抽油機井合理平衡度界限研究與現場試驗

孫艷（大慶油田有限責任公司第二采油廠規劃設計研究所）

抽油機井合理平衡度界限研究與現場試驗

孫艷（大慶油田有限責任公司第二采油廠規劃設計研究所）

結合抽油機井生產實際，開展了抽油機井合理平衡度界限研究及現場試驗，確定不同類型抽油機的最佳平衡度值以及合理平衡度區間；并針對供采協調井及供采不協調井分別采取相應的治理措施，通過合理調整舉升系統參數，在提高單井平衡度的同時，進一步降低了能耗，為提高抽油機井整體平衡度合格率提供了借鑒。

抽油機 平衡度 技術管理

目前，油井舉升方式主要以抽油機為主，若抽油機運轉不平衡，會造成能耗相對增加，平衡度低于70%時與處于合理范圍內相比，消耗功率增加20%以上，直接影響抽油機減速箱以及電動機系統效率和使用壽命。通過開展抽油機井合理平衡度研究，加大技術措施實施力度，取得了較好效果。

1 合理平衡度界限研究

抽油機井平衡度是影響整機工況和能耗的重要指標，但平衡度對于抽油機耗電的影響程度還不能定量。為此開展了抽油機井合理平衡度界限研究，指導平衡度調整工作，提高管理認識。

1.1 相同工況下平衡度對抽油機能耗的影響

依據1#抽油機井示功圖，模擬不同平衡度下，減速器輸出軸凈扭矩曲線及對應的有功功率：在平衡狀態下，電動機有功功率變化不大；在不平衡狀態下，抽油機能耗提高。

以1#抽油機井為例，該井日產液1.5 t，含水21.0%，動液面1352 m；沖程2 m，沖速5 min-1，泵徑Φ32 mm，泵掛深度1400 m；抽油機電動機功率22 kW。在平衡度60%、90%、110%、120%時，模擬了輸出軸凈扭矩曲線，見圖1。

圖1 不同平衡度的輸出軸凈扭矩曲線

結合理論研究，在該井進行了平衡度現場調整測試，從理論研究和現場測試結果分析，現場實測有功功率變化趨勢與理論計算值趨勢基本一致。

1.2 相同工況下抽油機機型對能耗的影響

在相同工況條件下，模擬了不同機型輸出軸凈扭矩曲線，以2#抽油機井為例，該井日產液5.5 t，含水65.3%，動液面1304 m；沖程3 m，沖速4 min-1，泵徑Φ32 mm，泵掛深度1484 m；抽油機電動機功率22 kW。在平衡度95%時，模擬常規抽油機、異相抽油機、雙驢頭抽油機3種機型輸出軸凈扭矩曲線，見圖2。

圖2 不同機型的輸出軸凈扭矩曲線

理論研究及現場試驗表明，抽油機的最佳平衡度區間為95%～100%，合理平衡度區間為85%～105%；雙驢頭抽油機較常規抽油機、異相抽油機分別節電11.1%、4.2%，節電效果較好，見圖3。

圖3 2#抽油機井不同平衡度有功功率關系曲線

2 提高抽油機平衡度合格率的措施

影響抽油機平衡的主要因素是懸點載荷與平衡配重位置的變化。在日常生產過程中變化單井液量、地面參數等因素，依據游梁式抽油機平衡扭矩與平衡特性，分析了沖程、沖速變化對單井平衡度的影響，見圖4。

圖4 沖程、沖速變化對單井平衡度的影響

由兩圖對比可以看出，沖程調整對單井平衡度影響較大，沖速調整對單井平衡度影響相對較小。結合理論研究及現場試驗，針對供采協調井、供采不協調井分別采取相應的技術治理措施。

2.1 供采協調井

1）欠平衡井的技術治理措施。針對平衡塊調到外側仍不平衡的欠平衡井，通過調整地面參數、優化桿柱匹配組合措施進行治理，使平衡塊調到頭的不平衡井由年初的21口下降到目前的6口井，取得了較好效果。以3#抽油機井為例，該井措施前日產液13.0 t、沖程3.0 m、沖速7 min-1、泵徑38 mm，屬平衡塊無法調整的欠平衡井。2007年4月對該井調整，在確保單井平衡度達到合理區域的同時，有功功率下降1.3 kW，系統效率提高3.7%，具體數據見表1。

2）過平衡井的技術治理措施。針對平衡塊調到內側仍不平衡的過平衡井，結合單井實際，通過預設平衡塊的合理位置，依據公式計算出應調平衡塊的質量，通過降低平衡塊配重，達到治理過平衡井的目的。根據上、下沖程電動機做功相等原理，電動機電流和減速箱曲柄軸扭矩間存在正比例關系，則預先設定平衡塊位置R，則W1可以通過公式求出：

表1 3#抽油機井優化前后效果對比

式中：

W1——應調平衡塊在預定半徑值時的配重，N；

R——預設平衡塊半徑，m；

S——實測驢頭沖程，m；

IU、ID——驢頭上、下沖程時最大電流，A；

Pmax、 Pmin——懸點最大、最小載荷，N。

3）舉升系統優化技術。為進一步掌握抽油機井不同泵徑、不同沖程、沖速匹配條件下，對系統運行狀態，主要涉及到單井最大載荷、最小載荷、載荷比、最大扭矩，以及有功功率的影響，進行了抽油機舉升系統參數合理匹配研究，供采協調的同時，在單井平衡度提高的條件下，進一步降低單井能耗，改善系統運行工況。

以4#抽油機井為例，該井措施前日產液9.3 t、沖程3.0 m、沖速7 min-1、泵徑38 mm，屬高沖速生產井。措施后日產液9.0 t、沖程3.0 m、沖速3 min-1、泵徑44 mm，調整前后對比，單井平衡度提高2.6個百分點，有功功率下降3.3%，系統效率提高3.0%。針對高沖速生產井，在滿足供采協調的條件下，通過優化調整，即作業換大泵降低沖速生產，改善了運行工況。截至目前共優化實施18井次，平均單井日節電24 kWh，平均單井系統效率提高了1.1%。

2.2 供采不協調井

1）地面參數匹配不合理井治理。依據單井模擬結果，地面參數調小后，有功功率下降較大；地面參數調整后，平衡隨之變化，應對平衡重新調整，平衡度合格率為50%時較平衡度合格率為95%時有功功率增加4%左右。因此，針對部分井平衡度處于合理區域，但沖程、沖速匹配不合理，在調整地面抽汲參數組合后，及時進行平衡調整提高單井平衡度，在確保最優工況生產的同時，降低單井機采能耗。截至目前共計優化調小地面抽汲參數794井次，平均單井日節電18.1 kWh，平均單井系統效率提高了0.8%，調小參數井年可累計節電473.4×104kWh。

2）泵徑偏大井治理。針對目前產液量較低，地面參數無調整余地的供采不協調井，作業中實施換小泵措施，一方面在提高單井泵效的同時，提高了系統效率；另一方面在確保單井在合理平衡度工況運轉的同時，最大限度地降低了系統能耗。截至目前共計實施檢換小泵89井次，平均單井日節電33.6 kWh，平均單井系統效率提高了1.2%，檢換小泵井年可累計節電98.5×104kWh。

3 結論

1）依據不同平衡度時系統輸入功率的模擬結果，確定不同類型抽油機的最佳平衡度為95%～100%，合理平衡度區間為85%～105%。

2）供采協調井，對于過平衡井及平衡井，通過合理調整舉升系統參數，可進一步降低單井能耗。

3）供采不協調井，首先進行舉升參數優化調整，在追求供采協調的同時，調整抽油機平衡，確保進一步降低單井能耗。

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.016

2015-04-02）

孫艷，工程師，1992年畢業于山東東營勝利石油學校，從事油氣集輸技術管理工作，E-mail：sunyan1117@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第二采油廠規劃設計所，163414。