大慶油田螺桿泵機采井系統效率現狀及對策

王國慶,師國臣,馬志權,王淼峰

(大慶油田有限責任公司采油工程研究院,黑龍江大慶163453) *

大慶油田螺桿泵機采井系統效率現狀及對策

王國慶,師國臣,馬志權,王淼峰

(大慶油田有限責任公司采油工程研究院,黑龍江大慶163453)*

對大慶油田螺桿泵機采井系統效率進行了分析,并結合實例井,以工作轉速為主要技術參數分析了螺桿泵舉升系統地面、井筒及泵內能耗特征。在此基礎上提出了提高螺桿泵機采井系統效率的4項技術對策:①提高電機負載率;②提高地面傳動效率;③合理選擇工作轉速;④按照“左側選取”原則選井、選泵。

螺桿泵;系統效率;節能

影響機采井系統效率的因素很多,且相互之間的關系復雜[1-4]。機采井系統效率作為油田生產的重要技術指標之一,不僅反映了其生產運行及節能降耗狀況,而且也反映了油田整體的技術裝備和管理水平。

1 螺桿泵機采井系統效率現狀

近年來,大慶油田機采井在運轉總井數已超過6 500口,螺桿泵舉升工藝技術已成為大慶油田的主要舉升方式之一。圍繞螺桿泵機采井,大慶油田在如何提高系統效率方面做了大量工作,取得了較好效果,2009年主要技術數據如表1～2。

表1 大慶油田機采井生產數據

表2 大慶油田長垣采油區機采井系統效率統計

表1的數據表明,與抽油機井相比,螺桿泵機采井泵效高12.7%,動液面低361.2 m,檢泵周期短169 d。表2的數據表明,螺桿泵機采井裝機功率低8.2 kW、功率利用率高15%,系統效率高3.7%。螺桿泵表現出了裝機功率小、泵效高、系統效率高等技術優勢。

SY/T 6275—2007《油田生產系統節能監測規范》規定了螺桿泵井達到節能運行的系統效率最低保證值,即節能評價值應≥35%。按照此要求,大慶油田螺桿泵機采井系統效率還存在一定差距,因此在節能降耗方面還需進一步挖潛,檢泵周期也有待進一步提高。

2 螺桿泵舉升系統能耗特征

在實際生產過程中,當泵型確定后,螺桿泵井可調整的工作參數只有1個,即工作轉速。本文以工作轉速為主線,通過加拿大C-FER公司PC-PUMP分析評價軟件,結合1口井實際測試數據,對螺桿泵舉升系統的能耗特征及影響因素進行分析。

該井基本情況為:人工井底1 230.3 m、?139.7 mm套管、螺桿泵型號 GLB1200、常規(二級減速)地面驅動裝置功率30 kW、?88.9 mm(3??英寸) TBG油管、?38 mm防脫空心抽油桿;正常生產時日產液237 t,含水94.3%,動液面665 m。

通過調整工作轉速(50～150 r/min),對該井不同工作轉速條件下的地面裝置、井筒、螺桿泵3部分能耗進行了測試分析。

2.1 地面部分[5]

地面部分包括電控箱、電機和減速箱,能耗特征數據如表3。

由表3可以看出,地面部分能耗主要有2個特征。

1) 隨工作轉速上升,電機負載率及地面傳動效率增加。

2) 在較低轉速(<90 r/min)下,地面傳動效率增速較快,與50 r/min相比,90 r/min時地面傳動效率高15.1%;在較高轉速(>90r/min)下,地面傳動效率增速變緩,保持在60%以上,較為穩定。

表3 實例井地面裝置能耗數據

2.2 井筒

井筒部分能耗特征數據如表4。

習近平在全國宣傳思想工作會議上指出，宣傳思想工作是做人的工作的，要把培養擔當民族復興大任的“時代新人”作為重要職責。這是習近平對新時代宣傳思想工作的最新定位和要求。宣傳思想工作本質是人的工作，新時代宣傳思想工作對如何培育“時代新人”提出了新要求，因此，培育“時代新人”自然成為今后一個時期黨的宣傳思想工作的重點工作。

表4 實例井井筒能耗數據

由表4可以看出,井筒部分能耗主要有2個特征。

1) 在高含水條件下,油管內液流沿程損耗對工作轉速的變化不敏感,占泵輸出功率比例很小,基本可以忽略。

2) 在較低轉速(<90 r/min)下,井筒效率增速快,與50 r/min相比,90 r/min時的井筒效率高21.2%;在較高轉速(>90 r/min)下,井筒效率超過95%。

2.3 螺桿泵

螺桿泵泵內能耗特征數據如表5。

表5 實例井螺桿泵泵內能耗數據

由表5可以看出,隨工作轉速上升,螺桿泵機械效率逐步提高,由50 r/min時的63.9%上升到150 r/min時的78.6%,升幅14.7%。

上述分效率測試分析結果表明,螺桿泵井在舉升過程中存在一個“臨界工作轉速”,即在該轉速下地面裝置、井筒、螺桿泵3部分效率均較低,而在高于該轉速時,各部分效率均處于相對較高且穩定的水平。很明顯,上述實例井臨界工作轉速為90 r/min,對應的實測系統效率為31.9%(如表6),超過大慶油田29%的平均水平。

表6 實例井生產情況及系統效率測試數據

3 提高效率的技術對策

對于如何提高螺桿泵機采井系統效率已有公開發表的諸多文獻,不再贅述。本文僅針對大慶油田螺桿泵井系統效率現狀,并結合上述實例井進行重點論述。

1) 提高電機負載率 電機負載率是指在實際工況條件下,電機的實際輸出功率與電機的額定功率的百分比。對于螺桿泵舉升系統,電機負載率應達到35%[6]。目前大慶油田平均水平為37.7%,處于較為合理的經濟運行狀態。通常情況下,現場所用三相異步電機的最佳運行效率在0.7～1.1倍額定功率附近[7],如果電機功率利用率過低,電機效率和功率因數下降,將會導致“大馬拉小車”現象發生,影響系統效率。

提高電機負載率雖然有利于提高系統效率,但對節電率沒有顯著影響,二者之間沒有必然的因果關系。

2) 提高地面傳動效率 上述分效率測試結果表明,在螺桿泵舉升系統中,地面傳動效率最低,150 r/min時也未達到70%,說明這是提高系統效率的重要挖潛點之一。

隨著國內人工舉升技術的不斷創新發展,近幾年出現了一種新型螺桿泵地面直驅裝置,與常規驅動裝置不同,該裝置是由具有空心軸結構的永磁同步電機直接驅動光桿旋轉驅動井下泵工作。由于減少了皮帶傳動和齒輪傳動,因此具有較高的地面傳動效率,單井耗能效率提高了1/3以上[8],同時還具有運轉平穩、安全性好、維護費用低等一系列技術優勢。大慶油田近幾年也開展了相關研究工作,截至2010年底已應用600余臺套,并取得了較好的節能效果,有望成為螺桿泵舉升配套的換代技術。

3) 合理選擇工作轉速 工作轉速的合理選擇對系統的高效平穩運行具有重要影響。上述實例井分析結果表明,螺桿泵舉升系統在運行過程中主要由2方面來保持較高系統效率。一是實際工作轉速>臨界工作轉速,以保證系統具有較高的基礎分效率;二是在此基礎上,進一步提高工作轉速,通過增加靜舉升功率來提高系統效率。因此,較為合理的工作轉速下限應不低于臨界工作轉速,上限則應綜合實際生產需求和系統平穩運行等因素確定。大慶油田螺桿泵井目前的平均工作轉速僅為100 r/min左右,仍有較大的提升空間。

4) 按照“左側選取”原則選井選泵 圖1為由室內水力特性檢測得到的GLB500型螺桿泵在不同工作轉速條件下泵壓與有效功率的關系曲線,其中A、B、C、D點分別為不同轉速曲線的最高有效功率點。在由A、B、C、D點連成的最高功率點曲線左側區域,隨轉速及泵壓上升,有效功率大致呈線性增長,稱之為低漏失區域;在其右側區域,雖然隨轉速上升有效功率上升,但隨泵壓上升有效功率卻呈現快速下降趨勢,稱之為高漏失區域。

在實際選井、選泵過程中,除了考慮油井產量與泵排量匹配外,更重要的也是容易被忽略的還應結合油井歷史生產數據,優選泵的工作轉速和工作壓力,使井泵協調點盡量在低漏失區域,即“左側選取”原則,這樣才有利于提高系統效率。

圖1 GLB500型螺桿泵壓力-有效功率曲線

4 結論

1) 螺桿泵井在舉升過程中存在一個“臨界工作轉速”,在該轉速下,地面裝置、井筒、螺桿泵3部分效率均較低,高于該轉速時,各部分效率相對較高且穩定。

2) 采取提高電機負載率和地面傳動效率,合理選擇工作轉速及按照“左側選取”原則選井、選泵等技術措施,能夠有效提高螺桿泵機采井系統效率。

3) 在油田實際生產過程中,一方面應根據舉升介質物性、工況環境及螺桿泵水力特性,明晰不同條件下的系統能耗特征,有針對性地采取提高系統效率措施;另一方面不應單純追求油井產量最大化,否則容易導致螺桿泵工作在高漏失區域,從而影響系統效率。

4) 應綜合考慮油井產量、系統效率、運行壽命等主要技術指標之間的相互協調關系,實現螺桿泵機采井長期高效、經濟運行。

[1] 甘慶明,郭方元,韓二濤,等.抽油機井系統效率影響因素的灰色關聯分析[J].石油礦場機械,2009,38(11): 82-84.

[2] 檀朝東,欒海軍,閆學峰,等.蒸汽吞吐井機采系統效率測試分析[J].石油礦場機械,2008,37(8):78-80.

[3] 牛彩云,張宏福,郭 虹,等.淺談高氣油比機采井正常生產時的合理套壓[J].石油礦場機械,2010,39(8): 94-97.

[4] 李紅才,李海東,宋念友,等.超低滲透油田抽油機參數選擇[J].石油礦場機械,2010,39(6):71-73.

[5] 姜民政,董康興,孫振旭,等.抽油機系統地面裝置效率試驗研究[J].石油礦場機械,2011,40(4):54-57.

[6] SY/T 6374—2008,機械采油系統經濟運行規范[S].

[7] 陳興元.提高有桿泵采油系統效率方法的探討[J].節能,2005(3):12-14.

[8] 姜新通,朱春燕,趙振奎.地面直驅式螺桿泵系統[J].黑龍江科技學院學報,2009,19(2):125-128.

Current Level and Strategy of the System Efficiency for Progressing Cavity Pump Well in Daqing Oilfield

WANG Guo-qing,SHI Guo-chen,MA Zhi-quan,WANG Miao-feng
(Oil Production Engineering Research Institute,Daqing Oilf ield Company Ltd.,Daqing163453,China)

The current level of the system efficiency about the progressing cavity pump well in Daqing Oilfield has been analyzed.Combined with practical instance well and taking working speed as the main technical parameter,the energy consumption characteristics of the ground,the borehole as well as the pump inside have been analyzed.On this base,four technology measures have been proposed to increase the system efficiency of the progressing cavity pump well:①to increase load factor of the motor;②raise ground transmission efficiency;③to choose reasonable working speed;④to pick well and pump according to the“left side selects”rule.

progressing cavity pump;system efficiency;energy saving

1001-3482(2011)07-0025-04

TE355.5

A

2010-12-09

王國慶(1971-),男,黑龍江呼蘭人,高級工程師,工程碩士,1994年畢業于中國石油大學(華東)礦機專業,主要從事油田人工舉升新產品、新工藝研發工作,E-mail:gqwang@petrochina.com.cn。