油井系統效率提升與桿柱優化組合相關性分析

袁勝利

摘要：根據有桿泵抽油機井系統效率的構成，可以知到，在油井地層條件一定的情況下影響機采系統效率的主要因素包括地面因素、井下因素和管理因素等方面，而且這三者之間是相互聯系與制約的。具體又分為電動機效率、皮帶-減速箱效率和四連桿機構效率、盤根盒效率、抽油桿柱效率、抽油泵效率和管柱效率。從理論分析和實測數據可以看出，在各節點效率對系統效率的影響中，抽油桿柱效率對系統效率影響 2.4 個百分點，僅次于抽油泵效率對系統效率的影響，對油田來說后續調整潛力小，有必要對提高抽油桿柱效率進行研究。

關鍵詞：桿柱效率；節點分析；優化組合；系統效率；調整策略

抽油機井系統效率是反映機采系統高效舉升的綜合指標，在各節點效率中桿柱對系統效率的影響僅次于抽油泵所產生的影響。有桿泵抽油機井采油系統是指包括拖動電動機、抽油機、抽油桿、抽油泵、井下管柱和井口裝置等組成的系統，其機采系統效率由地面效率和井下效率兩部分構成。以光桿懸繩器為界，懸繩器以上部分為機采地面效率，懸繩器以下部分為機采井下效率。通過理論計算與實際測試優化桿柱組合和桿柱長度對系統效率的影響，挖潛系統效率提升空間。現場試驗 10 井次，系統效率平均提升 1.8 個百分點。

1 桿柱組合與系統效率關系敏感性分析

系統效率是由有效功率和輸入功率之比決定的，輸入功率由五部分消耗功率組成：地面損失功率、黏滯損失功率、滑動損失功率、溶解氣膨脹功率、有效功率。當油井產液量、舉升高度保持穩定的情況下，有用功率基本不變，系統效率的大小主要取決于其他四部分消耗功率，消耗功率越大，系統效率越低，而前三部分消耗功率均與桿柱有關。

由上述公式可知：桿柱載荷減少，地面損失功率減少；管徑、桿徑比增加，而黏滯損失功率減少；管桿長度減小，黏滯損失功率和滑動損失功率也減少。而實際生產中桿柱載荷由桿柱組合及桿柱長度決定，桿柱長度則由泵深決定。按照上述理論，同時考慮載荷及彈性形變兩方面影響因素，對兩種提高桿柱效率的措施進行敏感性分析。

1.1 桿徑組合對系統效率影響

以 A井為例，在參數、產液量、動液面保持穩定，桿柱強度滿足目前下泵深度 的前提下，計算三種不同類型桿柱組合的功率損耗。只考慮載荷變化時，桿柱組合降低一個級別，

載荷下降 10.8 kN，消耗功率下降 0.33 kW，系統效率提高 3.4 個百分點；降低兩個級別，載荷下降19.2 kN，消耗功率下降 0.52 kW，系統效率提高 5.8個百分點。只考慮彈性形變時，桿柱組合降低一個級別，泵效降低 2.1 個百分點，系統效率降低 0.91 個百分點；降低兩個級別，泵效、系統效率分別降低 5 個百分點、2.34個百分點。

綜上兩方面因素，桿柱組合降低一個級別，消耗功率減少 0.38 kW，系統效率增加 2.53 個百分點；桿柱組合降低兩個級別，消耗功率減少 0.64kW，系統效率增加3.38個百分點（圖1）由實測結果可知，桿柱降低一個級別，消耗功率降低0.3 kW，系統效率提高2.3個百分點。

1.2 桿柱長度對系統效率影響

以A井為例，在參數、產量、動液面保持穩定的前提下，將該井上提泵掛 100 m和200 m，計算各項功率損耗。只考慮載荷變化時，上提泵掛 100 m 后，載荷下降 3.3 kN，消耗功率降低 0.15 kW，系統效率提升 1.29 個百分點；上提泵掛 200 m 后，載荷下降6.3 kN，消耗功率降低 0.27 kW，系統效率提高 2.60個百分點。只考慮彈性形變時，上提泵掛 100 m 后，泵效提高 0.6 個百分點，系統效率提高 0.21 個百分點；

上提泵掛200 m 后，泵效提高1.1個百分點，系統效率提高0.41個百分點。

綜上兩方面因素，上提泵掛 100 m 后，消耗功率降低 0.14 kW，系統效率提升 1.65 個百分點；上提泵掛200 m 后，消耗功率降低0.25 kW，系統效率提高3.12個百分點。由不同含水級別油井沉沒壓力與泵效關系可知合理沉沒壓力控制區間，根據合理沉沒壓力制定單井具體上提泵掛長度。實測結果表明，上提泵掛 100 m 后，消耗功率減少0.2 kW，系統效率提高2.1個百分點。

由不同含水級別油井沉沒壓力與泵效關系可知合理沉沒壓力控制區間，根據合理沉沒壓力制定單井具體上提泵掛長度。實測結果表明，上提泵掛 100 m 后，消耗功率減少0.2 kW，系統效率提高2.1個百分點。

2 管桿優化實施效果

通過幾年來不斷的發展完善機采工藝、實施精細化管理，機采系統效率得到了顯著的提高。2017年實施管桿優化設計10井次，日節電12.7kWh，節電率9.9%，系統效率提 1.8 個百分點。其中，上提泵掛8 井次，日節電 9 kWh，節電率6.6%，系統效率提升 2.1 個百分點；桿柱降級 2 井次，日節電 12 kWh。節電率 13.2%，系統效率提升1.0個百分點。

3 結論

1）桿柱降級和上提泵深可以減少桿柱負荷，降低消耗功率，提高抽油機井系統效率。2）桿柱降級方面，在滿足目前下泵深度的情況下，使用相對較輕的抽油桿組合。3）上提泵深方面，對不同含水級別的油井，根據對應的合理沉沒壓力控制區間制定具體上提泵掛長度。

參考文獻

[1] 鄭海金.抽油機井地面損失功率計算方法的研究與認識[J]. 石油天然氣學報. 2015（04）

[2] 李誠.影響抽油機系統能耗原因分析及節能對策[J]. 石油石化節能. 2016（10）

（作者單位：現河采油廠新春采油項目部）