油井系統效率評價及優化決策

孫振華 陳芳 辛輝

摘 要：據油田生產用電統計，原油生產（采油、注水、集輸）用電總量占油田總用電量的78%，抽油機井系統效率較低導致能耗費用在采油成本中占有較大比例。抽油機有桿泵采油系統具有結構簡單、裝置耐用、可靠性強、技術成熟的優點，約有92%的油井均采用這種方式生產。近年來，提高抽油機井系統效率已成為油田節能降耗、降低生產成本、提高經濟效益的一個重要工作。抽油機井的系統效率存在理論最大值和實際最大值。 系統效率實現率可以反映抽油機井系統效率的管理水平。對于準確評價抽油機井系統效率，發揮系統最大的潛能，為指導提高系統效率工作提供了有效途徑。

關鍵詞：機械采油;系統效率;評價系統;提升潛力

油田目前有油井多采用機械采油方式。如果油田能將抽油機井系統效率提高10%，不僅可以降低油田的開發成本，還可以緩解當前電力緊張局面。對比分析不同時期系統效率指標，發現僅以絕對系統效率值作為考核指標，由于沒有同一比較基準，不能準確反映機采系統投入與產出的關系。通過理論分析、實測計算表明，非均質油田抽油機井系統效率存在最大值。采用系統效率實現率指標，能夠在同一基準上評價系統效率管理工作，并量化抽油機井系統效率提升潛力，完善機采系統節能降耗考核指標。

1 問題的提出

油田每年建立節能示范區，以促進油田系統效率提高、降低能耗。為更好地促進系統效率的提升，油田把系統效率作為考核指標進行管理。若僅以系統效率值作為考核指標，從系統效率值上不能反映所做工作的效果。雖然每年油田投入了大量的人力、物力，經過了種種努力進行系統效率優化，但從每年的系統效率值上看這些努力和投入好象是白白浪費。

由此表明，僅用系統效率值來評判1口井、或1個區塊、或1個油田的系統效率管理工作，由于判斷的基準不一致，導致統計的系統效率值不能充分說明問題，也不能體現1個區塊、或1個油田的管理水平;并且也不能明確選取井類，采取有針對性的、提高系統效率的措施，以取得較好的效果。

2 系統效率評價指標選取

2.1系統效率定義

目前，對于抽油機井系統效率的定義多采用抽油機在提液過程中其有效功與系統輸入能量的比值，即抽油機工作時將液體舉升到地面耗能與電動機耗能的比值，即

由系統效率定義可知，在完成一定的生產目標的前提下，提高系統效率就是要減小系統無效做功、降低系統輸入功率或者提高系統的有效功率。對于某一口抽油機井，由于摩擦的存在，在機械機構中必然存在能量損失，因此系統輸入功率不可能無限制地降低，因而系統效率也不可能無限制地提高，其必然有一個最大值ηmax。同時，對于一定的地層條件，根據油井流入與流出動態研究，產量與舉升高度之間存在一定的關系，因此油井的產量不可能無限制地提高，必然存在一個產量與舉升高度的最佳組合。當產量、有效舉升高度及液體的密度一定時，該井的有用功則是確定的，故系統效率同樣也不可能無限制地提高，其必然有一個最大值ηmax。

2.2 系統效率評價指標

系統效率最大值是存在的，可以通過把抽油機井當前系統效率值與其最大值進行對比，形成一個統一的基準，縱向對比一個油田的系統效率，或者橫向對比多個油田的系統效率，就能進行有效的分析，得到一致的結論，從而真實地反映不同油井的能耗狀況和管理水平。本文利用系統效率最大值，通過抽油機井目前設備條件下的系統效率與其所能達到的最大系統效率ηmax比值來評價和對比系統效率工作，并把這個比值命名為系統效率實現率R，即

系統效率實現率可以用來評價抽油機井系統效率提升的潛力、節能的幅度，并可體現出各井在系統效率方面所做的工作的大小，系統效率管理水平的高低。

3 系統效率評價指標的計算

3.1 有效功率

某油藏巖石顆粒細小，儲層孔喉細微，物性差，儲層微裂縫發育，原始地層壓力低，壓力系數0.65～0.75，地飽壓差2.94～6.38MPa。從非均質油田油井IPR曲線（如圖1）及生產實踐表明：非均質油藏的滲流特征在井底流壓低于飽和壓力時，油井產液量并非總是隨著生產壓差增大而上升，當井底流壓降低到某一界限后，再降低井底流壓（增大生產壓差），其產液量不再繼續上升，而是轉為下降，說明非均質油田的油井產量不可能無限增大，存在一個最大的合理產量點Qmax，由抽油機井有效功率計算得到有效功率極大值Pemax。

3.2 輸入功率

鄭海金等人把抽油機井系統的各種損失功率劃分為地面損失功率Pu、黏滯損失功率Pr、滑動損失功率Pk。則抽油機井輸入功率為：

K為泵常數，m2/d;ηp 為泵效，%;Pd 為電機空載功率，kW;Fu 為光桿在上沖程中的平均載荷，kN;Fd 這光桿在下沖程中的平均載荷，kN;k1為傳輸功率的傳導系數;k2 為光桿功率的傳導系數。通過現場實際測試抽油機井當前系統效率值η，和通過式計算該井的系統效率最大值ηmax，把這數據代入可以得出該井的系統效率實現率。

4 優化實例分析

油田單井系統效率實現率計算可以看出：距其理論系統效率最大值差距最大，則其系統效率提升的潛力較大，可以通過流入動態研究，對其工作參數進行優化，使其達到一個較為合理的狀態。通過采取優化調整措施，系統效率均有不同程度的提高，措施調整后實現率較高，進一步進行優化調整提高系統效率的空間在理論上可行，在實際中則由于現場條件所限，已很難進一步提高。

增大系統效率的方法可以從兩個方面進行考慮，一是將有效功率增大，二是將無用功率減小。（1）上提泵掛，降低載荷.根據機采測試結果，油田在產井中沉沒度大于300米的井開展了優化設計。（2）優化抽汲參數，提高泵效。通過采用小泵徑、合理沖程、低沖次等措施，提高泵效，減小懸點載荷及扭矩，在保證產量不降的前提下減少能耗。根據機采測試結果，現場對抽汲參數過大的井合理安排優化參數，將Φ44mm管式泵更換為Φ38mm管式泵，沖次下調到2次/min，共實施18井次。（3）實施間開制度，保證供采平衡。油田有很多的低產低效的油井存在。這些井低產、低效、供液不足、沉沒度較低，電機的無功消耗非常大，而且工作參數較小，無加深余地的油井，結合液面、功圖等資料，對15口井采取油井間開的實施，減小開井的時間，縮減無功作業，降低油井能耗。（4）抽油機合理選型。作為機采井的主要設備，抽油機一旦選定后，一般后期不會更換，因此，方案設計過程中，結合油藏配產和油田采油工藝現狀，選擇合適的抽油機型號是至關重要的。同時，做好抽油機維護保養，定期進行抽油機維護保養。抽油機平衡度在80%-110%之間。

參考文獻：

[1]優化抽油機井系統設計技術的應用與展望[J]. 郭吉民，張勝利，郭磊，謝巍，曾令兵，劉鳳彩.石油鉆采工藝. 2016（S1）