能耗值在油井生产中的应用探讨

邢勇军 （大庆油田有限责任公司第二采油厂）

能耗值在油井生产中的应用探讨

邢勇军 （大庆油田有限责任公司第二采油厂）

从动液面深度、井筒清洁程度、能耗测试位置和现场设备运转参数多方面进行分析，归纳出油井能耗值的影响因素，提出了通过系统效率判断能耗值正确与否的方法。在能耗曲线的应用方面，提出泵漏失井和间歇出液井能耗曲线呈现波浪型，判断井筒结蜡状况，延长热洗周期。通过能耗数据和曲线判断井口设备故障，利用能耗曲线加强现场管理，使得能耗值在油井生产中发挥最大的作用。

能耗值；能耗曲线；动液面深度；井筒清洁程度；油井参数

1 影响油井能耗值的因素分析

1.1动液面深度

油井在进行能耗测试时，主要通过测试有功功率来计算单井的日耗电量。有功功率的大小与动液面深度直接相关[1]。当动液面深度小时，将流体举升到井口所需要的能量小，有功功率低。

以某井为例，该井在2009年4月9日测试，动液面为707 m，测得的有功功率为7.12 kW，功率因数为0.433。2009年5月7日，该井液面升至井口，测得的有功功率为5.93 kW，功率因数为0.376，较4月份测试的能耗值下降16.71%。

1.2井筒清洁程度

有功功率直接反映油井电动机的能耗情况，对工况变化的敏感性强，既可反映转矩的变化，又可反映转速的变化。当井筒内有结蜡现象时，转子与定子在运动时所受的阻力不同，能耗也会不同，井筒清洁程度越差，能耗值越大，表现在两方面：

1）能耗值出现波动现象。以某井1为例，该井泵型KGLB120-37，产液8.5 t，日产油0.7 t，含水率91.5%，动液面在井口，洗井周期30 d。由于是小排量螺杆泵，洗井时间4 h，返回温度45℃，计量间压力从5 MPa下降到4.5 MPa，洗井效果差。能耗曲线有明显的锯齿特征，动态加强测试数据表明：该井有功功率在0.34～4.06 kW之间波动（平均值2.71 kW），功率因数在0.04～0.526之间波动（平均值0.35），说明转子在定子内运动时所受的阻力不同，导致能耗波动大。该井洗井后，上调转速90转到100转，有功功率在3.56～5.14 kW之间波动（平均值4.48 kW），功率因数在0.387～0.545之间波动（平均值0.48），能耗曲线光滑，井筒清洁程度得到改善（图1）。

图1 井1能耗曲线

2）能耗曲线光滑，但能耗值上升速度快。以某井2为例，该井作业后套漏，无法洗井，能耗曲线光滑，但能耗值上升速度快，有功功率在2010年4月份为5.11 kW，8月份上升到12.11 kW，上升比例为136.99%。 通过能耗曲线判断，井筒结蜡严重的一般都是500型及以下泵，排量越小，洗井越困难，能耗值波动越大（图2）。

图2 井2无法洗井能耗曲线

1.3现场设备运转参数

油井参数对能耗值影响。对于液面不在井口的井，当油井生产参数发生变化时，由于液面变化，能耗值发生变化；而对于液面在井口的油井，当生产参数发生改变时，尽管油井动液面不变，但能耗值仍然发生变化，变化规律是当生产参数增大时，能耗值增加。

以井3为例，该井液面一直在井口，2010年5月调参，转速由83转调整到100转。调参后能耗值由3.29 kW上升到3.68 kW，能耗增加11.85%，产液量和动液面都没有变化。因此，对于液面在井口的井，如果调大转速仍不能将动液面抽下去，建议用小参数生产（图3）。

图3 井3调参前后能耗变化曲线

井上在用节能设备对能耗值影响大。当更换变压器或电动机时，油井的能耗值会有很大变化。以井4为例，该井在2009年12月份时液面在井口，能耗测试，有功功率7.16 kW，无功功率6.24 kvar,功率因数0.76，电流12.94 A，电压420 V，使用的是普通变压器（S7-100/6.3）。2010年换成节能变压器（ZDC/TS11-MR-63），有功功率4.93 kW，无功功率5.35 kvar，功率因数0.68，电流13.11 A，电压318.8 V，产液量基本不变，能耗值下降31.15%。

2 判断能耗值是否合理的方法

2.1利用有功功率判断能耗值

油井正常生产时，能耗值一般在1～30 kWh之间（电泵井可以达到40 kWh以上），如果超出范围，可能是测试方面有问题或者油井本身出现问题。

2.2利用功率因数判断能耗值

在交流电路中，功率因数是电压与电流之间的相位差（φ）的余弦，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosφ=P/S。在交流电路里，电压乘电流是视在功率，配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗是不可避免的；因此，有功功率与视在功率是不可能相等的，如果功率因数等于1时，说明整个能耗系统出现问题。

以井5为例，该井在2000年10月仪器发生故障，测得的能耗数据，有功功率为19.34 kW，无功功率为0，功率因数为1，螺杆泵运转频率为207 Hz，无功功率和频率完全不符合规律。后经鉴定为仪器霍耳损坏，更换后，该井的有功功率降到4.89 kW，恢复正常（图4）。

图4 井5能耗异常曲线

3 能耗曲线在现场的应用

不同的工作状况下，油井的能耗会发生变化，并且有功功率的变化是最直观的。因此，利用能耗曲线可以判断泵工作状况，井筒结蜡情况以及各种地面设备故障。

3.1判断螺杆泵井泵况

3.1.1 泵漏失井和间歇出液井能耗曲线呈现波浪型

随着泵运转时间的延长，定子橡胶磨损，过盈增大，定子与转子在运动过程中密封面周期性开、闭，密封效果变差，能耗随之而出现周期性变化，能耗曲线呈波浪型。

以井6为例，该井是1口四条带井，泵型KGLB800-14，日产液22.6 t，日产油1.3 t，含水率94.1%，动液面在井口。从该井的能耗曲线判断，有功功率、功率因数和电流都呈现规律的波浪形。现场憋泵，油压3 min从0.40 MPa上升到1.4 MPa，5 min上升到2.0 MPa，且上升缓慢。动液面从537 m上升到井口，日产液从33 t下降到22 t，泵效下降12.18%（图5）。

图5 井6能耗曲线

当油井间歇出油时，井筒内进液量是有规律的增减，能耗会随着井筒进液量不同而波动，曲线呈现明显的有规律的波浪型。以井7为例，该井泵型KGLB500-20，产液12.8 t，日产油2.7 t，含水率78.9%，动液面823 m，沉没度90 m。该井在取样时发现油样有时非常稠，有时取出的都是清水，量油也时快时慢，确定为间歇出油井。从该井的能耗曲线判断，有功功率和电流都呈现有规律的波浪形（图6）。

分析认为：正常出液时，定、转子表面有较好的润滑，消耗电能少；不出液或出液量少时，定、转子表面润滑变差，消耗能量多，曲线呈现有规律的波动，这样极易导致泵的损坏。

图6 井7能耗曲线

3.1.2 判断井筒结蜡状况，延长热洗周期

螺杆泵井很难通过电流变化准确发现井生产是否出现问题与故障。而有功功率直接反映油井电动机的能耗情况，对工况变化的敏感性强，既可反映转矩的变化，又可反映转速的变化。根据能耗曲线的形状可以判断井筒清洁程度，依据洗井前后能耗曲线的波动状况，判断洗井效果，确定洗井周期。

以井8为例，该井泵型KGLB500-20，产液62.1 t，日产油1.6 t，含水率97.5%，动液面523 m，热洗周期45 d。该井6月1日洗井，能耗曲线显示消耗功率是下降的。洗井前后能耗曲线光滑，说明井筒无结蜡，认为可以适当延长洗井周期。9月20日洗井，洗井周期81 d，洗井前后能耗曲线仍然光滑，说明新的热洗周期是合理的（图7）。

图7 井8洗井前后能耗曲线

井口加药是延长热洗方式的有效手段，从现场的执行情况看，通过能耗曲线也可以判断加药效果，确定加药周期。

以井9为例，该井泵型KGLB300-20，产液21.2 t，日产油0.9 t，含水率95.5%，动液面在井口，采取加药延长热洗周期的方式，洗井周期90 d。该井于2009年9月19日加药，从能耗曲线上可以看出，加药后能耗在时刻9：19—13：19之间从2.89 kWh下降到2.51 kWh，下降比例13.15%，但维持时间短（图8）。

图8 井9加药前后能耗曲线

3.2判断井口设备故障

2010年2月21日发现井10频繁出现烧皮带现象。测试沉没度为433 m，属于正常液面。后对该井进行洗井，返回时间快，返回温度高，洗井也不存在问题。能耗曲线显示，该井井筒没有结蜡现象。

尽管对该井进行了多次调整，但断皮带现象仍然频繁发生。怀疑驱动头有问题，厂家鉴定没有问题。之后将减速箱轮直径从190 mm调整到310 mm，并降低转速，生产6 d后又开始频繁断皮带。

录取到的能耗曲线显示，该井能耗值在断皮带前从3.2 kW突然下降到0，并且频繁变化，一直持续到皮带断为止。从以上数据可以判断，驱动头在运转到过程中有瞬间卡死的现象，而电动机轮一直工作，造成皮带干磨最后磨断。2010年4月经厂家再次鉴定，驱动头内齿轮坏，维修后该井生产正常。

3.3判断电泵井故障

井11于2009年1月10日作业，作业后一直正常生产，日产液 319 t，日产油 9.4 t，含水率97.1%。2009年3月20日上调油嘴20/24 mm，周围注水正常，动液面430 m，沉没度359 m，流压5.72 MPa。2010年3月12日突然停泵，电流卡片显示正常停泵，没有欠载或过载记录，测量相间电阻ABC三项29、46、170 Ω，测量对地电阻显示无穷大。从测量参数判断，该井机组烧了，检泵周期只有430 d。

2010年4月6日该井作业，由于检泵周期超1年，该井没有鉴定，安装了能耗测试仪，正常能耗数据没有显示该井出现故障。能耗动态数据显示，该井在2010年3月12日下午2：31电流突然上升，从35 A上升到108 A，电压急剧下降，分析认为机组绝缘出现问题，相间短路造成电泵烧（能耗动态加强数据1s记录25个点）。

3.4加强油井现场管理

3.4.1 监督现场是否及时洗井和加药

对于液面不在井口的油井，在加药或洗井时，井筒内液面会上升，导致能耗下降。当抽汲一段时间后，液面恢复到洗井前水平，能耗值会随之恢复；因此，可以通过实时监测能耗曲线加强现场管理。

3.4.2 避免油井套参

当油井套参时，井筒内液面发生变化，能耗值也会有规律地变化，并且有功功率和功率因数曲线变化趋势一致。井12是东部过渡带聚驱1口油井，该井液面偏低，沉没度不足10 m，考虑到间抽会影响螺杆泵寿命，用套参保沉没度，其能耗曲线呈现规律性变化（图9）。

图9 井12套参能耗曲线

在油井管理中发现油井13于2010年2月份能耗曲线呈现套参特征，上井核实发现该井方盒子坏导致套参，井口更换方盒子后，曲线恢复正常（图10）。

图10 井13套参能耗曲线

4 结论

1）井筒清洁程度影响能耗值，因此可以根据能耗曲线延长油井热洗周期。

2）现场设备转速越高，能耗越高。对于调高转速后液面仍在井口的油井，可以适当将转速降到工频转速以下运转，确保螺杆泵使用寿命。

3）利用功率因数判断现场测试的能耗数据是否有效、可用。

4）利用能耗曲线可以加强现场油井管理，提高管理水平。

[1]万仁溥.采油工程手册[M].北京：石油工业出版社，2000：365-436.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.10.004

2015-05-09

（编辑 王艳）

邢勇军，工程师，2003年毕业于东北石油大学，从事油田生产管理工作，E-mail：xingyongjun@petrochina.com.cn，地址：黑龙江省大庆市大庆油田有限责任公司第二采油厂油田管理部，163000。