抽油機井參數調整的技術應用

張忠杰（大慶油田技術監督中心）

抽油機井參數調整的技術應用

張忠杰（大慶油田技術監督中心）

隨著油田開采程度的加深，尤其針對抽油機井參數調整變化頻繁的特點，采用邊際成本、盈虧平衡原理以及石油工程相結合的方法，分析研究得出：抽油機參數調大油井，在不同油價、不同投入產出比下有效期內累計增油經濟開采界限；參數調小井，在不同油價下有效期內累計降油經濟開采界限；以及改撈油井，在不同油價下的臨界經濟產量。通過相應的調參措施，取得較好的經濟效益。最終達到降低生產成本、提高投入產出比的目的，為油田經濟開采提供了有效依據。

抽油機井；參數調整；邊際成本；盈虧平衡原理；經濟界限

DOI：10.3969/j.issn.2095-1493.2017.07.006

1 技術經濟界限確定的基本原理

原油成本分為固定成本和可變成本。固定成本是在一定時期內，某范圍內隨油井的產油量（或產液量）變動而相對保持不變的成本項目。可變成本是在一定時期內，隨油井的產油量（或產液量）的變動而變動的成本項目[1]。

每增產一個單位產品而使可變成本或總成本增加的數值，稱為邊際成本[2]。開始時，邊際成本隨產量擴大而遞減，但產量擴大到一定程度，因收益遞減規律作用而轉為遞增，這個轉折點的邊際成本為極限值，在此極限值產品成本與售價相等，無經濟開采價值[3]。

邊際成本包括增產單位原油變動成本和生產單位原油所需費用。公式為

式中：Mc——平均邊際成本，元/t；

ΔCv——變動成本，元；

ΔQ——有效期內累積增油量，t；

Cm——作業費用及有效期內分攤的設備費，元/t；

a——原油商品率，%。

邊際收益是指扣除稅金后的油價，計算公式為

式中：Ms——噸油邊際收益，元/t；

P——油價，元/t；

Tr——稅金，元/t。

由盈虧平衡原理可知，當抽油機井在調整參數后有效期內的平均邊際成本與扣除稅后的油價之比等于投入產出比時，所對應的最低累計增油量即為參數調整增油量的經濟界限[4]，即

式中：R——投入產出比。

由此可得參數調整后的累計增油量的界限為

在進行調整方案設計或決策時，需根據累計增油界限公式計算增油界限為依據進行調整。調整參數增大油井，預測的增油量需大于ΔQmin界限，才可以實施方案；若單井日產出量等于或小于日操作成本情況下，參數可以降低，預測的降油量需小于ΔQmax界限，才可以實施方案；參數無法降低井，無其它措施情況下，可以改撈油方式生產，當日產量低于計算臨界產量時，才可以實施方案。

2 經濟界限值在抽油機井參數調整中的應用

2.1 調整的計算方法

油田生產中抽油機井參數調整，主要包括沖程、沖速和泵徑3個項目，調整沖程和沖速2個項目，主要影響參數調整工作量費用和調整后耗電費用；而調整泵徑主要影響作業費用和耗電費用。參數調整工作量費用和換泵作業費用按關聯交易價格計算；計算耗電費用主要考慮電動機消耗功率的變化導致耗電量的變化帶來的費用，為了預測項目經費，選擇調整前測量電動機耗電和計算調整后電動機功率折算耗電的辦法，預算耗電增長或降低費用。其中，計算電動機功率應用功率和曲柄扭矩關系公式[5]：

式中：P——電動機功率，kW；

Me——曲柄軸等值扭矩，N·m；

n——沖速，min-1；

η——傳動效率。

其中，曲柄軸等值扭矩為式中：Mmax為曲柄軸最大扭矩，N·m；k為不同方法確定的比例系數，簡諧模型k=0.707；回歸分析結果k=0.54；根據理論分析和實際資料的計算結果，并考慮到不平衡等因素，取k=0.6[6]。

其中，計算曲柄軸最大扭矩利用前蘇聯拉瑪扎諾夫的經驗公式：

式中：s——沖程，m；

Wmax——懸點最大載荷，N；

Wmin——懸點最小載荷，N。根據以上公式可知電動機功率為

其中，懸點的最大和最小載荷為（忽略慣性和摩擦載荷）：

式中：ρs——抽油桿密度，7850 kg/m3；

ρl——抽汲液密度，kg/m3；

Ar——抽油桿截面積，m2；

Ap——活塞截面積，m2；

L——抽油桿柱長度，m。

應用測量電動機單根電纜耗電計算電動機功率為

式中：P測——電動機功率，kW；

K——單耗電量，kWh/min。

應用公式（8）將調整前與調整后電動機功率相比：

其中，調整前電動機效率應與測量電動機功率近似相等，因此調后電動機功率為

根據公式（13）即可計算出調整后功率，應用調整前與調整后功率之差即可計算調整前后日耗電消耗情況。應用邊際成本計算有效期內，市場油價下的累計調整界限。同時，根據理論排量、泵效和動液面等參數預測有效期內累計產油情況，即可判斷方案是否可行。

2.2 抽油機井的參數調大增油界限

2.2.1 調整沖程的增油界限

油田采油工程推行“大沖程、小沖速”的參數設置，以便防止偏磨、抽油桿疲勞損失。因此在參數調大的選擇中，調整沖程是首選項。

以1#井為例，調整前日產液11 t，含水15%，動液面711m，消耗功率9.2 kW。計劃沖程由3.6m調整到5m，按商品率為95%、稅率為14.5%、進行計算不同原油價格下增油界限。計算后得到1#井此次調整在不同投入產出比下累計增油下限與油價關系（圖1）。該井油價每噸在1700～2500元時，投入產出比為1時累計增油下限為0.23～0.13 t。該井調整前后理論排量應由39.4m3/d上升到54.7m3/d，若調整前后泵效基本保持不變，含水穩定15%，日增油4.9 t。通過計算，該井適合調整，調整后該井日增油0.7 t，有效期內增油42 t，達到投入產出比在1∶2.5，取得了較好的效果。

圖1 1#井增油下限與油價關系

2.2.2調整沖速的增油界限

為了降低井底流壓，發揮地層供液能力，達到更好增油效果，增大沖速是增加理論排量最直接、最有效的辦法。在沖程達到上限的情況下，調整沖速是最為合理的選擇。

調整2#井，沖速由4min-1上調到6min-1，繪制不同油價、不同投入產出比情況下的增油圖（圖2）。從圖中可以看出在油價每噸在1700～2500元時，增油下限為0.48～0.28 t。執行方案后，該井日增油0.6 t，有效期內增油達到54 t，投入產出比達到1∶1.25，取得了較好的效果。

圖2 2#井增油下限與油價關系

2.2.3 調整泵徑的增油界限

為了充分調動抽油機井潛力，在沖程、沖速無法調整的情況下，更換泵徑是提高油井排量的有效做法。目前現場一般隨作業更換泵徑以便達到增油目的。

調整3#井泵徑由38mm上調到44mm，繪制該井不同油價、不同投入產出比情況下的增油下限圖（圖3）。從圖中可以看出在油價每噸在1700～2500元時，增油下限為1.09～0.64 t。該井預計有效期內增油38.4 t，達到增油下限。執行方案后，該井有效期內日增油4.2 t，累計增油達到542 t，投入產出比達到1∶5.1，取得較好的經濟效益。

圖3 3#井增油下限與油價關系

2.3 抽油機井的參數調小降油界限

單井日產出量等于或小于日操作成本情況下，可以通過降低參數降低日操作成本，計算采油井降低參數的降油界限，同時預測降油量，當降油量小于降油界限時，才可以實施方案；參數無法降低，無其它措施情況下，可以改撈油，當日產量低于計算臨界產量時，才可以實施方案。

當抽油機井調整參數后有效期內的平均邊際成本等于扣除稅收后的油價時，所對應的最大降油量為參數調整降油量的經濟界限：

應用以上原理分別計算了調整沖程、沖速和泵徑的3口井在不同油價情況下的降油下限（圖4）。

圖4 不同油價下的降油界限

從圖中可以看出調整的4#井沖速8min-1下調到4min-1的有效期內日降油界限為0.2 t，實際調整后該井有效期內日降油0.1 t，日節約費用130元，取得了一定的效果；5#井沖程油3m下調到2m，有效期內的日降油界限為0.3 t，該井調整后日產油量保持不變，日節約費用110.8元；6#井將泵徑38mm下調到32mm，日降油界限為0.6 t，該井隨作業更換泵徑，不計算檢泵費用，該井換小泵后，井底流壓達到合理值，日產油上升了0.1 t，同時該井日節約費用96元，取得了較好的效果。

2.4 改撈油井的臨界產量

當邊際收益抵償不了操作成本情況下，繼續生產將虧本，說明此時的產量就是油井改撈油的臨界產量。如下公式：

式中：C——單井日費用，元/d；

q——臨界產量，t/d。

根據此公式計算出不同油價下的臨界產量（圖5）。由圖5可知，油價在每噸1700～2500元時的臨界產量為0.34～0.23 t。

圖5 不同油價下的臨界產量

3 結論

1）將邊際成本理論和盈虧平衡理論應用在價格、成本和產量分析中，有利于制定油田生產規劃的部署。

2）應用邊際成本理論確定參數調大油井有效期內在不同油價下的增油量下限，根據不同生產井生產情況推測方案可執行性。

3）當單井日產出量等于或小于日操作成本，可降低抽油機井參數，應用盈虧平衡理論確定了降油界限；無法降低抽油機井參數的油井確定了改撈油井經濟界限產量。

[1]張繼成，梁文福，余興華，等.喇嘛甸油田特高含水期老井的技術經濟界限[J].大慶石油學院學報，2004，28（2）：101-103.

[2]梁文福.喇嘛甸油田特高含水期水驅綜合調整技術研究[D].大慶：大慶石油學院，2003.

[3]孫彥彬.石油技術經濟——方法與應用[M].哈爾濱：黑龍江科學技術出版社，1997：25-31.

[4]黃耀琴，金鐵文.動態盈虧平衡點法在油氣田開發投資中的應用[J].西南石油學院學報，2001，23（4）：74-76.

[5]陳濤平，胡靖邦.石油工程[M].北京：石油工業出版社，2000：35-36.

[6]徐靜.泵效對抽油機井能耗的影響[J].內蒙古石油化工，2011，37（6）：60-61.

2016-12-03

（編輯 杜麗華）

張忠杰，工程師，2011年畢業于東北石油學院（石油儲運專業），從事質量、標準化管理工作，E-mail：dqzhangzhongjie@ 126.com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區西賓路552號技術監督中心，163453。