長慶油田抽油機參數優化技術探討

吉效科,李寧會,劉成延 (中石油長慶油田分公司設備管理處,陜西西安710021)

霍丙新,張 昊,陳麗蓉

燕 云 (長慶油田公司第八采油廠,陜西西安710021)

長慶油田地處鄂爾多斯盆地,共發現馬嶺、安塞、靖安、西峰、姬塬等28個油田,已投入開發27個,油層埋深800～2800m,橫跨陜、甘、寧三省區,主要為三疊系延長組和侏羅系延安組油層。受黃土殘塬地貌特征等影響,主要以叢式井組定向井為主,與相同抽深的直井、高產井相比,摩阻大,有效做功低,相對能耗加大。截至2009年底,長慶油田油井總數22964口,抽油機主要采用游梁平衡和復合平衡2種節能抽油機,平均沖程 2.3m,平均沖次4.4次/min,平均泵徑34.3mm,單井日產液4.75m3/d,平均泵效38.6%,系統效率19.37%。隨著超低滲油藏的開發,全油田平均單井日產液量有所降低,抽油泵泵效較低,油井系統效率低。因此,結合油田的特點,積極探索優化抽油機參數是提高抽油機系統效率和降低油井投資成本的重要途徑之一。

1 抽油機沖程參數

沖程損失是抽油泵效率降低的重要方面,直接影響抽油機選擇合理的沖程,與活塞及油管截面積、抽油桿長度及截面積、動液面深度、液體密度等有關。以長慶油田采油三廠擺13-7井為例,井深2066m,泵掛深度1878m,動液面1727m,抽油桿組合采用三級組合,即?22(15%)+?19(45%)+?22(40%)組合方式,抽油桿采用高強度HL級或HY級,油管內外徑為?62/73mm。經過計算,當用?38mm、?32mm、?28mm的抽油泵,抽油機沖程損失分別約0.6、0.5、0.4m。隨著泵徑減小,抽油機沖程損失減少。為了減少沖程損失對抽油泵效率的影響,應盡量增大抽油機光桿沖程。沖程長度增加對于懸點載荷的影響不大,但抽油機的高度需要增加,而且更重要的是減速器曲柄軸的扭矩和沖程長度成正比的增加[1]。同時沖程長度增加后抽油機的減速器的尺寸、質量和成本相應增加。此外隨著沖程長度的增加,減速器齒輪磨損速度增加很快 (按三次方關系)[1]。因此光桿沖程并不是越長越好,需要確定在合理范圍內。鑒于上述減速器尺寸、重量、制造成本,沖程損失較小等理由,推薦抽油機沖程長度選用參數見表1。

表1 游梁抽油機沖程選用參數表

2 抽油機沖次參數

抽油機沖次是衡量抽油機快慢的參數,與沖程參數比較,沖次調整簡單、易于實現。由于長慶油田單井產量低,因此降低沖次成為抽油機滿足工況、提高抽油機井系統效率的重要途徑之一。抽油機實現低沖次的方法有3種:調整電機皮帶輪直徑、降低電機轉速、使用大速比減速器。

調整電機皮帶輪直徑是常用的方法,抽油機配套3件皮帶輪,根據現場需要更換調整。降低電機轉速的方法有使用變頻調速、低速電機等技術,考慮油井低成本采油,單臺抽油機安裝變頻器成本高,因此考慮采用低速電機和減速器的優化組合。不同速比減速器與不同轉速電機組合實現抽油機的低沖次,但需要綜合比較確定。

“8極電機+大速比減速器”和 “12極電機+常規速比減速器”都能實現最低沖次2.5次/min的工況,但是8極電機較12極電機具有相當寬幅的適應性,電機體積小、重量輕、價格低,本身能耗低。

減速器增加一級,效率下降1%左右,而電機極數增加,電機內耗增大,電機功率負載率65%時,12極電機效率比8級電機效率低3%左右,特別當用于抽油機時,負載為周期性波動狀態,平均負載率約為30%左右,此時電機極數越多,實際效率下降越快。從傳動速度看,低速皮帶傳動中小皮帶輪造成皮帶蠕動或滑動會降低傳動效率。

從節能、投資方面綜合比較,抽油機宜采用大速比減速器實現低沖次。“大傳動減速器+8極電機”的方式可實現2.5、3.5、5次/min。配套3件皮帶輪,出廠時裝5次/min皮帶輪。如果需要更高沖次只需更換為6極電機就可實現沖次3.5、5、7次/min,電機的使用效率較高。試驗表明,在一個沖程之內柱塞與泵筒之間的漏失并非均勻漏失,漏失主要發生在下沖程的后半段和上沖程的前半段,且漏失量隨著沖程、沖次的增加而增加[2]。由此可見,低沖次可以減小抽油泵漏失量。

采用低沖次對于延長機桿泵壽命、提高抽油機系統效率、降低能耗等方面有很好的效果,也是符合油田實際。抽油機沖次降低后對抽油機配套也有好處:一是相應配置電機功率平均下降18.9%～31%左右,如8型機電機功率由22kW、15kW降低為11kW,6型機電機功率由15kW或11kW降為7.5kW,具有突出的節能效果;二是減速器額定扭矩平均下降一個等級,以8型機相比,額定扭矩由37kN·m降低為26kN·m。

3 抽油泵泵徑參數

以8型抽油機為例,最大沖程長度3m,最小1.8m;沖次最低2.5次/min,最大5次/min;抽油泵按照2009年鉆采工程方案初定泵效45%～50%,泵效取45%,沖程損失按0.5m計算,表2為不同泵徑油井液量范圍。

表2 8型抽油機不同沖次、不同沖程、不同泵徑下的油井液量范圍

按照鉆采工程方案的長慶油田單井預計液量都小于20m3/d,2009年統計表明,單井日產液量4.75m3/d,其中產液量小于2m3/d的油井占總井數的11%,因此至少有一半油井的液量都在5m3/d以下,從表2可以看出,沖次在2.5、3.5、5次/min的情況下,低于5m3/d的油井選用?28mm抽油泵是完全可以的。

采用小泵徑、低沖次后,抽油桿降一個等級、強度增加一級,抽油機下降一個型號。小泵徑將是長慶油田抽油泵泵徑的首選,對于產液量高的油井可以通過更換電機提高沖次的方式實現。

[1]張建軍,李向齊,石慧寧.游梁式抽油機設計計算 [M].北京:石油工業出版社,2005.

[2]丁 玲.抽油泵漏失實驗 [J].石油儀器,2007,21(5):63～64.