辽河油田-提高抽油机井系统效率技术的研究与应用

如题

提高抽油机井系统效率技术的研究与应用

余中红

（辽河油田分公司技术发展处 辽宁盘锦124010）

摘要 针对抽油机井系统效率低、浪费能源这一问题，试验应用了提高抽油机井系统效率技术。该技术依据井下产能情况对抽油井系统优化、以及抽油井井筒的杆、管、泵系统的优化，并将抽油机输入功率进行了合理的划分，以达到在一定产量情况下系统损失功率最低的效果；在保证产液量不变的情况下，降低生产能耗，提高抽油机井系统效率，延长油井检泵周期。多功能综合测试仪的研制与应用，为快速方便测试提供保证。现场应用结果表明，抽油机井系统效率平均可提高10个百分点以上，单井节电率15%以上，平均延长检泵周期1.7倍。

关键词：油井；抽油机；系统效率；测试仪；试验；应用

有杆泵抽油系统工艺简单、安全可靠，国内油田使用比例达到90%以上。但抽油机井系统效率

[1]

普遍偏低。据2001年石油行业统计结果表明，我国陆上各油田抽油机井平均系统效率为26.7%，而辽河油田抽油机井的系统效率更低，仅为18%左右；对100余口低产井、稠油井调查结果表明，机采效率仅为10%～12％左右。多年来，国内外一直很重视提高抽油机井系统效率的研究和试验工作，在减小无用功、地面抽油设备的损失功率、抽油系统的粘滞损失功率、滑动损失功率和利用气体膨胀功率方面做了深入细致的研究，开发出一系列优化系统效率的设计软件，取得了一定的节能效果，但总体设计理论和优化方法仍建立在传统的数学模型和经验公式基础上。本文提出了以抽油机井系统效率为目标值的抽油井生产参数优化设计技术，通过应用取得了提高系统效率幅度高、节电显著的效果，同时能有效地延长油井的检泵周期，增加油井产量。

1 计算模型的建立

抽油机井系统效率是指抽油系统在一段时间内（一个或几个冲程周期）用于举升液体所消耗的有用功功率与电机输入功率的比值。在一定的输入功率下要提高系统效率，必须降低无用功率；在消耗有功功率一定的情况下，要提高系统效率，必须降低系统的输入功率，即通过降低系统能耗来实现。

[2]

传统的抽油机系统设计主要是依据油井产能进行抽汲参数优选。该设计方法考虑影响系统效率的因素较少，仅根据产液量、动液面、油层深度、原油粘度、原油密度、含水率和油气比等7个参数对油井抽油系统设计。使得设计结果对提高抽油机井系统效率的幅度不明显。

而新理论是把有杆泵采油做为一个系统进行优化，综合考虑了13个动静态参数，依据井下产能设计出9个工作参数（抽油机机型、电机机型、泵深、泵径、冲程、冲次、杆柱组合、杆柱钢级、管径），对抽油井系统优化、以及抽油井井筒的杆、管、泵系统的优化，并将抽油机输入功率进行划分，以达到在一定产量情况下系统损失功率最低的效果。 1.1 油井供液能力与抽汲参数的函数关系

Q=f(P静，P流，P饱，s，n，H，D)

式中：Q为产液量，t/d ；P静为静压,MPa；P流为流压,MPa ；s为冲程,m；n为冲次,次/min；H为泵挂,m；D为抽油泵直径,mm。

1.2 抽油机采油系统输入功率的划分

抽油机采油系统输入功率划分为5个部分，即地面损失功率、粘滞损失功率、滑动损失功率、溶解气膨胀功率和有用功率，确定出五种功率与影响因素的函数关系式： 1.2.1 地面损失功率

Pd=f(W上，W下，s,n,P额)

式中：Pd为地面损失功率，kW；W上为上冲程悬点载荷，kN；W下为下冲程悬点载荷，kN；P额为电机的额定功率，kW。 1.2.2 粘滞损失功率

Pn=f(Q，fw,T地层，T井口，T地面，T蜡，H动，μ,H,D,Df,d,s,n)

式中：fw为含水率，％；T地层为油层温度，℃；T井口为井口温度，℃； T地面为地面温度，℃；H动为动液面深度，m； μ为原油粘度，mPa·s；Df为油管直径，mm；d为抽油杆直径，mm；Pn为粘滞损失功率，kW。

1.2.3 滑动损失功率

Ph=f(L斜，f擦，α斜，s,n,W杆)

式中：Ph为滑动损失功率，kW ；L斜为井斜段长度，m ；α斜为井斜倾角，(°)；W杆为抽油杆柱重量，

如题

kN。

1.2.4 溶解气膨胀功率

Pp=f(Q，β,P饱，P沉，P油)

式中：Pp为溶解气膨胀功率，kW；β为溶解系数； P饱为饱和压力，MPa；P沉为沉没压力，MPa。

1.2.5 有用功率

Py =f(H动，P油，P套，Q)

式中：Py 为有用功率,kW。 P套为套压，MPa。

1.3 输入功率、抽油机系统效率同各种功率的关系

η= Py/Pr×100%

式中：η为系统效率；Pr为输入功率，其大小为：Pr= Pn+ Pd+Ph+Py-Pp。 1.4 油井检泵周期同其相关因素的函数关系式 其关系式为：

T=f(Pn， Pd， Ph， Pp， Py，H)

2 结果及其分析

为了分析和评价抽油机系统效率优化设计理论对油井的适用性，采取了如下办法：先实测出正在生产油井中每口井的实际输入功率，然后再将实际工作参数输入优化设计软件系统，计算出每口井的输入功率，观察实际值与计算值之间的偏差，计算出相对误差。分析评价结果如下：60口井平均单井实测输入功率为9.39kW,系统效率为9.09％；理论计算平均单井的输入功率为9.85 kW,系统效率为9.65％。输入功率绝对误差为0.46 kW，相对误差为4.9％；系统效率绝对误差为0.56，相对误差为6.1％。部分井的系统效率的理论值和实测值对比情况见图1。

3530

系统效率/％

2520151050

7欢5-18欢6-512欢5-511欢5-512

双51齐14-9齐15-508欢606欢8-511817-5119齐16-5207齐18-5208齐1-5015欢6-5104齐1-015欢8-018侧

齐17-8

012欢8-欢9-欢17-102

井号

图1 系统效率理论值与实测值对比

根据相对误差的计算结果及系统效率对比曲线可以得出如下结论：

（1）从计算结果分析，相对误差较小，在误差范围内完全能满足现场生产需要，说明该技术理论设计结果与实际运行参数基本是吻合的，而且吻合程度较高。

（2）从图1中看出，理论曲线和实际测量曲线基本是重合的，说明用该优化设计技术对油井进行工作参数设计，其结果是可信的。

3 现场试验与效果分析

根据优化设计结果，编制了现场施工方案，先导试验现场实施60口井。重点做了以下几方面工作：

⑴根据优化设计结果编制了60口井的现场施工方案。

⑵严格杆、管的匹配，强化了优化设计井的现场跟踪，确保作业单位严格按方案设计要求的杆、管、泵的规格和数量进行施工。

⑶进行了电机改造。根据方案设计要求，将现用的37kW和45kW电机进行改造，改造成为22kW和24kW电机，共改造电机60台。

⑷更换电机皮带轮。根据不同油井方案设计中要求的冲次数的不同，加工和安装了不同规格的电机皮带轮60个。

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⑸对施工后的油井进行了相关的测试和资料录取。计算出60口井的系统效率，并对优化前后的油井产量、泵挂参数、检泵周期、冲程、冲次等资料进行了录取。详见表1。典型井示例见表2。

注：检泵周期为可对比的19口油井的数据的平均值

表2 提高抽油机井系统效率技术优化典型井前后测试评价

37 kW 和45 kW电机。

降低设备的磨损，延长三抽设备的使用寿命。由于设计的工作参数，使大多数油井降低了杆柱的重量，采取了小冲次的运行方式，因此，在相同的运行时间内，在产液量保持不变或略有增加的前提下，减少了三抽设备的运行频率，也就减少了疲劳破坏次数，减缓了振动载荷和冲击载荷对设备的影响，延长了设备的使用寿命。

为此近几年辽河油田规模推广了提高抽油机井系统效率技术，累计规模实施3452井次，成功率

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达到98%以上，实施井平均提高系统效率10%以上，4年年累计增油10.6×10t，节电6841×10kwh，单井节电率15%以上，平均延长检泵周期1.7倍。

4 多功能综合测试仪

为了规模推广提高抽油机井系统效率技术，需要一种对抽油机电参数进行快速、准确测量的仪器，根据测试结果对抽油机的节能效果进行前后对比，或者对抽油机的运行参数进行调节，实时获得调参结果，使抽油机达到最佳的运行状态。

抽油机井系统效率分析软件需要提供如下抽油机测试资料：抽油机功图、液面、一个冲程内有功功率、无功功率以及功率因素的实时记录，并且需要绘出各电参数对抽油机位移的变化关系曲线。

因此，有必要开发一种多功能综合测试仪，它主要把抽油机功图测试仪和抽油机电参数测试仪等组合起来，在一台仪器上完成系统效率分析所需的功图、液面、功率等参数的同步测试结果。TD01C 多功能综合测试仪采用“嵌入式系统合成技术”，应用了长距离、全天候的无线通讯技术，工作原理见图2。通过现场应用，取得了较好的效果，达到设计要求，可对抽油机井系统效率进行快速、准确测量。

5 结论

（1）提出以提高抽油机井系统效率为目标值的抽油井生产参数优化设计技术，取得了提高系统效率幅度高、节能显著的效果；同时该技术有利于改善抽油井抽汲工况、能有效地延长油井的检泵周期，增加油井产量。

（2）该技术的应用改善了“三抽”设备的运行工况，延长“三抽”设备的使用寿命。 （3）TD01C多功能综合测试仪能满足对抽油机井系统效率进行快速、准确测量。

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图2 TD01C多功能综合测试仪工作原理示意图

参考文献

[1]刘俊荣主编.辽河油田开发技术座谈会文集[M].北京：石油工业出版社，2002 [2]王鸿勋 张琪等编.采油工艺原理[M].北京：石油工业出版社，1981

作者简介：余中红，1965年5月生，男，汉族，湖北咸宁，工学硕士，现为辽河油田公司技术发展处高级工程师，中国科学院力学研究所在读博士。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ujb1.html