優化補孔井設備匹配降低機采能耗研究

翟茜茜（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

油田獲得穩定產量的渠道是開源節流，即利用增產措施控制產量遞減速度，利用技術手段和科學管理減少能耗損失，兩者結合，才能取得最大的經濟效益和確保油田可持續發展。作為低滲透油田代表，某油田在經過50多年開發后，可采儲量動用程度較大，補孔、壓裂等增產措施實施力度逐年加大，隨之而來的能耗增長矛盾也日益突出。如何在保證產量的前提下實現節能降耗，追求效益最大化，是油田管理者與技術人員迫切需要解決的問題[1]。為此，某礦對2017年某一補孔計劃井A井進行產量合理預估，遵循地下地上整體考慮原則，科學選用抽汲設備，優化拖動設備匹配，對措施井的能耗控制進行摸索實踐。

1 A井基本概況

A井是2001年6月投產的1口二次加密調整井，位于某區純油區東部。全井射開薩Ⅲ組油層15個小層，全井射開砂巖厚度14.1 m，有效厚度2.4 m。2014年5月，對該井的葡423、葡Ⅰ422、葡Ⅰ421，葡Ⅰ111、112、113及葡Ⅱ組、薩Ⅱ組油層進行補孔，共補開砂巖厚度32.5 m，有效厚度8.7 m。補后日產液30.1 t，日產油4.2 t，綜合含水率86%，流壓4.63 MPa。A井補孔前后效果對比見表1。

表1 A井補孔前后效果對比

2 補孔后抽汲設備的選型與參數匹配

2.1 抽汲設備的能力預測與機型選擇

A井補孔后產量預測為40 t，按補孔前參數匹配，泵效將達到227%，補孔前的工作參數已不能滿足補孔后油井生產的要求。如果補孔后注水受效需要放產，為使地面參數還有放產余地，所以補孔的同時決定將泵徑換到70 mm生產。由于補孔時為6型機，匹配70 mm泵徑，最大載荷59.56 kN，最小載荷14.84 kN，抽油機載荷利用率已達99.3%。抽油機負荷極大，扭矩利用率為75.1%，電動機負荷較大，而大沖速不論對設備還是管柱都不利。為了解決這一矛盾，2014年8月決定對該井更換大機型。

為了避免抽汲設備能力過剩造成能耗過高，首先要對不同機型的懸點最大、最小載荷進行預測[2]。

1）計算抽油桿截面積、桿重、液柱重。抽油桿截面積為0.000 49 m2；桿在空氣中重力為31 317 N；桿在液中重力為27405N；液柱重力為26223 N。

2）不同機型設定下的最大載荷、最小載荷計算。10型抽油機的最大載荷為56 311 N；最小載荷為26 309 N。14型抽油機的最大載荷為55 184 N；最小載荷為26 603 N。

3）預測不同機型的載荷利用率（表2）。

表2 A井不同機型載荷利用率預測

從表2可以看出，預裝14型抽油機的載荷利用率較低，且電動機的裝機功率需求較大；10型抽油機相比14型更能充分發揮設備潛力，更節能，因此確定更換10型抽油機。

2.2 優選抽汲參數

根據預測產液，為了使該井在合理區生產，泵效要保證在40%～70%。據此，從表3的9種參數組合里選定4個滿足泵效合理區間的組合（A、B、D、G組）。根據在滿足油井產量的前提下，選擇能耗較低的參數匹配，盡量采用長沖程、低沖速進行生產的原則，最終確定沖程3 m、沖速6 min-1為最佳優選方案（表4）。

表3 A井不同機型載荷利用率預測

3 拖動設備的選擇與匹配

A井補孔前采用雙速電動機，裝機功率為37 kW，已使用5年；配電箱采用CJK普通配電箱，已使用15年，節電率較安裝初期有所降低。該井日耗電量高于所在礦同機型的同產液級別抽油機，能耗較大。補孔后，隨著連通水井提水措施，產液量增加，必將增加日耗電量，因此,決定結合換機型時匹配合適的拖動設備（表5）。

3.1 電動機類型選擇

抽油機拖動裝置節能技術分為兩類：一類是節能電動機，主要有永磁電動機、高轉矩電動機、變頻調速電動機和一體化拖動裝置[3]；另一類是節電箱，主要是控制電動機定子繞組Y-Δ轉換調壓和采用功率因數控制器調壓以及無功功率補償[4]。對該井而言，抽油機受其機械特性的影響，啟動轉矩較大，需要很大的啟動電流，要滿足該井的啟動電流要求，若選用常規電動機則額定功率必須達到37 kW。因此，應選用能在瞬時達到啟動電流要求的電動機，降低耗電量，最適合的就是高啟動轉矩電動機系統，該系統具有以下優點[5]：

◇電動機啟動轉矩高；

◇電動機有兩種輸出轉速，每種速度均可帶動抽油機一次平穩啟動并長期運行；

◇電動機所帶配電箱具有短路保護和過載、斷相保護作用。

表4 A井換大機型效果對比

表5 A井換機型前與同產液級別能耗對比

結合某礦當年的節能設備更換計劃，選用了某廠家的高啟動轉矩電動機系統(機箱一體式電動機)，更換拖動設備后，啟動電流平穩。在生產參數放大后，運行電流上升幅度不大，降低了電動機額定功率，提高了功率利用率，減少了電動機空耗，改變了低效運行狀態，日耗電降低1.68 kWh，單耗降低1.44 kWh/t，節能效果明顯（表6）。

表6 A井更換電動機效果對比

4 結論

1）在保證產能的條件下，通過對不同型號抽油機安裝后的載荷計算，可以確定與補孔措施井產能最匹配的抽汲設備，配合參數調整措施，避免造成能耗過高的情況。

2）合理選擇補孔井拖動設備的節能方式，提前制定設備更換計劃，可以實現增產和降耗的雙贏。