SAGD有桿泵舉升系統參數優化設計

摘要：在舉升系統設計原則下，結合A油田B井區實際生產狀況，建立了SAGD有桿泵舉升系統優化設計的流程，選取了舉升系統優化的目標函數，確立了約束條件以及目標函數的求解方法。優化設計了一口稠油SAGD井的舉升系統，按照系統效率最高的目標函數，確定了該油井的最優組合方案。

關鍵詞：SAGD;有桿泵;舉升系統

引言

有桿泵能在井筒流體溫度變化很大的范圍內正常工作，舉升能力可調范圍較大，機械性能可靠，免修期長，易于維修，舉升成本較其他類型抽油方式低，不論深井、淺井、直井、定向井都適宜，因此有桿泵舉升方法是目前應用最廣泛的注蒸汽熱采井舉升工藝。同時，對SAGD有桿泵舉升系統進行設計研究，必須要有設計基礎數據，這些數據主要來源于SAGD工藝的操作參數、現場的生產要求和設備的工作參數。

1 舉升系統設計原則

在SAGD有桿泵的舉升設計時，必須滿足在如下原則[1]下進行：

（1 ）結合生產需要，選取適合的抽吸參數，以便滿足所需產量;

（2 ）結合排量與泵深選擇抽油設備，使得系統具有較高的效率;

（3 ）采用滿足強度要求、適合的桿柱組合，確保抽油桿工作安全。

總之，系統參數的優選就是在設計原則下，根據現場生產情況選取合理的泵徑、沖程、沖次以及抽油機、抽油泵、抽油桿的最佳組合方案。

2 舉升系統抽汲參數優選

2.1 系統優化目標函數

經研究表明，若有桿泵抽油系統效率高[2]，那么油井的排量系數、產能也比較高，同時設備的利用率也高，經濟效益就高，故系統效率被用來衡量抽油機井綜合性的技術經濟指標。在進行SAGD的抽汲參數優選時，以系統效率為目標函數，桿柱組合與舉升抽吸參數為設計變量，則有：

而

則有：

其中：

式中：——系統效率;

——有功功率，kw;

——泵效;

——泵的理論排量，m3/d;

——泵徑，m;

——沖次，min-1;

——地面油氣比，m3/m3;

——沖程，m;

——泵吸入口壓力，MPa;

——動液面高度，m;

計算式可知，舉升系統效率的影響參數比較多，在對SAGD舉升系統的進行參數優化時，得考慮下面的約束條件：

（1）油井的配產條件

確保油井的實際產液量與配產相近，取，即

（2）抽油機的負荷條件

確保抽油機能夠正常工作，必須滿足：

懸點最大載荷不能超過最大許用載荷;

最大扭矩不能超過最大允許扭矩;有

（3）抽油桿柱的強度條件

采用修正Goodman圖來對抽油桿進行強度校核，有

2.2 模型優選與求解

將約束條件結合到目標函數中，則得到的優化設計數學模型為：

此模型為離散型變量的非線性有約束的優化問題，考慮到SAGD的抽汲參數系列能夠選取的數量有限，故可選用枚舉法來進行求解：

a、進行初步的優選，排除其中不合理的方案;

b、計算初選的方案，優選出滿足最大扭矩、最大懸點載荷、抽油機功率的最佳抽汲參數。

3 SAGD舉升系統設計實例

根據A油田提供的某SAGD稠油井的油藏基礎數據[3]，如表1所示，按照SAGD有桿泵舉升系統的設計原則和設計步驟，結合油田SAGD現場的經驗方法，設計該井的SAGD有桿泵舉升系統及其舉升參數。

稠油SAGD水平井的單井最高產液量預計為400t /d左右，泵效按照50%計算，泵的理論排量應達到800 t /d。根據長沖程、大泵徑、低沖次的原則，應選擇沖程8m、沖次3～5min-1、泵徑為120～146 mm的生產參數。在稠油SAGD水平井舉升系統中，由于液柱的重量是抽油桿重量的2倍以上，因此選用單級桿。根據初選的抽汲參數，進一步優選設計，設計計算結果如表2所示。

根據優化設計結果數據表以及抽油機的承載特性，泵徑為127mm和泵徑為120mm的參數組合最優的選擇型號為A油田的具有8m沖程的CCJ14-8-48-HF型塔架式抽油機。按照系統優化目標函數，輸出系統效率最高的結果，同時綜合考慮各組的安全系數、耗電功率、應力范圍比值以及實用性和擴展性，該油井最優的抽汲參數為沖次為5 min-1，沖程為8m，泵徑127mm，抽油桿直徑為25mm，鋼級為H級，單級桿柱，抽油機為塔架式抽油機CCJ14-8-48-HF，配備電機功率為55～75kW。同時抽油機配備變頻裝置，實現無級調速，以滿足油井不同生產時期的液量變化要求。

4 認識與結論

按照系統效率最高的目標函數，確定了A油田SAGD油井最優的抽汲參數為沖次為5 min-1，沖程為8 m，泵徑127 mm，抽油機為塔架式抽油機CCJ14-8-48-HF，配備電機功率為55～75 kW，抽油桿直徑為29 mm，鋼級為H級，單級桿柱。

參考文獻：

[1] 朱嬋;新疆油田蒸汽輔助重力泄油開采稠油研究[D].長江大學;2012年.

[2] 張浩.稠油水平井/蒸汽輔助重力泄油有桿泵舉升系統優化[D].中國石油大學 2010.

[3] 劉勇.蒸汽輔助重力泄油技術提高超稠油采收率研究[D].大慶石油學院，2008.

作者簡介：

楊行軍（1982-），男，2006年畢業于長江大學勘查技術與工程專業，學士學位，工程師，長期從事勘探開發地質研究工作