新型抽油機(jī)選型技術(shù)

王立臣劉洪俊 李昌紅 熊躍武 郭佰人

1大慶油田采油九廠2大慶油田采油八廠3大慶油田采油一廠4大慶油田采油五廠5方興油田

新型抽油機(jī)選型技術(shù)

王立臣1劉洪俊2李昌紅3熊躍武4郭佰人5

1大慶油田采油九廠2大慶油田采油八廠3大慶油田采油一廠4大慶油田采油五廠5方興油田

大慶外圍低滲透油田由于儲(chǔ)量豐度低、滲透率低、產(chǎn)量低，產(chǎn)液變化規(guī)律不同于常規(guī)油田，為此，開展了低滲透油田新型抽油機(jī)選型技術(shù)研究。低滲透油田開發(fā)過(guò)程中，產(chǎn)液量不增加或增加幅度較小。抽油機(jī)井初期最大載荷利用率、扭矩利用率可按滿載設(shè)計(jì)，即：Pmax≤0.95[P]，Mmax≤0.90[M]。通過(guò)這種方法選擇的抽油機(jī)，初期能充分發(fā)揮機(jī)采設(shè)備的抽汲能力，油田開發(fā)后期也不會(huì)滿載。應(yīng)用新型低滲透油田抽油機(jī)井選型方法，為低滲透油田降投資、節(jié)成本、增效益提供了有效的新途徑。

裝機(jī)功率；系統(tǒng)效率；產(chǎn)液變化規(guī)律；抽油機(jī)選型

大慶外圍低滲透油田由于儲(chǔ)量豐度低、滲透率低、產(chǎn)量低，產(chǎn)液變化規(guī)律不同于常規(guī)油田，按照常規(guī)方法選配抽油設(shè)備，造成載荷利用率低，系統(tǒng)效率低，電機(jī)功率利用率低，導(dǎo)致投資高、能耗高，影響油田開發(fā)效益，制約了低滲透油田開發(fā)。為此，開展了低滲透油田新型抽油機(jī)選型技術(shù)研究，為低滲透油田降投資、節(jié)成本、增效益探索新途徑。

1 抽油機(jī)井產(chǎn)液、載荷變化趨勢(shì)

以A油田為例，闡述低滲透油田抽油機(jī)井產(chǎn)液、載荷變化趨勢(shì)。A油田開采葡萄花油層，有效孔隙度為18.6%。空氣滲透率0.73×10-3～184.4× 10-3μm2，屬中孔、中低滲儲(chǔ)層。原始飽和壓力平均為6.69MPa，體積系數(shù)平均為1.125，原始?xì)庥捅葹?5.49m3/t，油田壓力系數(shù)為1.37。

從油水相滲透率曲線可以看出，隨著含水飽和度的增大，油相滲透率下降很快，水相滲透率上升很慢，油水兩相流動(dòng)范圍很窄，殘余油下的水相相對(duì)滲透率很小。

從采液指數(shù)曲線可以看出，含水100%時(shí)，采液指數(shù)也小于無(wú)水期采液指數(shù)，因此后期產(chǎn)液能力不會(huì)高于初期產(chǎn)液能力。

2 抽油機(jī)選型

以A油田為例，闡述新型低滲透油田抽油機(jī)選型技術(shù)的實(shí)踐與應(yīng)用。A油田氣體溶解系數(shù)4.28，天然氣壓縮因子0.96，油層溫度55.2～71.3℃，初期含水率13%，體積系數(shù)1.125，飽和壓力6.69MPa，油層有效壓力8.48～16.12MPa。

2.1 下泵深度計(jì)算

按照以下公式計(jì)算合理流壓

其中

式中pwfmin為油井最低允許流動(dòng)壓力（MPa）；pb為飽和壓力（MPa）；pre為有效地層壓力（MPa）；α為原油溶解系數(shù)（m3/(m3·MPa)）；Z為天然氣壓縮因子；fw為油井含水率，小數(shù)；Bo為原油體積系數(shù)，無(wú)因次；T為油層溫度（K）。

計(jì)算得出，合理流壓為3～5MPa。

泵沉沒(méi)壓力計(jì)算公式為

其中，當(dāng)fw≤0.7時(shí)

當(dāng)fw＞0.7時(shí)

計(jì)算得出，泵沉沒(méi)壓力為1.9～2.4MPa。

下泵深度計(jì)算公式為

計(jì)算得出，泵下入深度應(yīng)在油層頂界以上110m。

2.2 泵徑、沖程、沖次選擇

根據(jù)單井產(chǎn)能預(yù)測(cè)平均產(chǎn)液為1.3～2.7t/d，最高3.1t/d，在不考慮氣影響的情況下，泵理論排量計(jì)算公式為V=1440πSND2/4。

從不同參數(shù)下泵的排量可看出，在選擇?32mm泵，按泵效30%計(jì)算，沖程2.5m、沖次4min-1可滿足生產(chǎn)需要。

該油田含氣量相對(duì)較小，通過(guò)采取加氣錨的防氣措施可消除氣影響，因此不考慮氣體對(duì)泵效的影響。泵徑選取為?32mm，沖程取1.5～5m，沖次取2～6min-1。

2.3 載荷扭矩計(jì)算

通過(guò)載荷扭矩計(jì)算公式，得到計(jì)算結(jié)果如下：直井下泵深度在1150～1400m，根據(jù)預(yù)測(cè)產(chǎn)能及泵效，選擇?32mm泵、沖程2.5m、沖次4～6min-1可滿足生產(chǎn)需要，此時(shí)最大載荷為30.01～37.43kN，扭矩4.29～8.57kN·m；下泵深度在1450～1700m時(shí)，最大載荷為37.84～45.45kN，扭矩5.27～10.24kN·m。

定向井下泵深度1150～1700m，根據(jù)預(yù)測(cè)產(chǎn)能及泵效，選擇?32mm泵、沖程2.5m、沖次4～6min-1可滿足生產(chǎn)需要，此時(shí)最大載荷為36.63～54.32kN，扭矩10.14～18.53kN·m。

2.4 抽油桿選擇

通過(guò)計(jì)算，對(duì)于直井下泵深度小于1170m的井，折算應(yīng)力在58.56～60.69N/mm2，選擇D級(jí)?16mm的桿，1170～1700m的井折算應(yīng)力為60.06～106.18N/mm2，選擇H級(jí)?19×16mm的桿。

2.5 機(jī)型選擇

2.5.1 初期裝機(jī)載荷、扭矩利用率確定

按API標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)構(gòu)件安全系數(shù)為3.3，軸件安全系數(shù)為5.0，以便滿足抽油機(jī)在特殊情況下（活塞卡、軸力與力偶等影響）也不致發(fā)生事故。因此，根據(jù)選擇游梁式抽油機(jī)的原則，同時(shí)考慮到抽油機(jī)長(zhǎng)期可靠地工作，按照上述研究成果，低滲透油田抽油機(jī)井初期最大載荷利用率，扭矩利用率可按滿載設(shè)計(jì)，即：Pmax≤0.95[P]，Mmax≤0.90 [M]。這樣選擇抽油機(jī)，在初期設(shè)備能力能得到充分發(fā)揮，到后期也不會(huì)滿載。

通過(guò)計(jì)算不同抽油桿直徑、泵徑、沖程、沖次及泵掛深度在含水100%時(shí)抽油機(jī)的懸點(diǎn)載荷，比初期抽油機(jī)的懸點(diǎn)載荷的增加百分比為5.07%～5.28%，因此抽油機(jī)初期裝機(jī)載荷利用率上限為90.9%；曲柄扭矩的增加百分比為11.98%～16.08%，因此抽油機(jī)初期裝機(jī)扭矩利用率上限為77.5%

2.5.2 節(jié)能機(jī)選擇

直井下泵深度在1150～1400m，根據(jù)預(yù)測(cè)產(chǎn)能及泵效，選擇泵徑32mm，沖程2.5m、沖次4～6min-1可滿足生產(chǎn)需要，此時(shí)最大載荷為30.01～ 37.43kN，扭矩4.29～8.57kN·m，抽油機(jī)可選擇CYJW5—2.5—13HF型機(jī)，載荷利用率為60.0%～74.9%，扭矩載荷利用率為33.0%～65.9%；下泵深度在1450～1700m時(shí)，最大載荷為37.84～45.45kN，扭矩5.27～10.24kN·m，抽油機(jī)選擇CYJW5—2.5—18HF型機(jī)，此時(shí)載荷利用率為75.7%～90.9%，扭矩載荷利用率為29.3%～56.9%。

定向井下泵深度1150～1700m，根據(jù)預(yù)測(cè)產(chǎn)能及泵效，選擇?32mm泵、沖程2.5m、沖次4～6min-1可滿足生產(chǎn)需要，此時(shí)最大載荷為36.63～54.32kN，扭矩10.14～18.53kN·m；選擇CYJS6—2.5—26HB型抽油機(jī)，載荷利用率為61.1%～90.5%，扭矩載荷利用率為39.0%～71.3%。

節(jié)能機(jī)類型的選擇：通過(guò)經(jīng)濟(jì)效益分析，A油田節(jié)能機(jī)選擇雙驢頭抽油機(jī)和彎游梁抽油機(jī)。

2.6 電機(jī)選擇

2.6.1 電機(jī)額定功率計(jì)算

直井下泵深度在1150～1400m，沖次4～6min-1，扭矩4.29～8.57kN·m，計(jì)算所需電機(jī)功率為1.35～4.04kW，因此，選擇8.5/17kW電機(jī)；下泵深度在1450～1700m時(shí)，扭矩5.27～10.24kN·m，計(jì)算所需電機(jī)功率為1.66～4.82kW。

定向井下泵深度1150～1700m，沖次4～6min-1，扭矩10.14～18.53kN·m，計(jì)算所需電機(jī)功率為3.19～8.73kW。

2.6.2 電機(jī)型號(hào)選擇

（1）標(biāo)準(zhǔn)井測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)井測(cè)試結(jié)果表明，雙驢頭抽油機(jī)與永磁電機(jī)組合時(shí)系統(tǒng)效率最高，而彎游梁抽油機(jī)與中、高轉(zhuǎn)差率電機(jī)組合時(shí)系統(tǒng)效率最高。

（2）電機(jī)選擇結(jié)果。依據(jù)上述分析計(jì)算及標(biāo)準(zhǔn)井測(cè)試情況，A油田定向井選擇15kW永磁電機(jī)，直井抽油機(jī)選擇8.5/17kW中、高轉(zhuǎn)差率雙速雙功率電機(jī)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效益

不同類型抽油機(jī)的載荷、扭矩及耗電情況見(jiàn)表1。

表1 不同類型抽油機(jī)的載荷、扭矩及耗電

以上數(shù)據(jù)表明：目前各機(jī)型均未超額定載荷和額定扭矩，利用該方法對(duì)A油田抽油機(jī)機(jī)型進(jìn)行了優(yōu)化，懸點(diǎn)載荷由88kN下降為54kN，下降了34kN；裝機(jī)功率由19.9kW下降為12.6kW，下降了7.3kW。采油工程投資節(jié)省3174.48×104元。目前投產(chǎn)的622口井，平均單井日耗電68kW·h，日節(jié)電71kW·h，功率利用率23.04%，系統(tǒng)效率7.29%。按日節(jié)電71kW·h，每度電0.5124元，年生產(chǎn)天數(shù)330d計(jì)算，622口油井年節(jié)約電費(fèi)746.74×104元。兩項(xiàng)合計(jì)創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益3921.22× 104元。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）低滲透油田開發(fā)過(guò)程中，產(chǎn)液量不增加或增加幅度較小。抽油機(jī)井初期最大載荷利用率、扭矩利用率可按滿載設(shè)計(jì)，即：Pmax≤0.95[P]，Mmax≤0.90[M]。通過(guò)這種方法選擇的抽油機(jī)，初期能充分發(fā)揮機(jī)采設(shè)備的抽汲能力，油田開發(fā)后期也不會(huì)滿載。

（2）應(yīng)用新型低滲透油田抽油機(jī)井選型方法，為低滲透油田降投資、節(jié)成本、增效益提供了有效的新途徑。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.011