地面損失功率

抽油泵在生產(chǎn)過(guò)程中，地面裝置中抽油機(jī)和電動(dòng)機(jī)在傳遞能量的過(guò)程中所損耗的功率定義為地面損失功率。地面損失功率的影響因素有電機(jī)空載功率；井下負(fù)荷；沖程；沖次；傳輸功率傳導(dǎo)系數(shù)；光桿功率傳導(dǎo)系數(shù)。

1.2.2 粘滯損失功率

深井泵生產(chǎn)過(guò)程中，被舉升的液體因與油管、抽油桿發(fā)生磨擦而損耗的功率稱(chēng)作粘滯損失功率。粘滯損失功率的影響因素：桿速；管徑；桿徑；泵掛；原油粘度。

1.2.3 滑動(dòng)損失功率

因井斜造成的抽油桿與油管之間發(fā)生的磨擦以及泵柱塞與泵筒間發(fā)生的磨擦而損失的功率稱(chēng)作滑動(dòng)損失功率。滑動(dòng)損失功率的影響因素：桿速；單位長(zhǎng)度桿重；井斜軌跡水平投影長(zhǎng)度；桿與管的摩擦系數(shù)。

1.2.4 溶解氣膨脹功率

原油在舉升過(guò)程中，溶解氣因所受壓力的降低而不斷從原油中析出，從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。一方面導(dǎo)致物質(zhì)本身的能量降低，即內(nèi)能降低；另一方面，這部分能量轉(zhuǎn)化成體積膨脹能而作用于舉升系統(tǒng)。這一功率稱(chēng)作溶解氣膨脹功率。膨脹功率的影響因素：日產(chǎn)油量；飽和壓力；井口壓力；沉沒(méi)壓力；溶解系數(shù)。

1.2.5 井口油溫影響

從井底到井口各深度點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的地層溫度是逐漸降低的，原油粘度也必然隨著溫度的變化而變化。要確定溫度變化對(duì)粘滯損失功率的影響需要確定井口油溫。

井口油溫的影響因素：油層溫度；地表溫度；產(chǎn)液量；含水率；動(dòng)液面；膨脹功率。

1.2.6 有效功率

在一定揚(yáng)程下，將一定排量的井下液體提升到地面所需要的功率稱(chēng)為有效功率。有效功率的影響因素有：產(chǎn)液量；液體密度；動(dòng)液面深度。

根據(jù)上面的分析，提高系統(tǒng)效率主要分為提高地面系統(tǒng)效率和井下系統(tǒng)效率。提高地面效率就是要提高抽油機(jī)效率、電動(dòng)機(jī)效率；提高井下效率主要是優(yōu)化桿管組合，優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)達(dá)到提高機(jī)采效率的目的[4]。

2 機(jī)采系統(tǒng)效率優(yōu)化技術(shù)原理

機(jī)采系統(tǒng)效率優(yōu)化考慮了抽油設(shè)備、抽汲參數(shù)、油井參數(shù)、管理參數(shù)、井身結(jié)構(gòu)等因素等5個(gè)方面、22個(gè)因素的綜合影響，即該系統(tǒng)效率與系統(tǒng)輸入功率模型包含了如下因素：

能耗最低機(jī)采系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)步驟：

找出能夠影響抽汲目標(biāo)產(chǎn)量的所有機(jī)械采油系統(tǒng)參數(shù)，其主要參數(shù)包括管徑、泵徑、桿柱組合、桿柱鋼級(jí)、泵掛、沖程、沖次。即抽汲同一目標(biāo)產(chǎn)量，將各種參數(shù)一一組合，每一種組合對(duì)應(yīng)著一種能耗，對(duì)應(yīng)著一種系統(tǒng)效率。分別計(jì)算出每一個(gè)機(jī)采系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的輸入功率，即每一種組合所對(duì)應(yīng)的輸入功率。選擇輸入功率最低者或者年耗成本最低者所對(duì)應(yīng)的參數(shù)組合作為機(jī)采系統(tǒng)參數(shù)[5]。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況：

對(duì)蘇北工區(qū)的40口油井進(jìn)行測(cè)試，收集了相關(guān)的基礎(chǔ)資料，其中包括：輸入功率、動(dòng)液面、套壓、油壓、示功圖、產(chǎn)液量、含水率等生產(chǎn)參數(shù)；抽油機(jī)機(jī)型、管徑、泵徑、泵掛、桿柱組合、桿柱鋼級(jí)等設(shè)備參數(shù)；地表溫度、油層溫度、油層深度等地層物性參數(shù)和飽和壓力、油氣比、溶解系數(shù)、原油析蠟溫度、地層原油粘度、脫氣原油粘度等原油物性參數(shù)及井斜參數(shù)。經(jīng)過(guò)“能耗最低設(shè)計(jì)軟件”對(duì)泵徑、泵掛、桿柱結(jié)構(gòu)、沖程沖次等參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)并現(xiàn)場(chǎng)措施，將實(shí)驗(yàn)井在采取優(yōu)化措施前后的噸液能耗和機(jī)采效率進(jìn)行比較，噸液能耗普遍降低，平均機(jī)采效率由19.7%提高至22.8%，增加了3.1%，年節(jié)電20.2萬(wàn)千瓦時(shí)。

3 結(jié)論

通常抽油機(jī)機(jī)采系統(tǒng)耗電占到油田生產(chǎn)用電的一半以上，開(kāi)展機(jī)采效率研究能有效降低能耗，特別是在產(chǎn)能建設(shè)階段，油井?dāng)?shù)量和產(chǎn)量增加較快，應(yīng)用提高機(jī)采效率措施不僅可每年還可節(jié)約用電，還能延長(zhǎng)油井生產(chǎn)周期，減少修井占井時(shí)間，能有效降低蘇北工區(qū)油田開(kāi)發(fā)成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］崔振華.有桿抽油系統(tǒng)[M].北京：石油工業(yè)出版杜,1994.

［2］陳建東.抽油機(jī)系統(tǒng)耗能分析[J].石油知識(shí),1994(5).

［3］鄭海金.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),2004：93-95.

［4］鄭立春.新型抽油機(jī)節(jié)能機(jī)理研究及優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].天津：天津理工大學(xué),2013.

［5］張林國(guó).抽油機(jī)優(yōu)化與節(jié)能的探討[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2012,33(10)：65.