抽油機井生產參數設計方法與優化調整對策

趙獻剛 田紅 韓榮華

【摘 要】針對抽油機井生產參數不合理造成能耗高、開發效果差的問題，分析了影響抽油機井系統效率的因素，提出了抽油機井參數優化設計方法。在產液量不變的前提下，結合油井的實際生產狀況，合理優化機、桿、泵等抽汲參數，優選出一套最適合油井的生產參數，達到了提高機采井系統效率、節電降耗、降低生產成本的目的。

【關鍵詞】抽油機井；生產參數；設計方法；優化調整；對策

油田開發中，油井生產參數不僅影響油井產量，還影響能耗。調整生產參數是以降低生產能耗、設備損耗、調整開發狀況以及協調供排關系為目的，通過對比生產參數調整措施前后生產數據，可以找出了調整參數對油井產量和含水影響的變化規律，抽油機井調整參數后產量和含水都會相應發生變化，為抽油機的技術管理提供了可行依據。

1、抽油機井生產參數設計原理與方法

1.1設計原理。抽油機井參數優化方法在理論上總體設計思路是：將有桿泵抽油系統輸人功率合理地劃分為有效功率、地面損失功率、井下粘滯損失功率、井下滑動損失功率、溶解氣膨脹功率5個部分，確定各種功率與影響因素的函數關系式，建立油井在各種不同物性參數、井斜參數、設備參數、生產參數條件下所對應的輸入功率的數學計算公式。通過油田生產動、靜態參數，設計出包括電機、管徑、管柱鋼級、桿柱組合、沖程、沖次、泵徑和泵掛等檢、下泵技術參數，根據上述設計結果編制出現場施工方案。

1.2設計方法。在產液量確定的前提下，以最低輸人功率為設計原則，具體參數設計方法為：（1）將各種管徑、桿柱鋼級、泵徑與泵掛、沖程、沖次等一一組合，每一種組合對應著一種系統效率，即對應著一種能量消耗和管、桿、泵的投入與年度損耗。（2）根據建模公式分別計算出每一種機采參數所對應的輸入功率，得出每一種組合相對應的年度耗電費用。（3）以年耗成本最低的機采參數（管徑、管長、桿柱鋼級、泵徑、泵掛深度、桿柱組合、沖程、沖次）為最佳參數組合。

2、抽油機井生產參數的優化調整對策

生產井抽油系統參數對其抽汲效果、免修期、能量損耗都有很大影響，以往油田中常規的做法是“中等沖次、自然泵徑”，但這種方式的的系統效率低，管桿磨損大，而且隨著油田的開發，高含水、提液井的增加，“長沖程、大泵徑、低沖次”這種組合方式能夠提高機械采油的系統效率，而且能夠大大減小目前嚴重影響油田開發的偏磨問題。

2.1沖程的優選。增大沖程可以提高泵效，但并不是沖程越長越好，對于∮70mm以上的大泵徑來說，由于其泵掛深度一般較淺，沖程損失小，而且大多采用機型較大抽油機生產，基本都能滿足生產需要，對于小泵徑生產的油井，在生產允許的范圍內，可將抽油機的沖程調至最大。采用長沖程有以下優點：沖程大可按比例的增加泵的排量，在井內液流充足的條件下，可以降低動液面以提高油井產量，沖程增加后，由于減少了防沖距與沖程的比值，因而減少了氣體的不良影響，可以提高抽油效率，活塞移動速度快，對于已受到磨損的泵，可以減少液體的漏失量，同時在某種程度上延長抽油泵的使用壽命。

2.2泵徑的優選。抽油泵生產效率與抽油泵的柱塞面積（泵徑）有關，當沖程損失量為抽油機光桿沖程的一半時抽油泵的效率最高，現場選型時不能盲目選用大直徑的泵，應依據下泵深度和實測的示功圖對比分析，當實際泵效大于60%時，才可以加大泵徑。

2.3沖次的優選。沖次指在抽油機井中，抽油桿每分鐘上下往復運動的次數。現在油田上用的抽油機，沖次都在4次以上。產量高的油井，喜歡沖次高的抽油機。因為產液量大，沖次跟不上趟，就是“小馬拉大車”，影響產量。但是低產井的抽油機如果沖次降不下來，屬“大馬拉小車”，常常會出現空抽現象，抽油機的效率就會降低。根據近年來的現場實踐和理論研究，大泵徑、小沖次更適合現場的應用，在系統參數的實際選用時，當油井產液量、動液面、泵深確定的情況下，先確定油井的沖程。在沖次泵徑平方的乘積成定值時，如何選舉這兩個參數，原則上不宜采取過低的沖次和過大的泵徑，因為這樣會使沖程損失太大，而且漏失的影響也會十分嚴重。

2.4供液不足井調小參數（沉沒度小于50m）。對于供液不足的井，為了改善供排關系，達到供采協調的目的，對沉沒度泵效較低的14口井調參數。平均單井日降液1.8t，日降油0.79 t。這部分井產液量變化不大，產油量略有下降，沉沒度由原來的平均22.8m上升到目前的86.8m，上升了64m；綜合含水由原來的83.6%上升到87.1%，上升了3.5個百分點。流壓由1.55Mpa提高到2.09Mpa，上升了0.54 Mpa，供排關系得到了改善。

2.5優化參數提高抽油機井系統效率。要提高單井的系統效率，必須找到產量與沉沒度的最佳結合點，進而合理匹配生產參數。我們根據單井生產情況，在保證油井最佳產能的前提下，確定合理的沉沒度，對部分井進行了參數優化。油機井上提泵掛的優化措施通過在檢泵中優化泵掛深度設計，在不影響單井生產能力的情況下，采取了上提泵掛措施，在降低抽汲負荷的同時，確定合理的沉沒度，達到節能降耗的目的。

抽油機抽汲參數的優化：針對參數偏大區及負荷超載區的井，采取調小參數措施，使動液面恢復到合理范圍，在減少設備損壞的幾率的同時，也達到了節能效果。

2.6優化油井工作制度。對“低泵效、低產量、大沖次”供液差油井，在不影響產量的情況下，優化生產參數降低耗能。對含水大于99%、產量低的油井實施計關，提高生產效益；對間歇出油井摸索生產規律，實行間開生產；對“供液充足、泵徑小、泵掛深”的油井，實施“下大泵、上提泵掛”措施，提高生產能力。

3、抽油機井生產參數優化效果評價

根據隨機選取優化井的節能測試數據，結合優化前后消耗功率和系統效率曲線圖的變化趨勢進行技術分析。

3.1電機輸入功率降低，能耗降低。在產液量不變的前提下，降低電機輸人功率是提高系統效率、降低電能消耗的技術關鍵。通過對比優化前后單井噸液耗電變化曲線可知，優化后單井噸液耗電降低，由于個別生產井的生產水平略有波動，使得能耗也有上下波動，但整體能耗表現為下降趨勢。

3.2產液量基本保持不變，系統效率提高。優化后生產井的產液量基本保持不變，且略有上升。通過系統效率的變化曲線可知，單井系統效率略有波動，但整體還是保持上升的趨勢。

3.3抽油機井交變負荷降低，沖次降低。通過整體參數優化技術的實施，平均最大載荷由62.61 kN下降到55.40 kN，降低了7.21 kN；平均最小載荷由27.16 kN上升到29.32 kN，提高了2.16 kN；平均沖次由6.59 min-1下降到5.92 min-1，降低了0.67 min-1.交變載荷的降低，慢沖次抽汲，減緩了桿、管及泵的磨損和疲勞速度，能夠使設備運行平穩，有利于延長油井的檢泵周期。

4、幾點結論

（1）抽油機井上調參后，抽油機井的負荷和扭矩利用率增大，在理論排量增加幅度相同的情況下，調沖次的負荷和扭矩利用率比沖程要增加很多，因此在沖程有余的情況下，應優先調整沖程。

（2）抽油機井的沉沒度治理工作可以實現增產增效，合理的沉沒度可使油井正常生產，減少異常井發生頻率，降低檢泵率。

（3）“長沖程、大泵徑、低沖次”組合方式更適合油田目前的生產需要，系統參數整體優化后應根據現場生產情況進行合理調整，最大限度的提高系統效率。

（4）生產參數優化后抽油機井的沖次普遍降低，減小了交變載荷對桿管的沖擊，電能損耗降低，提高了泵效，可有效延長抽油機整體工作壽命。

【參考文獻】

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