低效抽油機(jī)井治理措施

陳偉平 閆靜 張慶生 張博銘（大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，薩南油田低產(chǎn)低效抽油機(jī)井有1210口，占抽油機(jī)井總井?dāng)?shù)的18.5%，平均系統(tǒng)效率僅為13.4%，低于平均水平16個(gè)百分點(diǎn)，如何實(shí)現(xiàn)低產(chǎn)井高效舉升，對(duì)于油田難采儲(chǔ)量有效開(kāi)發(fā)意義重大。通過(guò)對(duì)抽油機(jī)各系統(tǒng)的能耗狀況分析，從管理的范疇，以系統(tǒng)效率作為管理目標(biāo)使抽油機(jī)井的科學(xué)管理達(dá)到更高的境界。通過(guò)實(shí)施該治理措施可以實(shí)現(xiàn)用有限的投入來(lái)產(chǎn)出最大的效益。

1 抽油機(jī)井系統(tǒng)效率分析

1.1 系統(tǒng)效率理論計(jì)算

抽油機(jī)井系統(tǒng)的效率分為兩部分[1]，即地面效率和井下效率。以光桿懸繩器為界，懸繩器以上的機(jī)械傳動(dòng)效率和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率的乘積為地面效率，懸繩器以下到抽油泵為井下效率，即

式中：η地面為地面效率，%；P光為光桿功率，kW；P入為電動(dòng)機(jī)功率，kW；η井下為井下效率，%；P水為舉升液體所需功率，kW。

1.2 系統(tǒng)效率低效

通過(guò)系統(tǒng)效率理論，應(yīng)用系統(tǒng)工程原理，把抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)分成3個(gè)管理區(qū)，11個(gè)子系統(tǒng)。借鑒抽油機(jī)井的理論分析結(jié)果，統(tǒng)計(jì)近5年2萬(wàn)口抽油機(jī)井各子系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)效率的影響；通過(guò)計(jì)算得出相應(yīng)系統(tǒng)效率占比，對(duì)影響各子系統(tǒng)效率的因素進(jìn)行分析，給出相應(yīng)對(duì)策（表1）。

通過(guò)理論計(jì)算各個(gè)子系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)效率影響系數(shù)以及查閱相關(guān)資料，得出配電管理區(qū)對(duì)系統(tǒng)能耗影響占比27.5%，主機(jī)管理區(qū)對(duì)系統(tǒng)能耗占比28.5%，井下運(yùn)行參數(shù)管理區(qū)對(duì)系統(tǒng)能耗占比44%。

其中各個(gè)管理區(qū)塊中，對(duì)系統(tǒng)效率影響較大的有配電箱、電動(dòng)機(jī)、平衡、泵徑及供排關(guān)系的調(diào)整，合計(jì)對(duì)系統(tǒng)效率占比92.6%。

2 低效抽油機(jī)井原因分析及治理

2.1 配電管理區(qū)分析

配電管理區(qū)中主要節(jié)點(diǎn)是節(jié)能電動(dòng)機(jī)及節(jié)能配電箱。抽油機(jī)拖動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)是依據(jù)滿足抽油機(jī)曲柄旋轉(zhuǎn)扭矩[2]的要求來(lái)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)。

1）均方根扭矩的計(jì)算方法。依據(jù)凈扭矩曲線計(jì)算其均方根扭矩，即

式中： Te為均方根扭矩，kN·m；N為等分區(qū)間數(shù)；Tni為瞬時(shí)扭矩值，kN·m；i為時(shí)間，s。

例如：CYJY10-3-37HB的抽油機(jī)，其減速箱額定扭矩（曲柄最大均方根扭矩）為37 kN·m。

表1 抽油井能耗管理區(qū)分解及分析

表2 電動(dòng)機(jī)調(diào)整后結(jié)果

2）電動(dòng)機(jī)扭矩的計(jì)算方法表示如下：

式中：M為電動(dòng)機(jī)扭矩，N·m；P為電動(dòng)機(jī)功率，kW；nd為電動(dòng)機(jī)名牌轉(zhuǎn)速，r/min。

3）抽油機(jī)額定（實(shí)際）扭矩折算成所需電動(dòng)機(jī)扭矩的計(jì)算方法表示如下：

式中：Md為抽油機(jī)額定（實(shí)際）扭矩折算成所需電動(dòng)機(jī)扭矩，N·m；d為電動(dòng)機(jī)皮帶輪直徑，mm；D為減速器大輪直徑，mm；k為減速器總傳動(dòng)比（CYJ10-3-37HB， k=28）； n為抽油機(jī)沖速，min-1。

以上公式中只需滿足式（2）大于式（3）即M＞Md，就可保證電動(dòng)機(jī)與抽油機(jī)在最佳合理匹配狀態(tài)下運(yùn)行。

通過(guò)與采油隊(duì)結(jié)合，選取匹配不合理井24口；通過(guò)實(shí)施電動(dòng)機(jī)對(duì)調(diào)，平均單井系統(tǒng)效率提高1.4個(gè)百分點(diǎn)以上。

以2口井為例，從運(yùn)行情況上看，2口井的消耗功率都有所降低，系統(tǒng)效率有了一定的提高，其平均有功節(jié)電率達(dá)到了15.87%，取得了預(yù)期的效果（表2）。

2.2 抽油機(jī)主機(jī)管理區(qū)分析

抽油機(jī)主機(jī)管理區(qū)中影響系統(tǒng)效率較大的是平衡調(diào)整，平衡率[3]直接體現(xiàn)出電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。當(dāng)抽油機(jī)不平衡時(shí)會(huì)引起電動(dòng)機(jī)負(fù)荷不均勻，造成功率浪費(fèi)，降低系統(tǒng)效率。對(duì)平衡率在70%～110%之間的4678口抽油機(jī)井的電流進(jìn)行分級(jí)并對(duì)系統(tǒng)效率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，繪制出抽油機(jī)平衡率與系統(tǒng)效率的關(guān)系曲線（圖1）。

圖1 系統(tǒng)效率與平衡率關(guān)系曲線

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示電流比在84%～99%為最佳合理平衡率范圍（表3）。

平衡率過(guò)低或過(guò)高都將影響系統(tǒng)效率水平，統(tǒng)計(jì)分析抽油機(jī)平衡率低于83%時(shí)，系統(tǒng)效率低于合理區(qū)3.3個(gè)百分點(diǎn)；平衡率大于100%時(shí)，系統(tǒng)效率低于合理區(qū)3.3個(gè)百分點(diǎn)。

在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，通過(guò)電流法測(cè)試調(diào)整了25口井。當(dāng)電流法調(diào)整到合理區(qū)后，進(jìn)行功率法驗(yàn)證，確定了電流平衡率的合理區(qū)間為85%～95%。

2.3 井下運(yùn)行參數(shù)管理區(qū)分析

抽油機(jī)井下運(yùn)行參數(shù)管理區(qū)中，供排關(guān)系管理影響系統(tǒng)效率占比33.4%，可控空間非常大。通過(guò)系統(tǒng)效率計(jì)算公式可以看出，影響系統(tǒng)效率最大的參數(shù)即為動(dòng)液面，但液面越高，系統(tǒng)效率是否越好呢？現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)流壓控制試驗(yàn)證明，流壓即液面也有最佳合理區(qū)間。

2.3.1 合理流壓

統(tǒng)計(jì)流壓范圍在0.5～11 MPa之間的4957口抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率值得出系統(tǒng)效率與流壓的關(guān)系曲線（圖2。）

圖2 系統(tǒng)效率與流壓關(guān)系曲線

由表5可知，當(dāng)流壓低于2.5 MPa時(shí)，系統(tǒng)效率平均值為28.5，低于全場(chǎng)指標(biāo)1.5個(gè)百分點(diǎn)；當(dāng)流壓在2.5～7 MPa之間時(shí)，系統(tǒng)效率平均值為31.6，高于全場(chǎng)指標(biāo)1.6個(gè)百分點(diǎn)；當(dāng)流壓大于7.5 MPa時(shí)，系統(tǒng)效率平均值為26.9，低于全場(chǎng)指標(biāo)3.1個(gè)百分點(diǎn)。因此，抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的最佳流壓值[4]應(yīng)在2.5～7 MPa之間。

表5 系統(tǒng)效率與流壓關(guān)系

2.3.2 供排關(guān)系

抽油泵單日理論排量計(jì)算公式為

式中：Q——理論排量，m3；

D——泵徑，mm；

S——沖程，m；

n——沖速，min-1。

由公式（4）可知，在泵徑一定的條件下，抽油機(jī)的理論排量與沖程、沖速的乘積( )Sn成正比的關(guān)系。

統(tǒng)計(jì)不同泵徑的系統(tǒng)效率與Sn的關(guān)系并繪制曲線（圖3）。

表6 低效抽油機(jī)井調(diào)整措施前后對(duì)照

從圖3可以看出，?44、?57、?70、?83 mm的抽油泵對(duì)應(yīng)的Sn最佳值分別為23、21、19、18；隨著泵徑的增加，Sn的最佳值逐漸減小，因此得出：對(duì)于?57 mm及以下泵徑偏小的抽油機(jī)在沖速高的情況下系統(tǒng)效率值高，對(duì)于?70 mm及以上泵徑偏大的抽油機(jī)在采取高沖程、低沖速的運(yùn)行參數(shù)下系統(tǒng)效率值高。

2.4 低效抽油機(jī)井治理

在低效抽油機(jī)井?dāng)?shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)低系統(tǒng)效率、高能耗井通過(guò)節(jié)能技術(shù)組合應(yīng)用分析，優(yōu)化電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)組合設(shè)備；采取針對(duì)性的管理措施，加大設(shè)備和生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化調(diào)整力度，抽油機(jī)井能耗與系統(tǒng)效率指標(biāo)均有大幅改善（表6）。

3 結(jié)論

1）通過(guò)對(duì)抽油機(jī)井系統(tǒng)效率理論分析、生產(chǎn)數(shù)據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，科學(xué)合理地確定了抽油機(jī)系統(tǒng)調(diào)整措施的最佳匹配區(qū)間，對(duì)抽油機(jī)井日常生產(chǎn)節(jié)能具有指導(dǎo)性的意義。

2）目前低產(chǎn)低效抽油機(jī)井有1210口，占抽油機(jī)井總井?dāng)?shù)的18.5%，平均系統(tǒng)效率僅為13.4%，若能夠?qū)@些低效井進(jìn)行治理，抽油機(jī)井平均系統(tǒng)效率將提高3.07%，日節(jié)電71.6 kWh，具有廣泛的經(jīng)濟(jì)效益和推廣前景。

3）更換節(jié)能設(shè)備對(duì)抽油機(jī)井能耗的降低及系統(tǒng)效率的提升具有顯著的效果，建議在成本可控的情況下，繼續(xù)加大節(jié)能產(chǎn)品的使用力度，降低油田生產(chǎn)成本。

[1]王鴻勛.采油工藝原理[M].北京：石油工業(yè)出版社，1982：2-16.

[2]陳碧秀.實(shí)用中小電機(jī)手冊(cè)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1986：13-35.

[3]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].4版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：45-78.

[4]王洪勛，張琪.采油工藝原理[M].2版.北京：石油工業(yè)出版社，1989：56-61.

沙漠綠島石西油田