变频技术在超稠油井生产管理中的应用

摘要：采油作业六区超稠油自1999年投入开发以来，随着生产周期的不断增长，超稠油井汽窜、套坏、出砂等矛盾日益突出，严重制约超稠油开发管理。超稠油井放喷末期，接力泵额定排量与油井实际产量相差大，生产末期油井抽汲排液能力大于油井供液能力时，抽汲系统的工况及抽汲效果变差。使用变频技术则是抑制油井汽窜、出砂，控制生产压差，解决接力泵额定排量与油井实际产量之间的矛盾，协调油井供、排能力的有效办法。文中介绍了变频技术原理，变频技术现场应用过程及效果，展现了变频技术在超稠油井生产管理中的应用价值。

关键词：汽窜 出砂 生产压差 变频技术 现场应用

1.前 言

在有杆泵抽油系统中，当油井完井后，动态调整抽油机冲次是改变抽油机井工作参数最简单、有效、快捷的方式。冲次的调整往往是通过人工更换电机皮带轮或者使用可调速电机来实现，但冲次也只能局限在4min-1、6min-1之间，而且频繁更换皮带轮工人劳动强度大。另外超稠油井末期放喷，接力泵额定排量与油井实际产量相差大，导致平稳放喷困难、易造成油层激动出砂。目前我区抽油机井最小冲次平均为5min-1,致使很多汽窜、出砂油井、生产压差得不到合理控制，供液不足井（低产开）供、排能力不相协调。变频技术实现了放喷接力泵低排量运行，抽油机的低冲次和无级可调冲次，可以方便的实现油井平稳放喷、合理控制汽窜、出砂油井生产压差，

协调低产井供、排能力，改善抽汲系统的工况和效果。

2.变频技术原理

变频技术是随着电子技术的发展而逐渐成熟并广泛应用于电动机的一种新技术，在降低电动机功耗，改善其运行状况中取得了显著的效果。在电机设计中为了充分发挥材料的性能，保持磁通量不变，需要电机工作在电压与频率之比为恒定值状态，因为电机功率与电压成正比例，所以不难证明功率与频率也成正比。因此，下调频率可以降低电机的输出功率，从而达到降低油井生产冲次的目的。

3. 现场应用及实施效果

2006年以来，采油作业六区已经实施了115井次放喷接力泵变频及52井次抽油机变频试验，展现了良好的生产管理效果，主要表现在以下个方面:

3.1超稠油井末期平稳放喷，抑制地层出砂

传统的超稠油放喷井管理中，直接采油接力泵生产，对温度、液量控制十分困难，往往因传统接力泵排量过高（额定排量20m3/h）或无排量造成温度和液量突然升高或降低引起油层激动出砂或者砂埋油层，而且接力泵磨损严重、电机损坏频繁维护成本居高不下。

应用变频技术有效解决了接力泵现场使用存在的问题，主要体现在以下几个方面：

（1）通过变频调节接力泵电机的转速，达到平稳控液的目的，解决了启泵后瞬间高液量造成油层激动出砂。

（2）有效避免接力泵空转，减小接力泵运行时的震动载荷，从而减少接力泵磨损及泵上仪表的损坏率，节约大量维修费用。

（3）超稠油井粘度高，特别是在冬季时使用工频启动时，电流过高，容易以引起过载烧毁电机，使用变频技术则能有效解决这一矛盾。

（4）通过频率调节，能大量的节约用电，实现“降本增效”。

3.2严防倒井，延长油井检泵周期

（1）稳定流体产出速度，形成自然砂桥控砂。自然砂桥控砂主要是通过变频技术降低油井生产冲次，控制油井产量来稳定流体产出速度，在射孔炮眼处通过自然过滤堆积形成稳定的砂桥，进而阻止砂粒迸入井筒防止砂卡泵，这种方法称为自然砂桥控砂技术，其技术关键是控制好油层流体流速不能超过破坏砂桥的“临界流速”。 “临届流速”的确定针对各个单井各不相同，目前尚处在摸索阶段，我区通过摸索初步把严重出砂井液量控制在20m3/d左右，取得了一定的防砂效果。曙1-030144井是一口出砂、汽窜严重油井，上周期平均检泵周期仅为16天，通过变频技术的应用，有效降低了油井生产冲次（2.3 min-1），将该井初期产液由原来的平均35m3/d降至目前的平均18m3/d。

（2）由于抽油机冲次的降低，大大减小了泵的磨损次数，减轻了液面撞击，从而以提高泵效，改善泵的工况。同时，机杆泵管的循环应力次数成倍降低，可以减少机杆泵管的惯性载荷、冲击载荷。大部分抽油杆断脱是由于劳损坏造成的，冲次的降低可以大大延长抽油杆的使用寿命。

3.3防窜开井，提高油井生产时率

（1）合理控制生产压差，水中取油，超稠油井排水期过长一般分为两种原因：一是受汽窜影响，现场汽窜多发生在多周期吞吐后，在某个方向上的井于井之间可能形成了高含水热通道，此时从注汽井注入的蒸汽冷凝水发生粘性指进，即热水很快窜到生产井，导致生产井高含水生产。利用变频技术，降冲次控制生产压差生产，关闭井间或缩小井间热通道转移汽窜能量，不仅可以恢复受窜井采油能力，在某种意义上来说还可以有效利用汽窜达到增产的目的。例如，杜84-32-176井于下泵开井正常时平均日产液40m3/d，产油15m3/d连续生产45天后受杜84-32-178井注汽影响防窜关井，12月3日开井后采用抽油机最低冲次4 min-1连续生产47天，始终高含水平均日产液量40 m3/d，平均含水高达97%。二是油层出水，地下水的流动性要好于超稠油的流动性，因此，高冲次、高压差生产会导致地层水优先于油被采出地面，井口表现为油井排水期过长。利用变频技术，降低生产压差使井下油水界面重新分布，抑制水层、发挥油层从而达到油井增产、缩短排水期的目的。

（2）汽窜井实现低冲次生产，提高油井开井时率。传统的汽窜井管理法是提前关井，这种方法的缺点是很难把握汽窜井的开、关井时机，影响油井周期产量。 采油作业六区在水平井注汽期间共有馆陶防窜井45口，按照以往管理经验其中有2口井需提前关井，我们充分利用变频技术对汽窜油井采取不关井生产，控制生产液量，防止了地层激动出砂，提高油井的开井时率。

4.结论

应用变频技术是保证超稠油井末期平稳放喷，合理控制生产压差，避免油层激动出砂，提高汽窜井开井时率，延长油井检泵周期，协调低产井供、排能力，节能增效，改善抽汲工况的有效途径，具有很好的应用前景。

参考文献：

[1]罗英俊等，采油技术手册.第3版.北京：石油工业出版社，2005.3

作者简介：丁志河（1977-），男，助理工程师，2002年毕业于大庆石油学院，现任采油作业六区管理组长。