雍安娟(大慶油田有限責任公司第八采油廠)
外圍低產井地下間抽節(jié)能工藝探討
雍安娟(大慶油田有限責任公司第八采油廠)
隨著油田開發(fā)深入,地層供液能力逐年降低,投產時舉升設備偏大,能耗高泵效低;新建產能區(qū)塊儲量豐度低,單井產量低,如何經濟有效地進行開采是擺在我們面前的一項難題,采用地下間抽采油的方式,通過對井下間抽舉升方式優(yōu)化、液面自動監(jiān)測系統(tǒng)及配套清防蠟系統(tǒng)的研究,論述了地下間抽采油的節(jié)能配套工藝,為外圍低產油井高效合理舉升方式的優(yōu)選提供技術借鑒。
低產井 地下間抽 節(jié)能
大慶油田采油八廠隨著油田開發(fā)時間的延長,低效井每年以100口井以上速度遞增。2011年底日產液量小于1.5t井共有431口,占統(tǒng)計井數的16.4%,低效高成本生產井直接影響外圍油田開發(fā)的整體效益。
新區(qū)儲量豐度逐年降低、油水關系復雜,產能建設區(qū)塊分散,單井產量降低。扶余油層:儲層滲透率低,已經超過低滲透油田傳統(tǒng)開采工藝,經濟有效開發(fā)界限。如何經濟有效地開發(fā)這部分儲量是擺在我們面前的一項難題。
舉升工藝是將井下液體舉升到地面的過程。目前采用的舉升方式主要為有桿泵抽油機舉升、還有提撈、電潛柱塞泵及螺桿泵。
2.1 舉升原理
抽油機+有桿泵:上沖程時,固定閥打開,游動閥關閉,柱塞上行,液體進入泵筒。下沖程時,固定凡爾關閉,柱塞下行,推動液體頂開游動閥,將液體排出泵筒,進入油管,完成舉升。
電潛柱塞泵:直線電機定子與油管相連,動子在控制系統(tǒng)的控制下沿軸向往復運動,帶動柱塞往復運動,實現(xiàn)抽油舉升:下沖程時,固定閥關閉,柱塞下行,柱塞讓出的空間形成一個低壓腔,游動閥打開,液體經柱塞進入泵筒。上沖程時,游動閥關閉,柱塞上行推動液體頂開固定閥,將液體排出泵筒,進入油管,完成舉升過程。
螺桿泵:當電動機帶動泵軸轉動時,螺桿一方面繞本身的軸線旋轉,另一方面它又沿襯套內表面滾動,形成泵的密封腔室。螺桿每轉1周,密封腔內的液體向前推進1個螺距,隨著螺桿的連續(xù)轉動,液體螺旋形方式從一個密封腔壓向另一個密封腔,最后擠出泵體,完成舉升。
2.2 外圍舉升方式節(jié)能對比
2.2.1 抽油機舉升方式
隨著油田的開發(fā)深入,地層供液能力逐漸降低,投產時設備偏大、能耗高、泵效低。目前采油八廠抽油機井共2627口,平均沉沒度334m,平均噸液耗電63.5kWh;產量低于1.5t的低產井431口,平均沉沒度217m,噸液耗電141kWh,這部分井不能在合理流壓下生產,系統(tǒng)效率低、能耗高。目前抽油機井采用最小參數?32,沖程3m,沖速2r/min,30%的泵效每天可以舉升2.1t的液體,目前全廠有低于2.0t產液量的井770口,噸液耗電114kWh,高于全廠平均噸液耗電近80%,低產抽油機井建立不起供采平衡。
為建立供采平衡和節(jié)能,針對沉沒度在200m以下、產液量低于2t的井,采用間抽采油,即根據產液量、示功圖液面動態(tài)資料,制定生產工作制度,采用人工控制啟停機,但受環(huán)境因素和時間制約,制度執(zhí)行難度大。此外管內油停留時間長,壓差大,易結蠟影響油套管使用壽命。
2.2.2 螺桿泵舉升方式
螺桿泵舉升適用于稠油、含砂、高含氣井,產量范圍介于3~12m3的采油井,與抽油機舉升系統(tǒng)相比,能耗相對低,目前試驗的12口井,噸液耗電29kWh,平均動液面866m,檢泵周期269d,從目前試驗情況看檢泵周期短,舉升能力不足,不適于產液量低于1.5m3低產油井。
2.2.3 電潛泵舉升方式
電潛柱塞泵舉升方式適合于含蠟量低,產量范圍介于0~11m3的采油井。經過幾年的鉆研,電潛柱塞泵舉升配套工藝技術已日趨成熟,但目前配套清防蠟系統(tǒng)還不夠完善。
2.2.4 提撈舉升方式
提撈舉升是一種最直接、能耗最低的舉升方式,但是受環(huán)境、產量及含水等因素的影響,撈油效率低,影響油田開發(fā)效果。
因此為了適應油田開發(fā)需要及節(jié)能減排的要求,對于地產井需要探索一種新的低能耗的舉升方式。
將地下原油舉升到地面能耗最低而又不影響油田開發(fā)效果是舉升工藝追求的最終目標。評價能耗高低的指標是噸液耗電,即將1t的液體從地下舉升到地面所需要的能耗。理論計算是將1t的液體從1500m的地下舉升到地面,需要克服重力做功14700kJ,合4.1kWh。目前抽油機舉升方式噸液耗電65kWh,螺桿泵舉升方式噸液耗電29kWh,電潛柱塞泵舉方式噸液耗電14kWh/t,幾種舉升方式能耗都遠遠低于理想狀態(tài),為了盡量接近理想狀態(tài),提出低產井地下智能間抽的想法。地下智能間抽是一種不受地面影響、易操控不間斷間抽的舉升方式。最終將實現(xiàn)閉環(huán)控制:即數據自動采集、液面溫度自動控制、清防蠟系統(tǒng)自動控制;建立低產油井的供采平衡。
地下智能間抽技術是應用電潛柱塞泵舉升工藝,依據實時液面變化遠程控制電潛柱塞泵的啟停。根據每口井的具體情況,設定液面上下限,當液面深度達到設定的上限時,配套清防蠟系統(tǒng)自動送電,當溫度達到設定溫度時,電潛柱塞泵起抽,當液面達到設定的下限時,電潛柱塞泵停機,清防蠟系統(tǒng)自動斷電。該技術試驗成功后,摸索自動間抽停機時間,建立供采平衡,間抽到每次,即可以根據每口井的具體情況,沖速可以由1次降到0.1次,即10min內停9min,運1min,間隙采油。
3.1 地下間抽舉升方式節(jié)能優(yōu)化
目前采油八廠油田共有電潛柱塞泵井15口,其中包括10口直(斜)井和5口水平井,平均泵效達到78.5%,平均系統(tǒng)效率達到23.8%,噸液耗電14.4kWh,達到了節(jié)能降耗的良好試驗效果。電潛柱塞泵井地面無可動設備,無日常的維護、保養(yǎng)等工作,管理人員可通過無線監(jiān)控系統(tǒng)實時掌握運行狀況。因此,電潛柱塞泵是井下間抽舉升方式的較好選擇。
3.2 無線監(jiān)控系統(tǒng)的擴展
電潛柱塞泵井無線監(jiān)控系統(tǒng)經過近2年的研究攻關,已經基本能夠滿足目前生產管理需要,管理人員可以通過手機短信的形式向遠程終端控制系統(tǒng)問詢電泵井的運行狀態(tài),通過局域網查看電泵井的運行參數。下步需要進一步擴展,根據設定的液面上下限遠程調參和自動啟停機,并根據每口井的具體情況給電熱清防蠟系統(tǒng)自動送斷電,目前該系統(tǒng)正在研究中。
3.3 液面自動監(jiān)測系統(tǒng)的研究
監(jiān)測系統(tǒng)由動液面自動測量裝置、遠程傳輸裝置、數據接收裝置、計算機硬件系統(tǒng)和控制軟件等組成。其中自動測量裝置采用高響度發(fā)聲器件、高靈敏拾音器等關鍵器件,選擇衰減小的聲波頻率、結合數字濾波技術,設計制作回聲儀,保證其精度和靈敏度。
系統(tǒng)工作原理:動液面自動測量安裝在井口,利用回聲反射原理,通過定時發(fā)送聲波信號,測量油井液面深度,通過GSM/GPRS數傳電臺傳輸波形到后臺,計算機接收油井液面數據并進行處理,記錄存儲油井液面數據,與設定的液面上下限對比,用聲、光信號進行報警,配合無線監(jiān)控系統(tǒng)自動調參、自動啟停機。目前該系統(tǒng)已完成了回聲儀、遠程傳輸裝置、數據接收裝置的研制,并進行了發(fā)聲試驗,下一步將進入現(xiàn)場試驗階段,計劃現(xiàn)場試驗10口井。
3.4 間歇清防蠟工藝的研究
系統(tǒng)由地面變頻控制柜、井下絕緣短接、井下連通器、抽油桿、扶正器、桿密封器、電纜密封器組成。由抽油桿和油管構成回路,在抽油桿中通入變頻后的交流電,將電能轉變?yōu)闊崮?,加熱油管內原油?/p>
2012年4月份選擇了徐104-斜15井進行了現(xiàn)場試驗,徐104-斜15加熱井段設計900m,調整供電功率4W,連續(xù)供熱時,井口原油溫度為27℃,與試驗前比提高了10℃,連續(xù)加熱生產42d,未發(fā)生堵塞,日耗電96kWh。
采用間歇供電方式,減少能耗,摸索結蠟規(guī)律,確定加熱周期為10d內加熱3d,停7d,可保證正常生產,平均日耗電29kWh,徐104-斜15井一個加熱周期內電流變化情況見表1。
表1 徐104-斜15井一個加熱周期內電流變化情況
從現(xiàn)場試驗情況看,電熱清防蠟系統(tǒng)可以基本滿足電潛柱塞泵井清防蠟要求,但油井含水超過30%時,電加熱桿在井內預水造成短路,電加熱工藝無法正常工作。
4.1 投資對比
地面間抽系統(tǒng):應用H級高強度抽油桿?22+?19二級桿組合,油管采用外加大油管+J55平式油管組合(外加大油管800m,J55平式油管700 m),配電系統(tǒng)選用660V一體化拖動裝置;考慮投產作業(yè)費用、基建施工費用。
井下間抽系統(tǒng):泵機組、電纜、變壓器、監(jiān)控系統(tǒng)、電熱桿清防系統(tǒng)、油管及投產作業(yè)費用,全井采用J55平式油管,對比情況見表2。
從上述對比分析可以看,地下間抽系統(tǒng)與地面間抽系統(tǒng)相比,前期一次性投資相當。
4.2 運行及維護費用對比分析
按運行10年計算,從作業(yè)維護、設備維修更、運行維護及電能消耗等方面分別測算兩種舉升方式維護費用見表3。
地面間抽系統(tǒng):按照目前的間抽制度,每天運行20h,單井日耗電140kWh,采用加藥熱洗的方式進行清防蠟,年需要費用0.13萬元。
地下間抽系統(tǒng):電潛柱塞泵沖程1.23m,沖速3次,?44抽油泵,泵效按照90%計算,每小時排量0.3375m3,對于單井產量2m3,需運行6h,日耗電20kWh,電熱清防蠟系統(tǒng),日耗電24kWh。
表2 兩種舉升方式投資對比表
表3 兩種舉升方式維護費用對比表
從上述對比分析可以看,地下間抽系統(tǒng)與地面間抽系統(tǒng)相比,單井年節(jié)約費用1.3萬元。
1)隨著低產井數的逐年增加,地下智能間抽將是未來較好的節(jié)能舉升方式。
2)地下智能間抽是有效動用儲層豐度極低的扶余油層的最佳采油方式。
3)地下智能間抽系統(tǒng)易于管理,可以減輕工人勞動強度,提高工作效率,緩解油田人員緊張的問題。
10.3969/j.issn.2095-1493.2012.09.005
2012-07-07)
雍安娟,工程師,1998年畢業(yè)于石油大學(華東),從事機采管理崗,E-mail:yonganjuna@petrochina.com.cn,地址:黑龍江省大慶油田有限責任公司第八采油廠工程技術大隊機采室,163000。