高升油田提高机采系统效率综合技术应用

张朝升（辽河油田公司高升采油厂）

引言

高升油田位于辽河盆地西部凹陷北部，主要为稠油区块。随着开发时间的延长，产量呈现逐年下滑趋势，同时随着地层压力降低、油井供液不足，低产间出，结蜡、砂卡、油稠乳化等现象逐渐增多，造成机采系统设备参数与生产现状不匹配、耗能增加、效率降低等问题。

目前油田抽油机主要为14、16型等大型抽油机，电动机以75kW的居多，占总数的56.1%，抽油机的耗电量约占全厂总耗电量的70%以上。根据现场调查，有些低产井参数已下调到极限，功图仍显示严重供液不足，泵效低，耗能较高，由于油井出砂、结蜡、管杆偏磨造成部分油井功率损失较大，部分使用变频柜油井在达到规定冲速时的频率较高，没有达到节能效果。因此，配套完善抽油机综合节电技术，提高抽油机运行效率，合理有效地控制抽油机井的能耗，降低生产经营成本，提高企业经济效益，具有重要的意义。

1 工艺技术方案

1.1 管柱与输入功率优化组合方案

全面分析管柱的性能、工艺、井况和油气藏等适应性，为优化选择奠定基础。采用管柱力学理论，建立管柱优化选择方法，实现不同类型油藏不同开发阶段的管柱优化选择[1]：

1）将不同井况的各种管径、杆柱钢级、泵径与泵挂(对应科学的杆柱组合)、冲程、冲速一一组合，每一种组合对应着一种机采系统效率，即对应着一种能量消耗和一种管、杆、泵的投入与年度损耗。

2）分别计算出每一种机采参数组合所对应的输入功率及每一种组合相应的年度耗电费用，根据各种管柱、杆柱、泵的价格计算出每一种组合相应的年度机械损耗值，并考虑一次性投资的年利息；计算出每一组机采参数所对应的机采年耗成本。

3）以输入功率最低或年耗成本最低作为选择机采参数的条件，包括管径、管长、杆柱钢级、泵径、泵挂深度、杆柱组合、冲程、冲速等。

1.2 防砂技术方案

油井出砂作为影响机采系统效率的因素之一，采取针对不同出砂情况及出砂特点，参考历年来实施防排砂措施取得的经验，运用防、排相结合的方式，对出砂井实施防砂综合治理，确定如下防砂方案：

1）防砂泵适合出砂量不大的油井，最好应用于出砂速度小于0.5m/d的出砂井，对出细粉砂或含少量泥浆的油井，应用防砂泵也可以保证正常生产，但对于泥浆含量较大的井，则容易发生卡泵。

2）防砂筛管可用于出砂粒径大于0.1mm以上的油井，对于含有泥浆和出砂粒径小于0.1mm细粉砂的油井，必须采取其他防砂措施。

3）套管内防砂可以有效阻挡地层砂进入井筒，延长检泵周期，但对于含有泥浆的油井，容易造成筛管堵塞，影响油井供液。

4）抽油泵上保护装置能够有效地阻挡地层砂及细粉砂进入泵筒，适用于出砂量少的油井。油井出少量泥浆也可以考虑使用该装置。

1.3 防蜡技术方案

高升油田的稀油区块原油含蜡量高，导致油井杆管结蜡严重，平均热洗清蜡周期仅为30d，洗井后不但污染了油层且排水期较长，严重影响机采系统效率。针对这一情况，始终贯彻“以防为主，防清结合”的技术方针。

1）规模实施无污染洗井工艺，减少地层损害，缩短排液期。

2）优化洗井方案，根据生产状况确定洗井介质：

◇日产油量ϵ[20，+∝），采用油洗；

◇日产油量ϵ[10，20），采用油洗+水洗；

◇日产油量ϵ（0，10），采用水洗。

3）水罐工艺流程改造，目前3具水罐作为高温水罐（水温保持85℃以上），另外安装1具常温水罐（水温保持50～60℃），实现常温水和高温水分开，避免出现第一阶段温度偏高而第三阶段温度偏低的现象。

4）根据实际洗井效果结合作业情况，对洗井周期进行调整；减少洗井液用量；加快洗井返排。

5）根据油井结蜡情况合理选用磁化杆管技术、防蜡防垢增油装置、高磁场防蜡器和电磁防蜡装置。

1.4 防偏磨技术方案

通过对高升油田45口抽油井油管和抽油杆偏磨状况进行调查，发现造成油管和抽油杆偏磨的因素较多，情况复杂多变，有井身结垢、油井结蜡、油稠、工具使用不当等。针对不同情况分类制定了防止和减轻偏磨的技术对策：

1）对于泵上部分井段存在偏磨的油井，计算出杆柱中性点，中性点以下井段加密配套防磨器（每根杆1个），中性点以上井段根据狗腿度及现场偏磨情况适当配置。

2）对于偏磨井段较长的油井，实施内衬、涂层油管或抽油杆旋转器，避免防磨器配套不当影响措施效果。

3）对于狗腿度较大的井段，在防磨器的基础上适当配套少量防脱器，利用防脱器可产生摆角的机理，避免使用防磨器后偏磨位置发生改变。

4）针对泄油器以下井段防磨难度大的问题，在使用防磨器的基础上，在该井段应用高强杆或内衬油管。

5）对于高产液量、高含水油井实施长冲程、慢冲速的工作制度，避免杆管振动“失稳”加剧偏磨。

6）对于结蜡严重油井使用防蜡措施或应用防蜡防偏磨一体化技术，避免结蜡严重加剧偏磨。

1.5 地面节能采油设备的应用

目前游梁式抽油机因其结构简单、操作维修方便、使用寿命长等原因，仍为各大油田的主要采油设备，但其运动不平稳、能耗大，特别是在高升油田的稠油油藏的使用中系统效率较低，不能满足当前“节能降耗”的发展要求。基于这些情况，本着投入少、见效快的思想，在保证稳产的条件下，力求改造部位要少，且能达到显著的节能效果。

1）优选抽油机种类并合理匹配变频器，尽可能降低电动机空载功率。

2）电动机功率不匹配，抽油机频率较高的抽油机，更换电动机、皮带轮，以达到降低频率、提升效率的目的。

3）对部分低效高耗能设备进行更换，并在耗能较大的水套炉上安装温控器，以便控制耗气量。

4）安装机采在线监控系统，对油井实现实时监测，以便对油井各项参数进行实时调整。

5）对产液量低、供液能力差的部分低产井，在不影响产量的情况下，采用智能间开装置。

2 生产管理措施

油井优化后，区块整体机采系统效率会有显著提高，然而由于产液、产油及动液面等在一定时期后会发生变化，机采系统效率也会随之变化，所以油井优化后要根据生产状况动态调整参数，制定以下管理措施：

1）对系统效率下降的油井，找出原因及时调整运行参数，保证油井高效运行。

2）对由于检泵、上措施及其他原因作业的油井，转抽后要及时进行重新优化设计。

3）建立严格、合理的机采效率考核办法，加强对优化井的管理，以确保优化效果的长期有效性。

4）跟踪管杆偏磨的井深情况及磨损程度，结合井斜角、全角变化率对杆柱防偏磨方案进行校正。

5）缩短测试、设备保养等地面施工时间，减少停抽井次，避免造成卡泵。

6）优化洗井方案，根据生产状况确定洗井介质和洗井期间3个阶段所应达到的温度、排量。加强现场监督，跟踪热洗效果，分阶段录取温度、压力、排量、电流、回压等数据，结合功图情况，对热洗质量进行分析，对热洗周期进行调整。

3 结论与建议

2011年共完成系统效率优化81井次，系统效率由20.11%提高到23.22%，输入功率由9.23kW降至7.56kW；累计增油2100t，累计节电19.84×104kWh。

1）在满足生产工艺和设备的条件下，以机械采油井系统效率最高为目标函数的优化设计，是提高机械采油系统效率行之有效的方法。通过对管柱组合和抽汲参数的优化，得到了合理的生产参数，提高了系统效率。

2）泵效是影响机械采油系统效率的一个主要因素，可在优化设计过程中，根据不同井的具体情况，通过确定合理的沉没度、油管锚定以及采用加重杆和抽油杆柱设计等手段来提高泵效。

3）通过防砂、防蜡、防偏磨技术的应用，减少功率损耗，延长检泵周期，保证油井生产时效性，可大幅提高抽油机系统效率，达到节能降耗、降低采油成本的目的。

[1]郑海金,邓吉彬,唐东岳,等.提高机械采油系统效率的理论研究及应用[J].石油学报,2004,25（1）：93-96.