抽油机井合理平衡度界限研究与现场试验

2015-12-20 01:04孙艳大庆油田有限责任公司第二采油厂规划设计研究所
石油石化节能 2015年7期
关键词:冲程单井抽油机

孙艳(大庆油田有限责任公司第二采油厂规划设计研究所)

抽油机井合理平衡度界限研究与现场试验

孙艳(大庆油田有限责任公司第二采油厂规划设计研究所)

结合抽油机井生产实际,开展了抽油机井合理平衡度界限研究及现场试验,确定不同类型抽油机的最佳平衡度值以及合理平衡度区间;并针对供采协调井及供采不协调井分别采取相应的治理措施,通过合理调整举升系统参数,在提高单井平衡度的同时,进一步降低了能耗,为提高抽油机井整体平衡度合格率提供了借鉴。

抽油机 平衡度 技术管理

目前,油井举升方式主要以抽油机为主,若抽油机运转不平衡,会造成能耗相对增加,平衡度低于70%时与处于合理范围内相比,消耗功率增加20%以上,直接影响抽油机减速箱以及电动机系统效率和使用寿命。通过开展抽油机井合理平衡度研究,加大技术措施实施力度,取得了较好效果。

1 合理平衡度界限研究

抽油机井平衡度是影响整机工况和能耗的重要指标,但平衡度对于抽油机耗电的影响程度还不能定量。为此开展了抽油机井合理平衡度界限研究,指导平衡度调整工作,提高管理认识。

1.1 相同工况下平衡度对抽油机能耗的影响

依据1#抽油机井示功图,模拟不同平衡度下,减速器输出轴净扭矩曲线及对应的有功功率:在平衡状态下,电动机有功功率变化不大;在不平衡状态下,抽油机能耗提高。

以1#抽油机井为例,该井日产液1.5 t,含水21.0%,动液面1352 m;冲程2 m,冲速5 min-1,泵径Φ32 mm,泵挂深度1400 m;抽油机电动机功率22 kW。在平衡度60%、90%、110%、120%时,模拟了输出轴净扭矩曲线,见图1。

图1 不同平衡度的输出轴净扭矩曲线

结合理论研究,在该井进行了平衡度现场调整测试,从理论研究和现场测试结果分析,现场实测有功功率变化趋势与理论计算值趋势基本一致。

1.2 相同工况下抽油机机型对能耗的影响

在相同工况条件下,模拟了不同机型输出轴净扭矩曲线,以2#抽油机井为例,该井日产液5.5 t,含水65.3%,动液面1304 m;冲程3 m,冲速4 min-1,泵径Φ32 mm,泵挂深度1484 m;抽油机电动机功率22 kW。在平衡度95%时,模拟常规抽油机、异相抽油机、双驴头抽油机3种机型输出轴净扭矩曲线,见图2。

图2 不同机型的输出轴净扭矩曲线

理论研究及现场试验表明,抽油机的最佳平衡度区间为95%~100%,合理平衡度区间为85%~105%;双驴头抽油机较常规抽油机、异相抽油机分别节电11.1%、4.2%,节电效果较好,见图3。

图3 2#抽油机井不同平衡度有功功率关系曲线

2 提高抽油机平衡度合格率的措施

影响抽油机平衡的主要因素是悬点载荷与平衡配重位置的变化。在日常生产过程中变化单井液量、地面参数等因素,依据游梁式抽油机平衡扭矩与平衡特性,分析了冲程、冲速变化对单井平衡度的影响,见图4。

图4 冲程、冲速变化对单井平衡度的影响

由两图对比可以看出,冲程调整对单井平衡度影响较大,冲速调整对单井平衡度影响相对较小。结合理论研究及现场试验,针对供采协调井、供采不协调井分别采取相应的技术治理措施。

2.1 供采协调井

1)欠平衡井的技术治理措施。针对平衡块调到外侧仍不平衡的欠平衡井,通过调整地面参数、优化杆柱匹配组合措施进行治理,使平衡块调到头的不平衡井由年初的21口下降到目前的6口井,取得了较好效果。以3#抽油机井为例,该井措施前日产液13.0 t、冲程3.0 m、冲速7 min-1、泵径38 mm,属平衡块无法调整的欠平衡井。2007年4月对该井调整,在确保单井平衡度达到合理区域的同时,有功功率下降1.3 kW,系统效率提高3.7%,具体数据见表1。

2)过平衡井的技术治理措施。针对平衡块调到内侧仍不平衡的过平衡井,结合单井实际,通过预设平衡块的合理位置,依据公式计算出应调平衡块的质量,通过降低平衡块配重,达到治理过平衡井的目的。根据上、下冲程电动机做功相等原理,电动机电流和减速箱曲柄轴扭矩间存在正比例关系,则预先设定平衡块位置R,则W1可以通过公式求出:

表1 3#抽油机井优化前后效果对比

式中:

W1——应调平衡块在预定半径值时的配重,N;

R——预设平衡块半径,m;

S——实测驴头冲程,m;

IU、ID——驴头上、下冲程时最大电流,A;

Pmax、 Pmin——悬点最大、最小载荷,N。

3)举升系统优化技术。为进一步掌握抽油机井不同泵径、不同冲程、冲速匹配条件下,对系统运行状态,主要涉及到单井最大载荷、最小载荷、载荷比、最大扭矩,以及有功功率的影响,进行了抽油机举升系统参数合理匹配研究,供采协调的同时,在单井平衡度提高的条件下,进一步降低单井能耗,改善系统运行工况。

以4#抽油机井为例,该井措施前日产液9.3 t、冲程3.0 m、冲速7 min-1、泵径38 mm,属高冲速生产井。措施后日产液9.0 t、冲程3.0 m、冲速3 min-1、泵径44 mm,调整前后对比,单井平衡度提高2.6个百分点,有功功率下降3.3%,系统效率提高3.0%。针对高冲速生产井,在满足供采协调的条件下,通过优化调整,即作业换大泵降低冲速生产,改善了运行工况。截至目前共优化实施18井次,平均单井日节电24 kWh,平均单井系统效率提高了1.1%。

2.2 供采不协调井

1)地面参数匹配不合理井治理。依据单井模拟结果,地面参数调小后,有功功率下降较大;地面参数调整后,平衡随之变化,应对平衡重新调整,平衡度合格率为50%时较平衡度合格率为95%时有功功率增加4%左右。因此,针对部分井平衡度处于合理区域,但冲程、冲速匹配不合理,在调整地面抽汲参数组合后,及时进行平衡调整提高单井平衡度,在确保最优工况生产的同时,降低单井机采能耗。截至目前共计优化调小地面抽汲参数794井次,平均单井日节电18.1 kWh,平均单井系统效率提高了0.8%,调小参数井年可累计节电473.4×104kWh。

2)泵径偏大井治理。针对目前产液量较低,地面参数无调整余地的供采不协调井,作业中实施换小泵措施,一方面在提高单井泵效的同时,提高了系统效率;另一方面在确保单井在合理平衡度工况运转的同时,最大限度地降低了系统能耗。截至目前共计实施检换小泵89井次,平均单井日节电33.6 kWh,平均单井系统效率提高了1.2%,检换小泵井年可累计节电98.5×104kWh。

3 结论

1)依据不同平衡度时系统输入功率的模拟结果,确定不同类型抽油机的最佳平衡度为95%~100%,合理平衡度区间为85%~105%。

2)供采协调井,对于过平衡井及平衡井,通过合理调整举升系统参数,可进一步降低单井能耗。

3)供采不协调井,首先进行举升参数优化调整,在追求供采协调的同时,调整抽油机平衡,确保进一步降低单井能耗。

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.016

2015-04-02)

孙艳,工程师,1992年毕业于山东东营胜利石油学校,从事油气集输技术管理工作,E-mail:sunyan1117@petrochina.com.cn,地址:黑龙江省大庆油田有限责任公司第二采油厂规划设计所,163414。

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