提高抽油机井系统效率潜力分析和评价方法研究

李涛（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

作为机采井措施调整和参数优化的决策依据，系统效率日益受到重视，利用系统效率指标可将油井产能、举升工艺和节能降耗有机地统一起来。目前各油田都开展了提高机采井系统效率的工作。

提高抽油机井系统效率主要有以下途径：应用节能型技术设备，主要有节能型抽油机、节能电动机、节能控制器等，以及在井下管杆设计中使用新工艺；加强抽油机井科学管理，包括机杆泵的优化设计，调抽油机平衡，抽油机井的保养维护等。

大庆油田在提高抽油机井系统效率方面优化了近2000口井，提高的幅度为5%～20%，差距很大。在投入相当的情况下，不同产能状况、不同措施途径所取得的效果不同。针对影响系统效率的单井敏感性因素和区块产能条件、技术设备条件进行分析评价，并以此给出评价系统效率的依据。

1 单井系统效率敏感性分析

要找到可提高系统效率潜力所在，必须针对单井抽油系统各节点对系统效率影响的敏感性加以分析。在有杆泵抽油系统中，机采井系统效率可分为地面和地下两大部分。其中地面设备对系统效率影响主要取决于光杆载荷、光杆功率、四连杆机构效率、减速箱和电动机效率等，其效率损失也主要集中在井口盘根、四连杆机构、皮带减速器以及电动机上。

通过常规的优化措施在井口盘根、四连杆机构、皮带减速器方面提高的效率较低，工作重点主要集中在降低电动机输入功率方面[1]。

多因素敏感性分析假定条件是同时变动因素互相独立，考虑以上各影响因素相互关联，做抽油系统单因素敏感性分析，即单井优化前后产能不变（其他效率影响不变），按目前使用节能电动机平均有功节电效果10%计算，可提高系统效率3.73个百分点。

预测通过抽汲参数优化设计可降低的电动机输入功率可按下式[2]计算：

式中：P1——抽油机输入功率，kW；

P光杆——光杆功率，kW；

A——示功图面积，cm2；

Sd——示功图减程比，m/mm；

fd——示功图力比，N/mm；

n——冲速，min-1。

按喇嘛甸油田目前抽油机井产能水平，以平均可下调冲速2 min-1计算，有功功率可降低2.98 kW，可增加系统效率14个百分点。

井下效率损失主要集中在抽油泵和抽油杆柱上。提高井下效率常用措施需通过增大泵效实现，以原生产状况正常井为例，仅通过参数调整可提高泵效5%～10%，按此计算可提高系统效率5个百分点。

综上所述，提高系统效率以抽汲参数优化效果最佳，节能设备使用效果次之。为保证单井产能水平不变，抽汲参数优化须结合增大冲程、更换大泵等措施。

2 区块产能与系统效率提高潜力的关系

由系统效率η定义可知

其中

式中：P2——抽油机有效功率，kW；

q——油井产液量，m3/d；

H——有效扬程，m；

ρ——油井液体密度，t/m3；

g——重力加速度，g=9.8 m/s2。

抽油系统有效功率不但与泵排液能力有关，而且与油井产能有密切关系。要分析系统效率提高潜力、确定通过节能工作可提高系统效率上限，必须建立油井区块产能条件、生产设备差异性与系统效率间的关系。

2.1 区块产能与系统效率的关系

油田抽油机井各机型系统效率情况如表1所示。统计结果表明，配备不同型号设备的抽油机井系统效率水平差异较大。原因是油井设备选择是按产能大小设计，油井原始产能状况很大程度上决定了该井可达到的最高系统效率水平[3]。

表1 油田各机型系统效率统计

为建立系统效率指标和机采井区块产能状况的关系，选择采油指数作为建立系统效率与区块产能关系的中间媒介，以此建立系统效率与油井区块特性、技术装备条件间的关系。采油指数是反映油层性质、流体物性、完井条件及泄油面积等与产量之间关系的综合指标。其数值等于单位压差下的油井产量，可用来评价和分析油井的生产能力[4]。

采油指数关系式为

式中：J0——采油指数，t/（d·MPa）；

Pr——油层静压，MPa；

Pwf——油层流压，MPa。

为反映系统效率随采油指数的整体变化趋势，以η为原函数，J0为近似函数，通过求解做最小二乘拟合，应用数据拟合绘制不同井网的机采井系统效率与采油指数函数曲线（图1）。

图1 机采井系统效率与采油指数函数曲线关系

由图1可知，为保持相同系统效率水平，三次加密井要求的油藏产能状况更好。区块产能性越差，其所能达到系统效率指标越低。油井的系统效率理论上可达到100%，但越逼近其所要求的原始油藏或区块产能性越高，实际不能达到。不同开采区块、层位的系统效率逼近趋势说明，受油藏产能状况条件影响，相应可达到的系统效率水平不同。

表2 油田抽油机井系统效率水平

2.2 油田系统效率水平评价及潜力分析

表2列出了各不同区块油田抽油机井平均系统效率水平。由表2可知，尽管还受其他因素影响，但不同区块油藏产能水平差异决定了区块系统效率整体水平的高低。同时受油藏区块产能差异、技术设备条件影响，即使采取措施进行优化，可以提高系统效率幅度也有界限。

以10#油田为例，该厂平均日产液3 t，消耗功率为3.616 kW，平均系统效率6.76%。

按上述油井有效功率与产量等参数关系，实际上产液与功耗为互变函数，任一项改变都会影响另一项变化，直至达到新的关系平衡。为求得最大系统效率增值，假设有功能耗等其他生产参数不变，按现沉没度55.7 m，单井日产液最多可增加2 t，由此可增加系统效率4.51个百分点。

考虑到抽油机井用电动机空耗，按此计算，通过采取措施，单井消耗功率最大可降低1.05 kW，系统效率可增加2.79个百分点。实际上以能耗最低方法进行系统效率优化，10#油田平均可提高系统效率5个百分点。

3 提高系统效率方法及应用效果

对于产能差的抽油机井，以应用节能型技术设备为主，从降低能耗方面实现提高系统效率的目的。

对于区块产能状况良好的抽油机井，应最大化挖掘产能潜力，同时结合抽汲参数设计优化，在经济化投入的前提下可适当应用节能型设备[5]。

在实施提高系统效率优化试验中（表3），充分考虑了不同井区块产能差异、技术设备条件，按能耗最低原则，均最大程度上进行了井下和地面的优化调整。对于区块产能状况好的井，通过换大泵结合调整抽汲参数提高系统效率；对于产能状况差的井在措施中优先使用节能技术设备。由表3可知，在优化工作中根据单井实际状况选取不同侧重点的优化措施可获得很好的效果。

表3 单井提高系统效率措施应用效果

4 抽油机井系统效率评价依据

对抽油机井系统效率进行综合评价，有利于更全面系统地进行优化措施手段的优选，对机采井生产及管理指标进行考核管理。

系统效率评价应考虑以下三点：

◇应同时包括单井节点效率损失评价以及分区块、分层位、分井网评价在内的整体评价；

◇应依据区块产能差异性特点进行分级评价；

◇应充分考虑现有抽汲设备生产能力对系统效率的影响。

5 结论

1）提高油井系统效率以抽汲参数优化效果最佳，节能设备使用效果次之。最大化挖掘系统效率潜力需多种措施方法综合运用。

2）应用采油指数建立系统效率与区块产能的关系，计算油井不同区块产能条件、技术装备条件下抽油系统效率上限有利于经济、合理地开展优化工作。

3）在进行提高系统效率的措施工作中应充分考虑节能设备、参数调整取得效果和局限，针对性地采取措施。

[1]刘涛.抽油机井系统效率影响因素及节能潜力分析[J].城市建设理论研究，2014（17）：19-20.

[2]张琪.采油工程原理与设计[M].山东东营：石油大学出版社，2006：135.

[3]韩二涛，黄伟，甘庆明，等.低渗透油田抽油机井系统效率及评价指标[J].石油矿场机械，2012，41（8）：69-72.

[4]李颖川.采油工程[M].北京：石油工业出版社，2009：217.

[5]郑海金，邓吉彬.抽油机井系统效率潜力评价与分布规律研究[J].节能技术，2008，26（2）：22-25.