能耗值在油井生產中的應用探討

2016-03-16 12:54:20邢勇軍大慶油田有限責任公司第二采油廠

石油石化節能 2016年10期

邢勇軍（大慶油田有限責任公司第二采油廠）

能耗值在油井生產中的應用探討

邢勇軍（大慶油田有限責任公司第二采油廠）

從動液面深度、井筒清潔程度、能耗測試位置和現場設備運轉參數多方面進行分析，歸納出油井能耗值的影響因素，提出了通過系統效率判斷能耗值正確與否的方法。在能耗曲線的應用方面，提出泵漏失井和間歇出液井能耗曲線呈現波浪型，判斷井筒結蠟狀況，延長熱洗周期。通過能耗數據和曲線判斷井口設備故障，利用能耗曲線加強現場管理，使得能耗值在油井生產中發揮最大的作用。

能耗值；能耗曲線；動液面深度；井筒清潔程度；油井參數

1 影響油井能耗值的因素分析

1.1動液面深度

油井在進行能耗測試時，主要通過測試有功功率來計算單井的日耗電量。有功功率的大小與動液面深度直接相關[1]。當動液面深度小時，將流體舉升到井口所需要的能量小，有功功率低。

以某井為例，該井在2009年4月9日測試，動液面為707 m，測得的有功功率為7.12 kW，功率因數為0.433。2009年5月7日，該井液面升至井口，測得的有功功率為5.93 kW，功率因數為0.376，較4月份測試的能耗值下降16.71%。

1.2井筒清潔程度

有功功率直接反映油井電動機的能耗情況，對工況變化的敏感性強，既可反映轉矩的變化，又可反映轉速的變化。當井筒內有結蠟現象時，轉子與定子在運動時所受的阻力不同，能耗也會不同，井筒清潔程度越差，能耗值越大，表現在兩方面：

1）能耗值出現波動現象。以某井1為例，該井泵型KGLB120-37，產液8.5 t，日產油0.7 t，含水率91.5%，動液面在井口，洗井周期30 d。由于是小排量螺桿泵，洗井時間4 h，返回溫度45℃，計量間壓力從5 MPa下降到4.5 MPa，洗井效果差。能耗曲線有明顯的鋸齒特征，動態加強測試數據表明：該井有功功率在0.34～4.06 kW之間波動（平均值2.71 kW），功率因數在0.04～0.526之間波動（平均值0.35），說明轉子在定子內運動時所受的阻力不同，導致能耗波動大。該井洗井后，上調轉速90轉到100轉，有功功率在3.56～5.14 kW之間波動（平均值4.48 kW），功率因數在0.387～0.545之間波動（平均值0.48），能耗曲線光滑，井筒清潔程度得到改善（圖1）。

圖1 井1能耗曲線

2）能耗曲線光滑，但能耗值上升速度快。以某井2為例，該井作業后套漏，無法洗井，能耗曲線光滑，但能耗值上升速度快，有功功率在2010年4月份為5.11 kW，8月份上升到12.11 kW，上升比例為136.99%。通過能耗曲線判斷，井筒結蠟嚴重的一般都是500型及以下泵，排量越小，洗井越困難，能耗值波動越大（圖2）。

圖2 井2無法洗井能耗曲線

1.3現場設備運轉參數

油井參數對能耗值影響。對于液面不在井口的井，當油井生產參數發生變化時，由于液面變化，能耗值發生變化；而對于液面在井口的油井，當生產參數發生改變時，盡管油井動液面不變，但能耗值仍然發生變化，變化規律是當生產參數增大時，能耗值增加。

以井3為例，該井液面一直在井口，2010年5月調參，轉速由83轉調整到100轉。調參后能耗值由3.29 kW上升到3.68 kW，能耗增加11.85%，產液量和動液面都沒有變化。因此，對于液面在井口的井，如果調大轉速仍不能將動液面抽下去，建議用小參數生產（圖3）。

圖3 井3調參前后能耗變化曲線

井上在用節能設備對能耗值影響大。當更換變壓器或電動機時，油井的能耗值會有很大變化。以井4為例，該井在2009年12月份時液面在井口，能耗測試，有功功率7.16 kW，無功功率6.24 kvar,功率因數0.76，電流12.94 A，電壓420 V，使用的是普通變壓器（S7-100/6.3）。2010年換成節能變壓器（ZDC/TS11-MR-63），有功功率4.93 kW，無功功率5.35 kvar，功率因數0.68，電流13.11 A，電壓318.8 V，產液量基本不變，能耗值下降31.15%。

2 判斷能耗值是否合理的方法

2.1利用有功功率判斷能耗值

油井正常生產時，能耗值一般在1～30 kWh之間（電泵井可以達到40 kWh以上），如果超出范圍，可能是測試方面有問題或者油井本身出現問題。

2.2利用功率因數判斷能耗值

在交流電路中，功率因數是電壓與電流之間的相位差（φ）的余弦，在數值上，功率因數是有功功率和視在功率的比值，即cosφ=P/S。在交流電路里，電壓乘電流是視在功率，配電線路中變壓器及母線因輸送無功功率造成的電能損耗是不可避免的；因此，有功功率與視在功率是不可能相等的，如果功率因數等于1時，說明整個能耗系統出現問題。

以井5為例，該井在2000年10月儀器發生故障，測得的能耗數據，有功功率為19.34 kW，無功功率為0，功率因數為1，螺桿泵運轉頻率為207 Hz，無功功率和頻率完全不符合規律。后經鑒定為儀器霍耳損壞，更換后，該井的有功功率降到4.89 kW，恢復正常（圖4）。

圖4 井5能耗異常曲線

3 能耗曲線在現場的應用

不同的工作狀況下，油井的能耗會發生變化，并且有功功率的變化是最直觀的。因此，利用能耗曲線可以判斷泵工作狀況，井筒結蠟情況以及各種地面設備故障。

3.1判斷螺桿泵井泵況

3.1.1 泵漏失井和間歇出液井能耗曲線呈現波浪型

隨著泵運轉時間的延長，定子橡膠磨損，過盈增大，定子與轉子在運動過程中密封面周期性開、閉，密封效果變差，能耗隨之而出現周期性變化，能耗曲線呈波浪型。

以井6為例，該井是1口四條帶井，泵型KGLB800-14，日產液22.6 t，日產油1.3 t，含水率94.1%，動液面在井口。從該井的能耗曲線判斷，有功功率、功率因數和電流都呈現規律的波浪形。現場憋泵，油壓3 min從0.40 MPa上升到1.4 MPa，5 min上升到2.0 MPa，且上升緩慢。動液面從537 m上升到井口，日產液從33 t下降到22 t，泵效下降12.18%（圖5）。

圖5 井6能耗曲線

當油井間歇出油時，井筒內進液量是有規律的增減，能耗會隨著井筒進液量不同而波動，曲線呈現明顯的有規律的波浪型。以井7為例，該井泵型KGLB500-20，產液12.8 t，日產油2.7 t，含水率78.9%，動液面823 m，沉沒度90 m。該井在取樣時發現油樣有時非常稠，有時取出的都是清水，量油也時快時慢，確定為間歇出油井。從該井的能耗曲線判斷，有功功率和電流都呈現有規律的波浪形（圖6）。

分析認為：正常出液時，定、轉子表面有較好的潤滑，消耗電能少；不出液或出液量少時，定、轉子表面潤滑變差，消耗能量多，曲線呈現有規律的波動，這樣極易導致泵的損壞。

圖6 井7能耗曲線

3.1.2 判斷井筒結蠟狀況，延長熱洗周期

螺桿泵井很難通過電流變化準確發現井生產是否出現問題與故障。而有功功率直接反映油井電動機的能耗情況，對工況變化的敏感性強，既可反映轉矩的變化，又可反映轉速的變化。根據能耗曲線的形狀可以判斷井筒清潔程度，依據洗井前后能耗曲線的波動狀況，判斷洗井效果，確定洗井周期。

以井8為例，該井泵型KGLB500-20，產液62.1 t，日產油1.6 t，含水率97.5%，動液面523 m，熱洗周期45 d。該井6月1日洗井，能耗曲線顯示消耗功率是下降的。洗井前后能耗曲線光滑，說明井筒無結蠟，認為可以適當延長洗井周期。9月20日洗井，洗井周期81 d，洗井前后能耗曲線仍然光滑，說明新的熱洗周期是合理的（圖7）。

圖7 井8洗井前后能耗曲線

井口加藥是延長熱洗方式的有效手段，從現場的執行情況看，通過能耗曲線也可以判斷加藥效果，確定加藥周期。

以井9為例，該井泵型KGLB300-20，產液21.2 t，日產油0.9 t，含水率95.5%，動液面在井口，采取加藥延長熱洗周期的方式，洗井周期90 d。該井于2009年9月19日加藥，從能耗曲線上可以看出，加藥后能耗在時刻9：19—13：19之間從2.89 kWh下降到2.51 kWh，下降比例13.15%，但維持時間短（圖8）。

圖8 井9加藥前后能耗曲線

3.2判斷井口設備故障

2010年2月21日發現井10頻繁出現燒皮帶現象。測試沉沒度為433 m，屬于正常液面。后對該井進行洗井，返回時間快，返回溫度高，洗井也不存在問題。能耗曲線顯示，該井井筒沒有結蠟現象。

盡管對該井進行了多次調整，但斷皮帶現象仍然頻繁發生。懷疑驅動頭有問題，廠家鑒定沒有問題。之后將減速箱輪直徑從190 mm調整到310 mm，并降低轉速，生產6 d后又開始頻繁斷皮帶。

錄取到的能耗曲線顯示，該井能耗值在斷皮帶前從3.2 kW突然下降到0，并且頻繁變化，一直持續到皮帶斷為止。從以上數據可以判斷，驅動頭在運轉到過程中有瞬間卡死的現象，而電動機輪一直工作，造成皮帶干磨最后磨斷。2010年4月經廠家再次鑒定，驅動頭內齒輪壞，維修后該井生產正常。

3.3判斷電泵井故障

井11于2009年1月10日作業，作業后一直正常生產，日產液 319 t，日產油 9.4 t，含水率97.1%。2009年3月20日上調油嘴20/24 mm，周圍注水正常，動液面430 m，沉沒度359 m，流壓5.72 MPa。2010年3月12日突然停泵，電流卡片顯示正常停泵，沒有欠載或過載記錄，測量相間電阻ABC三項29、46、170 Ω，測量對地電阻顯示無窮大。從測量參數判斷，該井機組燒了，檢泵周期只有430 d。

2010年4月6日該井作業，由于檢泵周期超1年，該井沒有鑒定，安裝了能耗測試儀，正常能耗數據沒有顯示該井出現故障。能耗動態數據顯示，該井在2010年3月12日下午2：31電流突然上升，從35 A上升到108 A，電壓急劇下降，分析認為機組絕緣出現問題，相間短路造成電泵燒（能耗動態加強數據1s記錄25個點）。

3.4加強油井現場管理

3.4.1 監督現場是否及時洗井和加藥

對于液面不在井口的油井，在加藥或洗井時，井筒內液面會上升，導致能耗下降。當抽汲一段時間后，液面恢復到洗井前水平，能耗值會隨之恢復；因此，可以通過實時監測能耗曲線加強現場管理。

3.4.2 避免油井套參

當油井套參時，井筒內液面發生變化，能耗值也會有規律地變化，并且有功功率和功率因數曲線變化趨勢一致。井12是東部過渡帶聚驅1口油井，該井液面偏低，沉沒度不足10 m，考慮到間抽會影響螺桿泵壽命，用套參保沉沒度，其能耗曲線呈現規律性變化（圖9）。