低產油田抽油機井工作制度優化

肖輝（大慶油田有限責任公司第九采油廠）

低產油田抽油機井工作制度優化

肖輝（大慶油田有限責任公司第九采油廠）

通過繪制低產油田抽油機井流入動態和流出動態曲線，確定合理流壓及最大產量，以最大產量為前提，以能耗最低為目標優化抽油機井工作制度，詳細闡述了低產油井工作制度的優化的方法。并通過實例計算證明了該方法的可行性與實用性，為實施精細機采管理提供技術指導。

優化方法 流入 流出 能耗計算

大慶西部外圍油田屬于低產低滲油田，井深、產量低、舉升單耗高、系統效率低。通過合理的優化工作制度能保證油井產量得到充分發揮，機、桿、泵在良好的環境下運行，達到能耗最低、效率最高。

1 工作制度優化方法

低產油井工作制度優化總體思路主要包括3個部分：以流入動態曲線確定合理流壓及對應的最大產量，即該井目標產量；從目前生產參數下的流出動態曲線并結合流入動態確定該參數下的供采協調點；確定目前參數下的理論能耗。在綜合考慮以油井流入、流出動態理論、單井理論能耗基礎上，建立“泵徑、沖程、沖速、時間”四參數與能耗關系模型，給出最優工作制度。

1.1流入動態曲線

流入動態曲線的獲得，即液面恢復法：油井在一個較低流壓狀態時關井，通過連續監測液面與對應時間，進而求得 IPR 曲線。

通過原始數據，做初步的數據處理：

根據液面恢復求出井底流壓與關井時間對應關系。

式中：

pwf——井底流壓，MPa；

h中——油層中深，m；

ρ ——液體密度，kg/m3；

h——環空動液面深度，m；

pt——套壓，MPa；

g ——重力加速度，m/s2。

通過 （2）式計算流壓恢復速度，即某一流壓下對應的產量，進而確定流入動態曲線。

式中：

Δt——關井時間差值，d；

Δh——關井 Δt時間后動液面差值，m。

1.2流出動態曲線

油井流出動態是指油井井口產量與井底流壓的關系，在保證油井供采協調的情況下，即在井底流壓保持一定的條件下，井口產量是理排與泵效的乘積。

油井流出動態：

式中：

Q出——實際排量，m3/d；

Q理排——理論排量，m3/d；

η——泵效，%。

由 于 泵效是沉 沒 壓 力 的 函數[1]：

在泵深一定的情況下：

式中：

pc——沉沒壓力，MPa；

h泵——泵深，m；

Go——溶解油氣體積比；

a —— 溶 解系數， m3/（m3·MPa）；

fw——含水率，%；

s——沖程，m；

n ——沖速，min-1；

L——泵掛深度，m；

E ——桿柱的彈性模量，取 2.06×1011Pa；

fp、fr、ft——分別為活塞、抽油桿、油管的截面積，cm2。

在連續生產的情況下，由于井底流入和井口流出的互相耦合，一組泵徑、沖程、沖次最終對應一個穩定生產點，即達到供采協調，圖1所示。

圖1 流入與流出動態供采協調關系

1.3單井理論能耗計算

有桿泵系統消耗功率是泵徑、沖程、沖次的函數，為了使計算能耗與實際接近，消耗功率的計算主要考慮了五個部分：地面損失功率 Pu、黏滯損失功率 Pr、滑動損 失功率 Pk、溶解氣膨脹功率、有效 功 率[2]。

抽油機消耗功率：

1.4工作制度優化模型

首先建立泵徑（D）、沖程（S）、沖速（N）、時間（T）與能耗關系函數，優化工作制度，優化目標函數式。

式 （7）等號左 邊 代 表最小 消 耗功率 ； 右 邊包括兩個部分：G函數是代表理論能耗計算模型，是以產量最大為前提，泵徑、沖程、沖速的函數，R函數代表開井時率函數，是間歇采油開、關井時間的函數。

由于開井時率函數：

當 T關=0時， 該 井 為 連 續 生 產 ； 當 T關＞0時 ，該井為間歇生產。

由于間歇采油井在關井時流壓從合理流壓下限恢復到上限，以油井流入動態為依據，建立關井流壓恢復與時間的關系。

邊界條件：

通過計算，得到關井時間T關。

以流入、流出動態為依據，建立開井流壓下降與時間的關系式。

邊界條件：

式中，C為單位時間井底流入的產量轉化為壓力的系數； D為單位時間井口流出的產量轉化為壓力的系數。

計算出每一組泵徑、沖程、沖速下對應的開井時間 T開。最后以能耗最低為目標優選最佳的泵徑、沖程、沖速、開/關井時間參數組合。

2 應用舉例

2.1單井情況

某抽油機井，抽油機型號 YCYJ8-3-26HB，電動 機 型 號 SD/YCHD225-12/8， 使 用 功 率 15.0kW，油層中深1370m。2011年5月該井泵徑 32mm，抽油桿柱 19mm × 16mm，沖程 2.5m，沖速 4.4min-1，產 液 量 2.3t/d， 含 水 4.0% ， 泵 深 1328m ， 液 面 深1317m，流壓 1.12MPa，間歇采油制度為開井 20h，關井4h。

2.2工作制度優化

根據該井流壓恢復現場試驗數據，得到該井流入動態及流出動態曲線，并得到該井合理流壓 1.6 MPa， 最 大 產 量 2.5t/d。 同 時 結 合 流 入 與 流 出 可知，該井在連續生產情況下，處于流壓偏小區。

通過對某井生產狀況分析與計算，共制定出如下12組典型的生產參數組合，根據該井所用桿柱組合為 19mm×16mm，該桿柱組合下最大泵徑為44mm，見表1。

表1 某井參數優化情況組合

該井在方案執行時主要考慮了以下實際情況：該井 所用 司達雙速電動機換擋后直 接由 4.4min-1降到 3.0min-1； 間歇 采油執 行與 現場管理， 開關 井時間盡量不要過于頻繁，且間歇周期最好控制在24h。該井最終執行方案為泵徑 32mm，沖程 2.5m，沖速3min-1，開井 16h 關井 8h，目前流壓 2.0MPa， 產 液量 2.5t/d，優化后 折 后 日 節 電 17.8kWh，見表2。

表2 某井參數優化后節電情況

3 結論

機采井工作制度優化是一項系統工程，需要經過周密的分析與計算。優化的目標是“產量最大、能耗最低”，優化時應考慮以下基本原則：

1）合理選擇泵徑、沖程、沖速；

2）利用現有設備、不增加額外成本，需考慮抽油機額定載荷、電動機額定扭矩、桿柱匹配等；

3）盡可能滿足現場管理，如間歇采油開關井時間等。

[1]王巖樓,張傳緒,郭殿軍.大慶西部外圍油田開發實踐[M].北京:石油工業出版社,2005:125-126.

[2]鄭海金.一種有桿泵機械采油工藝參數設計方法:中國, 99109780.7[P].1999-07-15.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.005.020

2012-10-26）

肖輝，2008年畢業于西南石油大學，從事采油工程工作，E-mail：xiaoh1024@sina.com，地址 ： 黑龍江 省大慶油 田有限 責任公司第九采油廠工程技術大隊，163853。