抽油井区块系统效率测试与计算方法研究

(中国石油新疆油田分公司工程技术处，新疆 克拉玛依 834000)

抽油井区块系统效率测试与计算方法研究

王济新

(中国石油新疆油田分公司工程技术处，新疆 克拉玛依 834000)

为了提高抽油井生产区块系统效率测试数据的准确性，降低费用，对数据测试和统计方法进行了研究。分析了目前由石油行业标准提供的方法在实际应用中存在的问题，根据抽油井系统效率监测的原理，提出了一种以生产区块耗电和产液的总量数据以及有效扬程、混合液比重、工作天数等平均数据为基础的系统效率计算方法。该方法通过加强区块产液量和耗电量的计量，可以有效地解决目前方法存在的一些问题，更客观地评价节能降耗技术的实施效果，提高抽油生产的管理水平。

抽油井；区块；系统效率；测试；计算；方法研究

目前，国内大多数油田采用人工举升(也称为机械采油)方式开采。近年来虽然螺杆泵、电潜往复泵等技术有了较大的发展，但有杆泵抽油机举升技术仍然占据着统治地位。新疆油田目前的有杆泵抽油井数量占总采油井数的95%以上，产量占总采油量的85%以上，抽油井用电量占油田生产总用电量的45%以上。抽油井是油田生产管理的重点和油田节能降耗的主要工作对象。

二十多年来，国内各油田积极开展提高抽油系统效率的工作[1-6]，并研究提高抽油系统效率对于降低能耗的影响[7-9]。在这些研究中，普遍使用系统效率测试方法来监测抽油井的系统效率和评价节能技术的应用效果。这种方法可以监测到抽油井瞬时的系统效率，由于是对单井进行测试，可以避免其它用电设备对监测数据的影响。该方法同时也被普遍用来监测一个区块(或生产单位，下同)的系统效率和能耗情况。但实践证明，用该方法获取区块的系统效率存在费用高、费时长和测试结果影响的因素较多等问题，因此有必要研究一种经济可行、准确度更高的新方法。

1 有杆泵抽油井系统效率的测试方法

1.1 系统效率测试和计算方法

石油行业标准[10]提供了抽油井系统效率的计算方法

(1)

式中η效率——抽油井系统效率/[%]；

N有效——有效功率，计算值/kW；

N输入——输入功率，现场实测值/kW。

系统效率测试布点和仪表连接点的位置见图1。以抽油机光杆悬绳器(图1中的3)为界将抽油井分为地面和井下两部分，分别测试地面和井下的分项效率。

图1 系统效率测试布点位置和仪表连接示意图

因此，抽油井的系统效率还可以表示为

(2)

式中η地面——地面效率/[%]；

η井下——井下效率/[%]；

N光杆——光杆功率/kW。

有效功率是将井下液体举升到地面所需的功率，计算公式为

(3)

式中Q——油井产液量/m3·d-1；

H——有效扬程/m。

(4)

式中Hd——动液面深度(斜井为垂直深度)/m；

Hx——油管吸入口深度(斜井为垂直深度)/m；

po——井口油管压力/MPa；

pt——井口套管压力/MPa；

ρL——油井液体密度/t·m-3。

ρL=(1-fw)·ρo+fw·ρw

式中 fw——原油含水率/[%]；

ρo——油的密度/t·m-3；

ρw——水的密度/t·m-3；

g——重力加速度，g=9.8 m·s-2。

光杆功率是光杆提升液体并克服井下各种阻力所消耗的功率，计算公式为

(5)

式中A——示功图面积/mm2；

Sd——示功图减程比/m·mm-1；

fd——示功图力比/N·mm-1；

ns——光杆实测平均冲次/min-1。

1.2 抽油井能耗计算方法

系统效率的测试数据可以用来计算抽油井的能耗值，现场主要使用以下两项能耗指标:

(6)

(7)

式中Mdy——每举升一吨油井液体的用电量，简称“吨液耗电”/kW·h·t-1;

Mbm——将一吨液体举升100 m的用电量，简称“百米吨液耗电”/kW·h·(100 m·t)。

1.3 区块抽油系统效率和能耗值的计算

(1)区块平均系统效率计算公式[10]

(8)

式中η区块——区块平均系统效率/[%]；

n——被测区块抽油井测试井总数。

(2)区块吨液耗电(Mdypi)计算

(9)

(3)区块平均百米吨液耗电(Mbmpi)计算

(10)

文献[11]提供了节电指标的计算方法，可以用来评价人工举升节能技术的应用效果。

2 目前测试和计算方法存在的问题

根据式(8)，一个区块的系统效率是各井测试数据的累计平均值。目前，油田上为了更好地掌握一个区块的抽油系统效率和能耗情况，一般的做法是加大测试工作量，用大量的单井测试数据来计算区块的抽油系统效率。在实际运用中发现这种作法存在以下问题:

(1)该测试方法并非适用于全部抽油井。一些特殊情况例如连抽带喷井、动液面在井口的井不适合用这种方法进行测试。对于适合测试的井，即便是按照分类抽样的方式选井，还会有相当一部分井不能进入测试的范围。经验表明，在大面积的测试中总会有一些油井得不到正确的测试结果。因此，多年来有人对抽油井单井系统效率的测试方法不断开展研究工作[12-14]。

(2)单井测试结果影响因素众多。现场测试很难满足行业标准的要求。例如标准中要求同步录取各项参数，但因条件所限，油井的产液量就很难做到同步录取，而这项数据直接影响到井下效率的计算。另外，单井测试的结果只是瞬时值，油井产液的稳定性和测试的时间对测试结果有很大的影响[15]。由于这些原因，现场对于在生产井上用系统效率数据来评价节能技术的效果、推算节能量的做法经常产生一些质疑。

(3)区块效率数值受到测试井数和选井方式的影响。图2是国内某油田测试井数与系统效率的数据。从图上可以看出，2002年由于测试井数大幅增加，当年的系统效率数值从28.89%下降到22.08%，下降了6.81%。

图3是对某区块测试数据重新整理后得出的井数与效率值的关系曲线，可以看出，随井数增加，区块的效率和能耗值都在变化。

图2 某油田抽油系统效率与测试井数关系曲线

图3 某区块系统效率与测试井数的关系曲线

同一区块的抽油井在选井时不同的组合也会得出不一样的系统效率数据。对某区块45口测试井的测试数据，每次选30口井共分6组重新计算系统效率和吨液耗电数据，数值随所选井的不同而变化，见图4。

图4 测试数据与选井分组的关系曲线

上述事例说明，测试井数的多少和选井方式直接影响到最后的计算结果。

(4)对抽油系统效率连续监测需要较大的投入。抽样测试所选的测试井数越多，则所测算的区块系统效率就越准确，但同时需要投入的人力物力和资金就越多。要确保及时掌握抽油系统效率情况，就必须保持经常性的测试费用投入，而长期大量的投入会增加油田生产的成本。

3 计算区块抽油系统效率的一种新方法

为解决上述问题，本文提出一种从区块整体的角度来进行抽油系统效率测试和计算的思路与方法。将一个区块作为一口抽油井来对待，用同一时间段内区块的总用电量、总产液量和平均有效扬程、平均混合液比重、平均工作天数等数据来计算区块整体的系统效率。与单井数据计算相比，公式中一些参数的计算方法要做一些调整。

公式(3)中的产液量按下式计算

(11)

式中QT——统计期内区块总的产液量/m3；

D——与统计期内产液量对应的油井平均工作天数/d。

公式(1)中所需的输入功率按下式计算

(12)

式中 WT——统计期内抽油生产总用电量/kW·h；

S——日工作小时，常开井按24 h计算。

单井有效扬程按式(4)计算，按式(13)计算平均有效扬程。当油井的沉没度不高时(例如动液面小于泵挂的10%)，可以近似地取区块全部抽油井的平均泵挂深度数据作为有效扬程

(13)

式中Hpi——平均有效扬程/m；

n——有动液面数据的抽油井数。

统计期可以是月、季度、半年或者一年。公式(3)中所需的混合液比重、压力等数据可以取区块油井的算术平均值。

4 算例

某区块年产液77 000 m3，有效扬程为750 m，混合液比重0.97 t/m3，油井年平均工作天数为330 d，抽油井的年用电量为710 000 kW·h，试计算该区块的抽油系统效率和能耗数据。

将该区块当作一口井，分别按照公式(11)、(12)、(1)、(6)、(7)进行相关计算。

5 新方法使用中的相关议题

(1)产液量和用电量数据的录取。这是本方法能够实际应用的关键。目前产液量(或产油量)是油田生产区块重要的考核指标，一般有较高的计量精度。而抽油井的用电量则一般是按照供电线路来计量的，一条线路可能穿过几个区块，区块用电量没有准确的计量数据。另外，区块内除抽油井用电外，还有计量站、转油站和油区保温等其它用电，这就要求完善生产区块的用电计量设施，对其它用电量采用单独计量等方法予以扣除。如果无法扣除其它用电量，此方法只能粗略计算区块的抽油系统效率和能耗数据。

(2)分项效率数据的计算。本文介绍的方法是用来计算区块总的抽油系统效率，如果要计算地面和井下的分项效率，可以使用同期的抽油井示功图测试资料计算出平均的光杆功率，再按照公式(5)、公式(2)等计算出区块的地面效率和井下效率。在使用该方法的同时，还可以按比例抽取区块中一部分抽油井用现行方法测试单井的系统效率，有针对性地采取提高效率的措施。

(3)两种方法的对比。本方法是用来统计一个生产区块内抽油井总的系统效率，而目前的测试方法是只选出一部分正常生产的油井进行测试和计算。因此，用这两种方法得到的区块系统效率数据会有一定差距。笔者认为本方法所计算的区块系统效率数据可能偏低，但数据更加真实。

(4)新方法对节能技术评价的意义。新方法可以统计出一个区块总的系统效率和能耗值，因而很适用于对大面积推广抽油节能技术的效果评价，避免仅通过单井测试数据评价总体效果所带来的弊端。而单井测试方法仍然可以用来做辅助的评价手段，例如测试的电流和有功功率等数据用于对比前后效果仍有一定的实际意义。新疆油田为了改进区块抽油井系统效率资料的获取方式，已经开始了相关尝试，在节能项目试验区块增设仪表，对用电量和产液量进行单独计量。

(5)新方法对加强生产管理的意义。抽油井的节能降耗不仅仅是推广节能技术的问题，生产管理中的许多工作，例如优化运行参数、调整抽油机平衡、设备维护以及日常管理(例如皮带和盘根盒松紧度调整等)都会影响到抽油井的能耗。加强这些日常管理工作的实际效果是降低抽油井的耗电量，如果有了对用电量比较准确的计量和对区块系统效率及能耗情况较为准确的计算，就可以很好地体现这些工作的实际效果，便于采取考核和奖惩等管理措施。

6 结论

(1)系统效率是反映抽油井用能效率的重要指标。目前所采取的用单井测试数据计算区块系统效率的做法虽然可行，但存在费用高、耗时长和统计数据受影响的因素多等问题，有必要探索新的计算方法。

(2)本文所介绍新方法的关键，是要获得与一个区块产液量所对应的用电量数据。目前许多油田尚不具备这样的计量条件，因此需要一定的改造性投入，完善油区产液量和用电量的计量手段。在单独计算区块抽油系统效率时，对于抽油设备以外的用电量应予以扣除。

(3)石油行业标准“SY/T 5264—2006油田生产系统能耗测试和计算方法”提供了一种适用于单井抽油系统效率的测试手段，虽然有一定的局限性，在目前仍然是开展抽油井系统效率和能耗监测的基础方法。在应用中要在测试的选井等方面予以完善。另外应继续开展对不适合该方法油井测试问题的研究。

(4)本文研究的区块系统效率计算方法理论依据充分、资料录取和计算的工作量和费用投入较小，可以较好地反映节能技术应用和抽油井日常管理的实际效果，十分有利于提高油田现场对抽油井管理的积极性，有着很好的应用前景，有必要做进一步的研究和推广。

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StudyontheTestingandCalculationMethodofSystemEfficiencyforaPumpingBlock

WANG Ji-xin

(Engineering &Technology Dept. of Xinjiang Oilfield Company, CNPC, Karamay 834000,China)

In order to improve the accuracy of system efficiency for a pumping block and to lower the cost of testing, some research work has been done for the testing and calculation of the pumping efficiency. Several problems of the present method provided by the oil industry standards have been analyzed.Based on the principles of efficiency testing of a pumping well, a new method has been put forward for the efficiency calculation according to the statistical data of power consumption, total liquid yield and the average data of effective head, mixture proportion, working days and so on. By the improvement of measurement for the power and the yield of a block, the problems can be effectively solved by means of the new way, which can also be used to evaluate objectively the effect of energy conservation technologies and to promote the management of pumping wells.

pumping wells;block;system efficiency, testing;calculation;method study

2013-10-14修订稿日期2013-12-07

王济新(1956～)，男，硕士，高级工程师,从事机械采油技术管理和节能技术推广等工作。

TE933:TK01+1

A

1002-6339 (2014) 04-0333-04