抽油机井沉没度与能耗关系的研究和试验

杨勇楠（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

抽油机井沉没度与能耗关系的研究和试验

杨勇楠（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

通过对合理沉没度与能耗问题的提出，计算出符合条件井的举升高度、吨液百米耗电、系统效率，并将其拟合为一口井；根据所有井的平均吨液百米耗电、平均系统效率和平均沉没度绘制出曲线，从而得出理论上合理的沉没度值。再将选出的井控制沉没度并绘制成曲线，进而得出合理沉没度区间。通过试验可知沉没度在200～250 m区间的平均吨液百米耗电较低并且平均系统效率较高，是较为合理的沉没度范围。

沉没度 系统效率 吨液百米耗电

降低抽油机井能耗是降低采油成本、提高油田开发效益的有效途径。要想充分发挥油层潜力，又要达到节能降耗的目的，必须将沉没度控制在合理的范围内。

目前，大庆油田第三采油厂抽油机井沉没度小于150 m的有433口，占抽油机井开井数的26.11%，沉没度大于600 m的有468口，占28.23%。沉没度过高，会造成抽油机的系统效率偏低，同时抑制薄差油层潜力的发挥；沉没度偏低，气影响严重会降低泵效，同时还存在液击现象，加剧抽油杆的振动弯曲，造成抽油机井偏磨、杆断的发生。

1 抽油机井沉没度与能耗的理论关系

系统效率和吨液百米耗电是衡量抽油机井能耗情况的重要技术指标，也是反映抽油机井设计和管理水平高低的一项重要指标[1]。

1.1 沉没度与系统效率的关系

系统效率：

式中：

Q——油井实际日产液量，m3/d；

H——实际举升高度，m；

ρm——油水两项混合液密度，103k g/m3；

___g——重力加速度，m/s2。

P有功——有功功率，k W。

机采井实际举升高度：

由上述公式可以看出：

1）抽油机井系统效率随抽油泵实际举升高度的增加而提高，对于泵挂深度一定的油井，若沉没度大，抽油泵实际举升高度降低，系统效率降低[2]。

2）沉没度小，实际举升高度虽然增大，但泵的吸入压力变小，泵效降低，产量下降，系统效率降低。

因此，要想提高系统效率，生产中要保证油井在合理的沉没度范围内工作。在满足泵沉没压力的条件下，尽量提高实际举升高度，即降低液面，但

式中：

H——实际举升高度，m；

Hd——油井动液面深度，m；

Po——井口油压，MPa；

Pc——井口套压，MPa。

油井动液面深度：式中：

Hd——油井动液面深度，m；

L——油井泵挂深度，m；

Hm——油井沉没度，m。整理得出系统效率公式：

需强调的是，动液面并非愈深愈好。因为，当泵深一定时，随着实际举升高度的增加，泵的沉没度逐渐变小，泵的吸入压力变小，会导致泵效下降，因此生产中要保证油井合理沉没度。

1.2 吨液耗电及吨液百米耗电

吨液耗电：

式中：

X——吨液百米耗电，k W h/102m.t

W——吨液耗电，k W h/t；

Q——油井实际日产液量，m3/d；

H——实际举升高度，m。

由上述公式可以看出：抽油机吨液百米耗电与抽油机井有功功率、举升高度及产液量有一定比例关系[3]。

式中：

W——吨液耗电，k W h/t；

Q——油井实际日产液量，m3/d；

P有功——有功功率，k W。

吨液百米耗电：

2 现场试验

2.1 用各项参数相近的抽油机井模拟一口井，找出在不同的沉没度情况下能耗与沉没度的关系

选井原则：首先将满足下列条件的抽油机井作为试验对象。

1）机型是CY J10-4.2-53H B；

2）泵径是70mm整筒泵；

3）杆径是22mm；

4）管径是62mm；

5）冲速5～7次。

理论计算：满足上述条件的抽油机井共有70口。将这些井现场同步量油、测试液面、有功功率、功率因数、油压和套压，计算出这些井的实际举升高度、吨液百米耗电、系统效率。将以上抽油机井以沉没度50m为间隔，划分为17个区间，一直到液面在井口为止。再分别求出每个区间所有井的平均吨液百米耗电、平均系统效率和平均沉没度。见表1。

表1 各沉没度区间系统能耗与沉没度数据统计表

根据各个沉没度区间的平均吨液百米耗电、平均系统效率和平均沉没度的值拟合成曲线，来分析抽油机井能耗随沉没度的变化特征。见图1。

由图1可见，随着沉没度的增加，吨液百米耗电先减少而后增加，在沉没度为100～350m处的平均吨液百米耗电较低，而系统效率随着沉没度增加而先增大后减小，在200～500m处的平均系统效率较高。

沉没度在100～500m范围内都是较为合理的范围，但既使吨液百米耗电较低又使系统效率较高的沉没度范围在200～350m处，是能耗最低系统效率最高的沉没度最佳范围。

2.2 单井利用变频器调整冲速以得到不同沉没度下能耗与沉没度的关系

选择B1-10-457抽油机井做试验井，进行单井测试。抽油机井泵况好、沉没度低、有变频控制器、产量高，有利于试验效果的观察与分析。

表2 B 1-10-457井沉没度与能耗关系试验统计表

微调变频器频率，尽量使沉没度变化在50m左右，在不同的沉没度下测量产液、液面、有功功率、功率因数、油压、套压，计算出吨液百米耗电、系统效率，用吨液百米耗电、系统效率见表2和沉没度拟合成曲线（见图2）来分析抽油机井能耗随沉没度的变化特征。

由曲线拟合图2可以看出，B1-10-457井沉没度在150～250m左右时系统效率较高，沉没度在150～250m左右时吨液百米耗电较低，B1-10-457井合理沉没度范围是150～250m，在200m左右的系统效率最高吨液百米耗电最低，最佳沉没度是200m。

3 几点认识

1）沉没度由低向高，吨液百米耗电先随着沉没度的增加而减少，在100～300m处出现拐点，然后随着沉没度的增加而增加。

2）系统效率先随着沉没度的增加而增加，在100～350m处出现拐点，然后随着沉没度的增加而减少，在液面到井口处系统效率为零。

3）每口单井的系统效率和吨液百米耗电的拐点位置不完全相同，但基本在平均拐点附近，符合平均规律。

4）沉没度在200～250m处的平均吨液百米耗电较低并且平均系统效率较高，是较为合理的沉没度范围。

[1]窦宏恩.提高有杆抽油系统效率的新理论与新技术[J].石油机械,2001,5:45-47.

[2]叶连波,刘玉梅.提高机采井系统效率的理论与措施[J].油气井测试,2004,4:15-17,106-107.

[3]叶鹏,盛国富,陆秀霞,等.抽油机井系统效率计算新方法及影响因素分析[J].国外油田工程,2004,12:44-46.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.05.007

杨勇楠，2007年7月毕业于东北石油大学，主要从事聚驱采出动态分析，E-mail：edgar1@163.com，地址：黑龙江省大庆油田第三采油厂工程技术大队三采室，163311。

2012-02-16）