外圍低產井地下間抽節能工藝探討

雍安娟（大慶油田有限責任公司第八采油廠）

外圍低產井地下間抽節能工藝探討

雍安娟（大慶油田有限責任公司第八采油廠）

隨著油田開發深入，地層供液能力逐年降低，投產時舉升設備偏大，能耗高泵效低；新建產能區塊儲量豐度低，單井產量低，如何經濟有效地進行開采是擺在我們面前的一項難題，采用地下間抽采油的方式，通過對井下間抽舉升方式優化、液面自動監測系統及配套清防蠟系統的研究，論述了地下間抽采油的節能配套工藝，為外圍低產油井高效合理舉升方式的優選提供技術借鑒。

低產井 地下間抽 節能

1 油田開發形式

大慶油田采油八廠隨著油田開發時間的延長，低效井每年以100口井以上速度遞增。2011年底日產液量小于1.5t井共有431口，占統計井數的16.4%，低效高成本生產井直接影響外圍油田開發的整體效益。

新區儲量豐度逐年降低、油水關系復雜，產能建設區塊分散，單井產量降低。扶余油層：儲層滲透率低，已經超過低滲透油田傳統開采工藝，經濟有效開發界限。如何經濟有效地開發這部分儲量是擺在我們面前的一項難題。

2 舉升工藝現狀

舉升工藝是將井下液體舉升到地面的過程。目前采用的舉升方式主要為有桿泵抽油機舉升、還有提撈、電潛柱塞泵及螺桿泵。

2.1 舉升原理

抽油機+有桿泵：上沖程時，固定閥打開，游動閥關閉，柱塞上行，液體進入泵筒。下沖程時，固定凡爾關閉，柱塞下行，推動液體頂開游動閥，將液體排出泵筒，進入油管，完成舉升。

電潛柱塞泵：直線電機定子與油管相連，動子在控制系統的控制下沿軸向往復運動，帶動柱塞往復運動，實現抽油舉升：下沖程時，固定閥關閉，柱塞下行，柱塞讓出的空間形成一個低壓腔，游動閥打開，液體經柱塞進入泵筒。上沖程時，游動閥關閉，柱塞上行推動液體頂開固定閥，將液體排出泵筒，進入油管，完成舉升過程。

螺桿泵：當電動機帶動泵軸轉動時,螺桿一方面繞本身的軸線旋轉，另一方面它又沿襯套內表面滾動，形成泵的密封腔室。螺桿每轉1周，密封腔內的液體向前推進1個螺距，隨著螺桿的連續轉動，液體螺旋形方式從一個密封腔壓向另一個密封腔，最后擠出泵體，完成舉升。

2.2 外圍舉升方式節能對比

2.2.1 抽油機舉升方式

隨著油田的開發深入，地層供液能力逐漸降低，投產時設備偏大、能耗高、泵效低。目前采油八廠抽油機井共2627口，平均沉沒度334m，平均噸液耗電63.5kWh；產量低于1.5t的低產井431口，平均沉沒度217m，噸液耗電141kWh，這部分井不能在合理流壓下生產，系統效率低、能耗高。目前抽油機井采用最小參數?32，沖程3m，沖速2r/min，30%的泵效每天可以舉升2.1t的液體，目前全廠有低于2.0t產液量的井770口，噸液耗電114kWh，高于全廠平均噸液耗電近80%，低產抽油機井建立不起供采平衡。

為建立供采平衡和節能，針對沉沒度在200m以下、產液量低于2t的井，采用間抽采油，即根據產液量、示功圖液面動態資料，制定生產工作制度，采用人工控制啟停機，但受環境因素和時間制約，制度執行難度大。此外管內油停留時間長，壓差大，易結蠟影響油套管使用壽命。

2.2.2 螺桿泵舉升方式

螺桿泵舉升適用于稠油、含砂、高含氣井，產量范圍介于3～12m3的采油井，與抽油機舉升系統相比，能耗相對低，目前試驗的12口井，噸液耗電29kWh，平均動液面866m，檢泵周期269d，從目前試驗情況看檢泵周期短，舉升能力不足，不適于產液量低于1.5m3低產油井。

2.2.3 電潛泵舉升方式

電潛柱塞泵舉升方式適合于含蠟量低，產量范圍介于0～11m3的采油井。經過幾年的鉆研，電潛柱塞泵舉升配套工藝技術已日趨成熟，但目前配套清防蠟系統還不夠完善。

2.2.4 提撈舉升方式

提撈舉升是一種最直接、能耗最低的舉升方式，但是受環境、產量及含水等因素的影響，撈油效率低，影響油田開發效果。

因此為了適應油田開發需要及節能減排的要求，對于地產井需要探索一種新的低能耗的舉升方式。

3 低能耗地下間抽采油技術研究

將地下原油舉升到地面能耗最低而又不影響油田開發效果是舉升工藝追求的最終目標。評價能耗高低的指標是噸液耗電，即將1t的液體從地下舉升到地面所需要的能耗。理論計算是將1t的液體從1500m的地下舉升到地面，需要克服重力做功14700kJ，合4.1kWh。目前抽油機舉升方式噸液耗電65kWh，螺桿泵舉升方式噸液耗電29kWh，電潛柱塞泵舉方式噸液耗電14kWh/t，幾種舉升方式能耗都遠遠低于理想狀態，為了盡量接近理想狀態，提出低產井地下智能間抽的想法。地下智能間抽是一種不受地面影響、易操控不間斷間抽的舉升方式。最終將實現閉環控制：即數據自動采集、液面溫度自動控制、清防蠟系統自動控制；建立低產油井的供采平衡。

地下智能間抽技術是應用電潛柱塞泵舉升工藝，依據實時液面變化遠程控制電潛柱塞泵的啟停。根據每口井的具體情況，設定液面上下限，當液面深度達到設定的上限時，配套清防蠟系統自動送電，當溫度達到設定溫度時，電潛柱塞泵起抽，當液面達到設定的下限時，電潛柱塞泵停機，清防蠟系統自動斷電。該技術試驗成功后，摸索自動間抽停機時間，建立供采平衡，間抽到每次，即可以根據每口井的具體情況，沖速可以由1次降到0.1次，即10min內停9min，運1min，間隙采油。

3.1 地下間抽舉升方式節能優化

目前采油八廠油田共有電潛柱塞泵井15口，其中包括10口直（斜）井和5口水平井，平均泵效達到78.5%，平均系統效率達到23.8%，噸液耗電14.4kWh，達到了節能降耗的良好試驗效果。電潛柱塞泵井地面無可動設備，無日常的維護、保養等工作，管理人員可通過無線監控系統實時掌握運行狀況。因此，電潛柱塞泵是井下間抽舉升方式的較好選擇。

3.2 無線監控系統的擴展

電潛柱塞泵井無線監控系統經過近2年的研究攻關，已經基本能夠滿足目前生產管理需要，管理人員可以通過手機短信的形式向遠程終端控制系統問詢電泵井的運行狀態，通過局域網查看電泵井的運行參數。下步需要進一步擴展，根據設定的液面上下限遠程調參和自動啟停機，并根據每口井的具體情況給電熱清防蠟系統自動送斷電，目前該系統正在研究中。

3.3 液面自動監測系統的研究

監測系統由動液面自動測量裝置、遠程傳輸裝置、數據接收裝置、計算機硬件系統和控制軟件等組成。其中自動測量裝置采用高響度發聲器件、高靈敏拾音器等關鍵器件，選擇衰減小的聲波頻率、結合數字濾波技術，設計制作回聲儀，保證其精度和靈敏度。

系統工作原理：動液面自動測量安裝在井口，利用回聲反射原理，通過定時發送聲波信號，測量油井液面深度，通過GSM/GPRS數傳電臺傳輸波形到后臺，計算機接收油井液面數據并進行處理，記錄存儲油井液面數據，與設定的液面上下限對比，用聲、光信號進行報警，配合無線監控系統自動調參、自動啟停機。目前該系統已完成了回聲儀、遠程傳輸裝置、數據接收裝置的研制，并進行了發聲試驗，下一步將進入現場試驗階段，計劃現場試驗10口井。

3.4 間歇清防蠟工藝的研究

系統由地面變頻控制柜、井下絕緣短接、井下連通器、抽油桿、扶正器、桿密封器、電纜密封器組成。由抽油桿和油管構成回路，在抽油桿中通入變頻后的交流電，將電能轉變為熱能，加熱油管內原油。

2012年4月份選擇了徐104-斜15井進行了現場試驗，徐104-斜15加熱井段設計900m，調整供電功率4W，連續供熱時，井口原油溫度為27℃，與試驗前比提高了10℃，連續加熱生產42d，未發生堵塞，日耗電96kWh。

采用間歇供電方式，減少能耗，摸索結蠟規律，確定加熱周期為10d內加熱3d，停7d，可保證正常生產，平均日耗電29kWh，徐104-斜15井一個加熱周期內電流變化情況見表1。

表1 徐104-斜15井一個加熱周期內電流變化情況

從現場試驗情況看，電熱清防蠟系統可以基本滿足電潛柱塞泵井清防蠟要求，但油井含水超過30%時，電加熱桿在井內預水造成短路，電加熱工藝無法正常工作。

4 經濟效益預測

4.1 投資對比

地面間抽系統：應用H級高強度抽油桿?22+?19二級桿組合，油管采用外加大油管+J55平式油管組合（外加大油管800m，J55平式油管700 m），配電系統選用660V一體化拖動裝置；考慮投產作業費用、基建施工費用。

井下間抽系統：泵機組、電纜、變壓器、監控系統、電熱桿清防系統、油管及投產作業費用，全井采用J55平式油管，對比情況見表2。

從上述對比分析可以看，地下間抽系統與地面間抽系統相比，前期一次性投資相當。

4.2 運行及維護費用對比分析

按運行10年計算，從作業維護、設備維修更、運行維護及電能消耗等方面分別測算兩種舉升方式維護費用見表3。

地面間抽系統：按照目前的間抽制度，每天運行20h，單井日耗電140kWh，采用加藥熱洗的方式進行清防蠟，年需要費用0.13萬元。

地下間抽系統：電潛柱塞泵沖程1.23m，沖速3次，?44抽油泵，泵效按照90%計算，每小時排量0.3375m3，對于單井產量2m3，需運行6h，日耗電20kWh，電熱清防蠟系統，日耗電24kWh。

表2 兩種舉升方式投資對比表

表3 兩種舉升方式維護費用對比表

從上述對比分析可以看，地下間抽系統與地面間抽系統相比，單井年節約費用1.3萬元。

5 結論及認識

1）隨著低產井數的逐年增加，地下智能間抽將是未來較好的節能舉升方式。

2）地下智能間抽是有效動用儲層豐度極低的扶余油層的最佳采油方式。

3）地下智能間抽系統易于管理，可以減輕工人勞動強度，提高工作效率，緩解油田人員緊張的問題。

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.09.005

2012-07-07）

雍安娟，工程師，1998年畢業于石油大學（華東），從事機采管理崗，E-mail：yonganjuna@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第八采油廠工程技術大隊機采室，163000。