郭紹群

（吉林油田公司油氣合作開(kāi)發(fā)公司 吉林松原 138000）

提高有桿泵系統(tǒng)效率技術(shù)的探索與實(shí)踐

郭紹群

（吉林油田公司油氣合作開(kāi)發(fā)公司 吉林松原 138000）

在油田開(kāi)發(fā)中機(jī)械采油系統(tǒng)效率是關(guān)系到油井抽油設(shè)備是否能夠高效、低耗的完成舉升任務(wù)。在當(dāng)前全國(guó)能源緊張的前提下，使油井舉升在不投入或很少投入的條件下，實(shí)現(xiàn)高效舉升是機(jī)械采油面臨的重要任務(wù)。本文從機(jī)械采油提高系統(tǒng)效率相關(guān)因素分析入手，詳細(xì)地論述了在油井舉升過(guò)程中，關(guān)鍵參數(shù)的評(píng)價(jià)和優(yōu)化的方法，為機(jī)采系統(tǒng)效率的提高提出了有效的途徑。

機(jī)械采油是全國(guó)陸上油田最主要的采油方式，機(jī)采系統(tǒng)效率的高低直接涉及到油田開(kāi)發(fā)的整體效益。目前，油井舉升費(fèi)用已占采油廠操作成本的40%；機(jī)采耗電已成為油田的耗能大戶。機(jī)械采油系統(tǒng)效率的提高，已經(jīng)是關(guān)系到油田今后能否實(shí)現(xiàn)低成本發(fā)展戰(zhàn)略的問(wèn)題。因此，提高機(jī)采系統(tǒng)效率其意義非常重要。本文比較系統(tǒng)地闡述了機(jī)采系統(tǒng)效率的評(píng)價(jià)、優(yōu)化方法和有針對(duì)性采取的措施。通過(guò)應(yīng)用提高有桿泵機(jī)械采油系統(tǒng)效率技術(shù)，達(dá)到有效降低采油成本，實(shí)現(xiàn)油田持續(xù)高效開(kāi)發(fā)的目的。

1 機(jī)械采油系統(tǒng)效率相關(guān)因素分析

1.1 系統(tǒng)效率定義

應(yīng)用機(jī)械采油方式是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳遞給井下液體，從而把井下液體舉升到井口。抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率就是系統(tǒng)所給液體的有效能量(有用功)與系統(tǒng)輸入能量（電機(jī)輸入功率）之比值。即：

式中 P有------ 油井的有用功率，kW；

P入------ 抽油系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)輸入功率，kW。

1.2 系統(tǒng)效率的分解

有桿泵舉升系統(tǒng)效率分為地面效率和井下效率。通常以光桿懸繩器為界分開(kāi)，懸繩器以上為地面效率；以下為井筒效率。在分析整個(gè)系統(tǒng)效率時(shí)采取分開(kāi)分析的方法，可十分準(zhǔn)確的進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.3 抽油機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律

抽油機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律指各節(jié)點(diǎn)其位移、速度、加速度等參數(shù)在以一個(gè)沖次為周期的變化規(guī)律，掌握其運(yùn)動(dòng)規(guī)律能對(duì)抽油機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行力學(xué)分析，進(jìn)而計(jì)算系統(tǒng)的能耗與效率。這也是評(píng)價(jià)系統(tǒng)效率的重要方面。

1.4 抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷計(jì)算

油井的懸點(diǎn)載荷可以看作一個(gè)以曲柄轉(zhuǎn)角為自變量的周期變化函數(shù)，一般參考書(shū)因沒(méi)有精確計(jì)算懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，所以只提供了最大懸點(diǎn)載荷的經(jīng)驗(yàn)公式。

對(duì)懸點(diǎn)載荷能產(chǎn)生明顯影響的因素：桿柱重力、液柱重力、桿柱慣載、振動(dòng)載荷、摩擦載荷。各項(xiàng)影響因素是不可避免的，在系統(tǒng)效率中是通過(guò)設(shè)計(jì)和優(yōu)化可以大幅度減少的。

2 機(jī)械采油系統(tǒng)效率的評(píng)價(jià)

系統(tǒng)效率的評(píng)價(jià)是提高系統(tǒng)效率的首要環(huán)節(jié)，通過(guò)評(píng)價(jià)可找出影響系統(tǒng)效率提高的主要問(wèn)題。并針對(duì)問(wèn)題制定有針對(duì)性的解決對(duì)策。一般系統(tǒng)效率的評(píng)價(jià)分為單井評(píng)價(jià)和批量評(píng)價(jià)。對(duì)于重點(diǎn)井、新工藝試驗(yàn)井、措施井要采取單井評(píng)價(jià)的方法。

2.1 單井評(píng)價(jià)的方法

單井評(píng)價(jià)就是通過(guò)測(cè)得單個(gè)油井正常生產(chǎn)時(shí)各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電參數(shù)和力學(xué)參數(shù)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)?？蓞⒖肌稒C(jī)械采油井系統(tǒng)效率測(cè)試方法》SY 5266-91。主要參數(shù)有：泵掛、泵徑、桿柱尺寸、動(dòng)液面、產(chǎn)液量、懸點(diǎn)載荷、電機(jī)功率、功率因數(shù)等。通過(guò)參數(shù)計(jì)算出井下效率、地面效率、電機(jī)效率等。最終找出影響系統(tǒng)效率的主要因素，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整。

2.2 批量評(píng)價(jià)的方法

對(duì)于眾多的油田采油井，也可采取批量評(píng)價(jià)的方法來(lái)解決系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)的一般問(wèn)題。批量評(píng)價(jià)就是將相關(guān)評(píng)價(jià)系統(tǒng)效率靜態(tài)資料、測(cè)試的數(shù)據(jù)形成相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)電腦軟件來(lái)進(jìn)行批量快速評(píng)價(jià)，并通過(guò)軟件逐步找出影響系統(tǒng)效率的主要因素，并采取相關(guān)的措施進(jìn)行調(diào)整，來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率的高水平管理。

3 提高機(jī)采效率的技術(shù)方法

機(jī)采系統(tǒng)效率的提高是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。涉及方方面面的環(huán)節(jié)，影響因素也較多。我們的調(diào)整從主要影響因素入手注重解決主要矛盾。一般來(lái)說(shuō)在機(jī)型一定的情況下影響系統(tǒng)效率的主要矛盾是地面和井下的工作制度。解決好這個(gè)矛盾，機(jī)采效率會(huì)得到較大幅度的提高。

3.1 工作制度的選擇和優(yōu)化

有桿泵井的工作制度是涉及系統(tǒng)效率的主要因素，從滿足油井抽吸入手，保證油井的流出和流入曲線相匹配。充分發(fā)揮地層的供液潛力，保證較高的生產(chǎn)能力，這是提高機(jī)采系統(tǒng)效率的前提條件。

3.1.1 確定合理的油井流入曲線

根據(jù)油井的IPR曲線確定合理的流壓。合理的流壓是充分發(fā)揮油井產(chǎn)量的基礎(chǔ)條件，也是提高井筒效率的重要因素。通過(guò)試井資料、滲流力學(xué)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)回歸、多層指數(shù)合成等諸方法計(jì)算出油井采液指數(shù)。但在具體的應(yīng)用中要結(jié)合油井井網(wǎng)的分布、壓裂造縫的影響等因素，并通過(guò)計(jì)算機(jī)建立井底IPR曲線，為確定合理的工作制度奠定基礎(chǔ)。

3.1.2 合理沉沒(méi)壓力的確定

合理的沉沒(méi)壓力是保證深井泵高效工作的重要條件，是提高井筒效率的重要因素，合理的沉沒(méi)壓力主要包括以下三方面的因素：(1)克服自由氣和溶解氣對(duì)泵效的影響;(2)第二、吸入部分（濾網(wǎng)、凡爾等）的阻力影響;(3)抽油管柱伸縮變形對(duì)泵效的影響。

自由氣對(duì)泵效的影響主要是在套管環(huán)形空間已經(jīng)出現(xiàn)油氣分離狀態(tài)，并占據(jù)液體的空間使泵效降低。沉沒(méi)壓力越高，占據(jù)的空間就越小自由氣影響也就越小。溶解氣也是隨著沉沒(méi)壓力的高低，出現(xiàn)油氣分離現(xiàn)象的大小。但是沉沒(méi)壓力過(guò)高直接反映為泵掛的加深管桿的增加，管桿彈性變形的增大反而影響綜合泵效。因此沉沒(méi)度的優(yōu)化是一個(gè)很重要的問(wèn)題。

3.1.3 對(duì)抽油參數(shù)（泵徑、沖程、沖數(shù)、泵掛）進(jìn)行優(yōu)化

對(duì)上述參數(shù)的優(yōu)化要遵循以下原則：（1）要設(shè)計(jì)每個(gè)舉升周期中有效舉升重量的比例最大；（2）盡量采用較大的沖程，而不是最大的沖程。

對(duì)上述參數(shù)的優(yōu)化要建立數(shù)學(xué)模型對(duì)抽油參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在優(yōu)化的過(guò)程中應(yīng)考慮如下因素：（1）減速箱一個(gè)沖程周期內(nèi)平均輸出扭矩和減速箱輸出軸角速度的乘積最低為目標(biāo)函數(shù)；（2）上述變量的變化對(duì)四連桿系統(tǒng)效率的影響、對(duì)抽油機(jī)內(nèi)應(yīng)力的影響；（3）抽油桿柱的振動(dòng)載荷、慣性載荷、摩檫載荷的影響；（4）上述變量的變化對(duì)井下沖程的影響。

下圖是扶余采油廠系統(tǒng)效率優(yōu)化的結(jié)果輸出畫(huà)面。

這是一個(gè)三維立體圖。X、Y代表沖程和沖數(shù)，Z代表系統(tǒng)效率，不同的線代表不通的泵徑。從計(jì)算機(jī)優(yōu)化的三維圖形來(lái)看，泵徑大的系統(tǒng)效率較高。

3.2 井下效率的提高

井下效率的提高也是提高機(jī)采系統(tǒng)效率的重要方面，主要有以下幾項(xiàng)原則：

（1）保證油井有充足的供液能力。對(duì)近井地帶有堵塞的井采取解堵的措施；對(duì)供液能力差的井采取合理調(diào)整注采關(guān)系等。

（2）在舉升管柱的設(shè)計(jì)上盡量采用直徑較小的高強(qiáng)度油桿，增大有效舉升的比例。

（3）減小舉升管柱的進(jìn)液阻力?？刹扇?duì)工藝管柱進(jìn)行酸化的方法，清除濾砂器、凡爾通道的無(wú)機(jī)垢沉積，保證在泵下的防砂工藝液流暢通。

4 結(jié)論

提高有桿抽油系統(tǒng)效率是一項(xiàng)嶄新的課題，我們就系統(tǒng)效率的評(píng)價(jià)和優(yōu)化取得了一些認(rèn)識(shí)，但這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。機(jī)械采油系統(tǒng)效率的提高是一個(gè)任重而道遠(yuǎn)的工作，需要今后在理論和實(shí)踐的研究上再做努力，也希望采油戰(zhàn)線的技術(shù)人員搞好技術(shù)交流和技術(shù)協(xié)作，把這項(xiàng)工作進(jìn)一步做好。

有桿泵；系統(tǒng)效率；技術(shù)