提高蘇北油田機采系統效率綜合研究

袁 勝

（中國石油化工集團華東分公司，江蘇 泰州225300）

0 前言

華東分公司蘇北油田2012年全廠機采系統效率為22左右%，較國內先進油田企業機采系統效率28%存在較大差距。目前采油廠處于原油產量快速增長時期，能源消費總量逐年增加，增幅接近20%，因此提高機采系統效率，系統化的提高機采系統的能源利用效率，對實現降低能源消耗，減少生產成本具有重要意義。

1 影響機采系統效率因素分析

1.1 機采系統效率定義

機械采油系統是通過抽油設備將地面的電能轉換、傳遞給井筒中的生產流體，從而將其舉升至地面的采油方式。機械采油系統的工作實質上就是能量不斷傳遞和轉換的過程，在能量的每一次傳遞和轉換時都會有一定的能量損失。從地面供入系統提供的能量扣除系統中的各種損失，就是系統給井筒流體的有效能量，其與系統輸入的能量之比即為抽油機井的系統效率。顯然，無論是節能還是提高經濟效益，都要求機械采油系統有較高的系統效率[1]。

1.2 影響機采系統效率因素建模分析

為降低采油能耗，改變了長期以來API、行業算法等以產量為目標，最低荷載為準則的設計理念，通過引進“能耗最低機采系統設計軟件”，其原理是建立以產量為目標、以能耗最低或以機采成本最低為準則的機采系統設計方法[2]，據此，優化設計出機抽井管桿結構、泵掛、泵徑、沖程、沖次等生產參數。系統效率影響因素主要有[3]：

1.2.1 地面損失功率

抽油泵在生產過程中，地面裝置中抽油機和電動機在傳遞能量的過程中所損耗的功率定義為地面損失功率。地面損失功率的影響因素有電機空載功率；井下負荷；沖程；沖次；傳輸功率傳導系數；光桿功率傳導系數。

1.2.2 粘滯損失功率

深井泵生產過程中，被舉升的液體因與油管、抽油桿發生磨擦而損耗的功率稱作粘滯損失功率。粘滯損失功率的影響因素：桿速；管徑；桿徑；泵掛；原油粘度。

1.2.3 滑動損失功率

因井斜造成的抽油桿與油管之間發生的磨擦以及泵柱塞與泵筒間發生的磨擦而損失的功率稱作滑動損失功率。滑動損失功率的影響因素：桿速；單位長度桿重；井斜軌跡水平投影長度；桿與管的摩擦系數。

1.2.4 溶解氣膨脹功率

原油在舉升過程中，溶解氣因所受壓力的降低而不斷從原油中析出，從液態轉化為氣態。一方面導致物質本身的能量降低，即內能降低；另一方面，這部分能量轉化成體積膨脹能而作用于舉升系統。這一功率稱作溶解氣膨脹功率。膨脹功率的影響因素：日產油量；飽和壓力；井口壓力；沉沒壓力；溶解系數。

1.2.5 井口油溫影響

從井底到井口各深度點所對應的地層溫度是逐漸降低的，原油粘度也必然隨著溫度的變化而變化。要確定溫度變化對粘滯損失功率的影響需要確定井口油溫。

井口油溫的影響因素：油層溫度；地表溫度；產液量；含水率；動液面；膨脹功率。

1.2.6 有效功率

在一定揚程下，將一定排量的井下液體提升到地面所需要的功率稱為有效功率。有效功率的影響因素有：產液量；液體密度；動液面深度。

根據上面的分析，提高系統效率主要分為提高地面系統效率和井下系統效率。提高地面效率就是要提高抽油機效率、電動機效率；提高井下效率主要是優化桿管組合，優化生產參數達到提高機采效率的目的[4]。

2 機采系統效率優化技術原理

機采系統效率優化考慮了抽油設備、抽汲參數、油井參數、管理參數、井身結構等因素等5個方面、22個因素的綜合影響，即該系統效率與系統輸入功率模型包含了如下因素：

能耗最低機采系統設計方法設計步驟：

找出能夠影響抽汲目標產量的所有機械采油系統參數，其主要參數包括管徑、泵徑、桿柱組合、桿柱鋼級、泵掛、沖程、沖次。即抽汲同一目標產量，將各種參數一一組合，每一種組合對應著一種能耗，對應著一種系統效率。分別計算出每一個機采系統所對應的輸入功率，即每一種組合所對應的輸入功率。選擇輸入功率最低者或者年耗成本最低者所對應的參數組合作為機采系統參數[5]。

現場實施情況：

對蘇北工區的40口油井進行測試，收集了相關的基礎資料，其中包括：輸入功率、動液面、套壓、油壓、示功圖、產液量、含水率等生產參數；抽油機機型、管徑、泵徑、泵掛、桿柱組合、桿柱鋼級等設備參數；地表溫度、油層溫度、油層深度等地層物性參數和飽和壓力、油氣比、溶解系數、原油析蠟溫度、地層原油粘度、脫氣原油粘度等原油物性參數及井斜參數。經過“能耗最低設計軟件”對泵徑、泵掛、桿柱結構、沖程沖次等參數的優化設計并現場措施，將實驗井在采取優化措施前后的噸液能耗和機采效率進行比較，噸液能耗普遍降低，平均機采效率由19.7%提高至22.8%，增加了3.1%，年節電20.2萬千瓦時。

3 結論

通常抽油機機采系統耗電占到油田生產用電的一半以上，開展機采效率研究能有效降低能耗，特別是在產能建設階段，油井數量和產量增加較快，應用提高機采效率措施不僅可每年還可節約用電，還能延長油井生產周期，減少修井占井時間，能有效降低蘇北工區油田開發成本，具有廣闊的應用前景。

［1］崔振華.有桿抽油系統[M].北京：石油工業出版杜,1994.

［2］陳建東.抽油機系統耗能分析[J].石油知識,1994(5).

［3］鄭海金.提高機械采油系統效率的理論研究及應用[J].石油學報,2004：93-95.

［4］鄭立春.新型抽油機節能機理研究及優化設計[D].天津：天津理工大學,2013.

［5］張林國.抽油機優化與節能的探討[J].中國石油和化工標準與質量,2012,33(10)：65.