抽油機井生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計方法與優(yōu)化調(diào)整對策

趙獻剛 田紅 韓榮華

【摘 要】針對抽油機井生產(chǎn)參數(shù)不合理造成能耗高、開發(fā)效果差的問題，分析了影響抽油機井系統(tǒng)效率的因素，提出了抽油機井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法。在產(chǎn)液量不變的前提下，結(jié)合油井的實際生產(chǎn)狀況，合理優(yōu)化機、桿、泵等抽汲參數(shù)，優(yōu)選出一套最適合油井的生產(chǎn)參數(shù)，達到了提高機采井系統(tǒng)效率、節(jié)電降耗、降低生產(chǎn)成本的目的。

【關(guān)鍵詞】抽油機井；生產(chǎn)參數(shù)；設(shè)計方法；優(yōu)化調(diào)整；對策

油田開發(fā)中，油井生產(chǎn)參數(shù)不僅影響油井產(chǎn)量，還影響能耗。調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)是以降低生產(chǎn)能耗、設(shè)備損耗、調(diào)整開發(fā)狀況以及協(xié)調(diào)供排關(guān)系為目的，通過對比生產(chǎn)參數(shù)調(diào)整措施前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可以找出了調(diào)整參數(shù)對油井產(chǎn)量和含水影響的變化規(guī)律，抽油機井調(diào)整參數(shù)后產(chǎn)量和含水都會相應(yīng)發(fā)生變化，為抽油機的技術(shù)管理提供了可行依據(jù)。

1、抽油機井生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計原理與方法

1.1設(shè)計原理。抽油機井參數(shù)優(yōu)化方法在理論上總體設(shè)計思路是：將有桿泵抽油系統(tǒng)輸人功率合理地劃分為有效功率、地面損失功率、井下粘滯損失功率、井下滑動損失功率、溶解氣膨脹功率5個部分，確定各種功率與影響因素的函數(shù)關(guān)系式，建立油井在各種不同物性參數(shù)、井斜參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、生產(chǎn)參數(shù)條件下所對應(yīng)的輸入功率的數(shù)學(xué)計算公式。通過油田生產(chǎn)動、靜態(tài)參數(shù)，設(shè)計出包括電機、管徑、管柱鋼級、桿柱組合、沖程、沖次、泵徑和泵掛等檢、下泵技術(shù)參數(shù)，根據(jù)上述設(shè)計結(jié)果編制出現(xiàn)場施工方案。

1.2設(shè)計方法。在產(chǎn)液量確定的前提下，以最低輸人功率為設(shè)計原則，具體參數(shù)設(shè)計方法為：（1）將各種管徑、桿柱鋼級、泵徑與泵掛、沖程、沖次等一一組合，每一種組合對應(yīng)著一種系統(tǒng)效率，即對應(yīng)著一種能量消耗和管、桿、泵的投入與年度損耗。（2）根據(jù)建模公式分別計算出每一種機采參數(shù)所對應(yīng)的輸入功率，得出每一種組合相對應(yīng)的年度耗電費用。（3）以年耗成本最低的機采參數(shù)（管徑、管長、桿柱鋼級、泵徑、泵掛深度、桿柱組合、沖程、沖次）為最佳參數(shù)組合。

2、抽油機井生產(chǎn)參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整對策

生產(chǎn)井抽油系統(tǒng)參數(shù)對其抽汲效果、免修期、能量損耗都有很大影響，以往油田中常規(guī)的做法是“中等沖次、自然泵徑”，但這種方式的的系統(tǒng)效率低，管桿磨損大，而且隨著油田的開發(fā)，高含水、提液井的增加，“長沖程、大泵徑、低沖次”這種組合方式能夠提高機械采油的系統(tǒng)效率，而且能夠大大減小目前嚴(yán)重影響油田開發(fā)的偏磨問題。

2.1沖程的優(yōu)選。增大沖程可以提高泵效，但并不是沖程越長越好，對于∮70mm以上的大泵徑來說，由于其泵掛深度一般較淺，沖程損失小，而且大多采用機型較大抽油機生產(chǎn)，基本都能滿足生產(chǎn)需要，對于小泵徑生產(chǎn)的油井，在生產(chǎn)允許的范圍內(nèi)，可將抽油機的沖程調(diào)至最大。采用長沖程有以下優(yōu)點：沖程大可按比例的增加泵的排量，在井內(nèi)液流充足的條件下，可以降低動液面以提高油井產(chǎn)量，沖程增加后，由于減少了防沖距與沖程的比值，因而減少了氣體的不良影響，可以提高抽油效率，活塞移動速度快，對于已受到磨損的泵，可以減少液體的漏失量，同時在某種程度上延長抽油泵的使用壽命。

2.2泵徑的優(yōu)選。抽油泵生產(chǎn)效率與抽油泵的柱塞面積（泵徑）有關(guān)，當(dāng)沖程損失量為抽油機光桿沖程的一半時抽油泵的效率最高，現(xiàn)場選型時不能盲目選用大直徑的泵，應(yīng)依據(jù)下泵深度和實測的示功圖對比分析，當(dāng)實際泵效大于60%時，才可以加大泵徑。

2.3沖次的優(yōu)選。沖次指在抽油機井中，抽油桿每分鐘上下往復(fù)運動的次數(shù)。現(xiàn)在油田上用的抽油機，沖次都在4次以上。產(chǎn)量高的油井，喜歡沖次高的抽油機。因為產(chǎn)液量大，沖次跟不上趟，就是“小馬拉大車”，影響產(chǎn)量。但是低產(chǎn)井的抽油機如果沖次降不下來，屬“大馬拉小車”，常常會出現(xiàn)空抽現(xiàn)象，抽油機的效率就會降低。根據(jù)近年來的現(xiàn)場實踐和理論研究，大泵徑、小沖次更適合現(xiàn)場的應(yīng)用，在系統(tǒng)參數(shù)的實際選用時，當(dāng)油井產(chǎn)液量、動液面、泵深確定的情況下，先確定油井的沖程。在沖次泵徑平方的乘積成定值時，如何選舉這兩個參數(shù)，原則上不宜采取過低的沖次和過大的泵徑，因為這樣會使沖程損失太大，而且漏失的影響也會十分嚴(yán)重。

2.4供液不足井調(diào)小參數(shù)（沉沒度小于50m）。對于供液不足的井，為了改善供排關(guān)系，達到供采協(xié)調(diào)的目的，對沉沒度泵效較低的14口井調(diào)參數(shù)。平均單井日降液1.8t，日降油0.79 t。這部分井產(chǎn)液量變化不大，產(chǎn)油量略有下降，沉沒度由原來的平均22.8m上升到目前的86.8m，上升了64m；綜合含水由原來的83.6%上升到87.1%，上升了3.5個百分點。流壓由1.55Mpa提高到2.09Mpa，上升了0.54 Mpa，供排關(guān)系得到了改善。

2.5優(yōu)化參數(shù)提高抽油機井系統(tǒng)效率。要提高單井的系統(tǒng)效率，必須找到產(chǎn)量與沉沒度的最佳結(jié)合點，進而合理匹配生產(chǎn)參數(shù)。我們根據(jù)單井生產(chǎn)情況，在保證油井最佳產(chǎn)能的前提下，確定合理的沉沒度，對部分井進行了參數(shù)優(yōu)化。油機井上提泵掛的優(yōu)化措施通過在檢泵中優(yōu)化泵掛深度設(shè)計，在不影響單井生產(chǎn)能力的情況下，采取了上提泵掛措施，在降低抽汲負(fù)荷的同時，確定合理的沉沒度，達到節(jié)能降耗的目的。

抽油機抽汲參數(shù)的優(yōu)化：針對參數(shù)偏大區(qū)及負(fù)荷超載區(qū)的井，采取調(diào)小參數(shù)措施，使動液面恢復(fù)到合理范圍，在減少設(shè)備損壞的幾率的同時，也達到了節(jié)能效果。

2.6優(yōu)化油井工作制度。對“低泵效、低產(chǎn)量、大沖次”供液差油井，在不影響產(chǎn)量的情況下，優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)降低耗能。對含水大于99%、產(chǎn)量低的油井實施計關(guān)，提高生產(chǎn)效益；對間歇出油井摸索生產(chǎn)規(guī)律，實行間開生產(chǎn)；對“供液充足、泵徑小、泵掛深”的油井，實施“下大泵、上提泵掛”措施，提高生產(chǎn)能力。

3、抽油機井生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化效果評價

根據(jù)隨機選取優(yōu)化井的節(jié)能測試數(shù)據(jù)，結(jié)合優(yōu)化前后消耗功率和系統(tǒng)效率曲線圖的變化趨勢進行技術(shù)分析。

3.1電機輸入功率降低，能耗降低。在產(chǎn)液量不變的前提下，降低電機輸人功率是提高系統(tǒng)效率、降低電能消耗的技術(shù)關(guān)鍵。通過對比優(yōu)化前后單井噸液耗電變化曲線可知，優(yōu)化后單井噸液耗電降低，由于個別生產(chǎn)井的生產(chǎn)水平略有波動，使得能耗也有上下波動，但整體能耗表現(xiàn)為下降趨勢。

3.2產(chǎn)液量基本保持不變，系統(tǒng)效率提高。優(yōu)化后生產(chǎn)井的產(chǎn)液量基本保持不變，且略有上升。通過系統(tǒng)效率的變化曲線可知，單井系統(tǒng)效率略有波動，但整體還是保持上升的趨勢。

3.3抽油機井交變負(fù)荷降低，沖次降低。通過整體參數(shù)優(yōu)化技術(shù)的實施，平均最大載荷由62.61 kN下降到55.40 kN，降低了7.21 kN；平均最小載荷由27.16 kN上升到29.32 kN，提高了2.16 kN；平均沖次由6.59 min-1下降到5.92 min-1，降低了0.67 min-1.交變載荷的降低，慢沖次抽汲，減緩了桿、管及泵的磨損和疲勞速度，能夠使設(shè)備運行平穩(wěn)，有利于延長油井的檢泵周期。

4、幾點結(jié)論

（1）抽油機井上調(diào)參后，抽油機井的負(fù)荷和扭矩利用率增大，在理論排量增加幅度相同的情況下，調(diào)沖次的負(fù)荷和扭矩利用率比沖程要增加很多，因此在沖程有余的情況下，應(yīng)優(yōu)先調(diào)整沖程。

（2）抽油機井的沉沒度治理工作可以實現(xiàn)增產(chǎn)增效，合理的沉沒度可使油井正常生產(chǎn)，減少異常井發(fā)生頻率，降低檢泵率。

（3）“長沖程、大泵徑、低沖次”組合方式更適合油田目前的生產(chǎn)需要，系統(tǒng)參數(shù)整體優(yōu)化后應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)情況進行合理調(diào)整，最大限度的提高系統(tǒng)效率。

（4）生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化后抽油機井的沖次普遍降低，減小了交變載荷對桿管的沖擊，電能損耗降低，提高了泵效，可有效延長抽油機整體工作壽命。

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