抽油機井沉沒度與能耗關系的研究和試驗

楊勇楠（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

抽油機井沉沒度與能耗關系的研究和試驗

楊勇楠（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

通過對合理沉沒度與能耗問題的提出，計算出符合條件井的舉升高度、噸液百米耗電、系統效率，并將其擬合為一口井；根據所有井的平均噸液百米耗電、平均系統效率和平均沉沒度繪制出曲線，從而得出理論上合理的沉沒度值。再將選出的井控制沉沒度并繪制成曲線，進而得出合理沉沒度區間。通過試驗可知沉沒度在200～250 m區間的平均噸液百米耗電較低并且平均系統效率較高，是較為合理的沉沒度范圍。

沉沒度 系統效率 噸液百米耗電

降低抽油機井能耗是降低采油成本、提高油田開發效益的有效途徑。要想充分發揮油層潛力，又要達到節能降耗的目的，必須將沉沒度控制在合理的范圍內。

目前，大慶油田第三采油廠抽油機井沉沒度小于150 m的有433口，占抽油機井開井數的26.11%，沉沒度大于600 m的有468口，占28.23%。沉沒度過高，會造成抽油機的系統效率偏低，同時抑制薄差油層潛力的發揮；沉沒度偏低，氣影響嚴重會降低泵效，同時還存在液擊現象，加劇抽油桿的振動彎曲，造成抽油機井偏磨、桿斷的發生。

1 抽油機井沉沒度與能耗的理論關系

系統效率和噸液百米耗電是衡量抽油機井能耗情況的重要技術指標，也是反映抽油機井設計和管理水平高低的一項重要指標[1]。

1.1 沉沒度與系統效率的關系

系統效率：

式中：

Q——油井實際日產液量，m3/d；

H——實際舉升高度，m；

ρm——油水兩項混合液密度，103k g/m3；

___g——重力加速度，m/s2。

P有功——有功功率，k W。

機采井實際舉升高度：

由上述公式可以看出：

1）抽油機井系統效率隨抽油泵實際舉升高度的增加而提高，對于泵掛深度一定的油井，若沉沒度大，抽油泵實際舉升高度降低，系統效率降低[2]。

2）沉沒度小，實際舉升高度雖然增大，但泵的吸入壓力變小，泵效降低，產量下降，系統效率降低。

因此，要想提高系統效率，生產中要保證油井在合理的沉沒度范圍內工作。在滿足泵沉沒壓力的條件下，盡量提高實際舉升高度，即降低液面，但

式中：

H——實際舉升高度，m；

Hd——油井動液面深度，m；

Po——井口油壓，MPa；

Pc——井口套壓，MPa。

油井動液面深度：式中：

Hd——油井動液面深度，m；

L——油井泵掛深度，m；

Hm——油井沉沒度，m。整理得出系統效率公式：

需強調的是，動液面并非愈深愈好。因為，當泵深一定時，隨著實際舉升高度的增加，泵的沉沒度逐漸變小，泵的吸入壓力變小，會導致泵效下降，因此生產中要保證油井合理沉沒度。

1.2 噸液耗電及噸液百米耗電

噸液耗電：

式中：

X——噸液百米耗電，k W h/102m.t

W——噸液耗電，k W h/t；

Q——油井實際日產液量，m3/d；

H——實際舉升高度，m。

由上述公式可以看出：抽油機噸液百米耗電與抽油機井有功功率、舉升高度及產液量有一定比例關系[3]。

式中：

W——噸液耗電，k W h/t；

Q——油井實際日產液量，m3/d；

P有功——有功功率，k W。

噸液百米耗電：

2 現場試驗

2.1 用各項參數相近的抽油機井模擬一口井，找出在不同的沉沒度情況下能耗與沉沒度的關系

選井原則：首先將滿足下列條件的抽油機井作為試驗對象。

1）機型是CY J10-4.2-53H B；

2）泵徑是70mm整筒泵；

3）桿徑是22mm；

4）管徑是62mm；

5）沖速5～7次。

理論計算：滿足上述條件的抽油機井共有70口。將這些井現場同步量油、測試液面、有功功率、功率因數、油壓和套壓，計算出這些井的實際舉升高度、噸液百米耗電、系統效率。將以上抽油機井以沉沒度50m為間隔，劃分為17個區間，一直到液面在井口為止。再分別求出每個區間所有井的平均噸液百米耗電、平均系統效率和平均沉沒度。見表1。

表1 各沉沒度區間系統能耗與沉沒度數據統計表

根據各個沉沒度區間的平均噸液百米耗電、平均系統效率和平均沉沒度的值擬合成曲線，來分析抽油機井能耗隨沉沒度的變化特征。見圖1。

由圖1可見，隨著沉沒度的增加，噸液百米耗電先減少而后增加，在沉沒度為100～350m處的平均噸液百米耗電較低，而系統效率隨著沉沒度增加而先增大后減小，在200～500m處的平均系統效率較高。

沉沒度在100～500m范圍內都是較為合理的范圍，但既使噸液百米耗電較低又使系統效率較高的沉沒度范圍在200～350m處，是能耗最低系統效率最高的沉沒度最佳范圍。

2.2 單井利用變頻器調整沖速以得到不同沉沒度下能耗與沉沒度的關系

選擇B1-10-457抽油機井做試驗井，進行單井測試。抽油機井泵況好、沉沒度低、有變頻控制器、產量高，有利于試驗效果的觀察與分析。

表2 B 1-10-457井沉沒度與能耗關系試驗統計表

微調變頻器頻率，盡量使沉沒度變化在50m左右，在不同的沉沒度下測量產液、液面、有功功率、功率因數、油壓、套壓，計算出噸液百米耗電、系統效率，用噸液百米耗電、系統效率見表2和沉沒度擬合成曲線（見圖2）來分析抽油機井能耗隨沉沒度的變化特征。

由曲線擬合圖2可以看出，B1-10-457井沉沒度在150～250m左右時系統效率較高，沉沒度在150～250m左右時噸液百米耗電較低，B1-10-457井合理沉沒度范圍是150～250m，在200m左右的系統效率最高噸液百米耗電最低，最佳沉沒度是200m。

3 幾點認識

1）沉沒度由低向高，噸液百米耗電先隨著沉沒度的增加而減少，在100～300m處出現拐點，然后隨著沉沒度的增加而增加。

2）系統效率先隨著沉沒度的增加而增加，在100～350m處出現拐點，然后隨著沉沒度的增加而減少，在液面到井口處系統效率為零。

3）每口單井的系統效率和噸液百米耗電的拐點位置不完全相同，但基本在平均拐點附近，符合平均規律。

4）沉沒度在200～250m處的平均噸液百米耗電較低并且平均系統效率較高，是較為合理的沉沒度范圍。

[1]竇宏恩.提高有桿抽油系統效率的新理論與新技術[J].石油機械,2001,5:45-47.

[2]葉連波,劉玉梅.提高機采井系統效率的理論與措施[J].油氣井測試,2004,4:15-17,106-107.

[3]葉鵬,盛國富,陸秀霞,等.抽油機井系統效率計算新方法及影響因素分析[J].國外油田工程,2004,12:44-46.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.05.007

楊勇楠，2007年7月畢業于東北石油大學，主要從事聚驅采出動態分析，E-mail：edgar1@163.com，地址：黑龍江省大慶油田第三采油廠工程技術大隊三采室，163311。

2012-02-16）