超长冲程抽油机运行参数对举升效果影响

侯宇 张婉情 王洋 孙延安 汪清波 巩宏亮 戚兴 张凯波 郑东志 董巧玲 徐福军

（1.大庆油田有限责任公司采油工程研究院；2.黑龙江省油气藏增产增注重点实验室）

随着某油田开发的不断深入，低产低渗井逐年增多[1]，针对常规游梁式抽油机效率低、杆管偏磨严重、管理难度大等问题，开展了超长冲程采油技术研究，取得了良好的应用效果。随着超长冲程抽油机推广应用规模逐年扩大，如何优化调整运行参数使举升效率提高是一个十分重要的研究方向[2-3]。

1 超长冲程抽油机概况

超长冲程抽油机以长冲程、低冲次、大泵径机采系统为目标，在机、杆、泵3个方面完成了技术创新，实现了“超长冲程，超低冲次”的举升理念[4]。

1.1 技术原理及构成

通过控制系统驱动电动机正、反转，经行星减速器同轴减速后带动滚筒旋转，驱动柔性绳、井下抽油杆及超长冲程抽油泵完成整个采油过程[5]，超长冲程抽油机现场见图1。

1）动力驱动系统：采用永磁同步电动机和行星减速器一体化集成设计，直接驱动井下载荷，优化整机结构，提高传动效率。

2）柔性光杆：内部采用多重钢丝缠绕结构，提高抗拉、抗弯强度；外部采用特殊高分子涂层，实现上、下冲程交变载荷下，与内部钢丝绳形变一致，保证可靠密封，延长使用寿命。

3）超长冲程抽油泵：针对50 m超长冲程抽油泵运输和下井困难问题，研发了多级泵筒连接工艺技术，采用特殊加工工艺，实现泵筒连接内径同心度小于0.02 mm，内孔与连接螺纹同轴度小于0.01 mm，多级泵筒无缝同轴连接。

图1 超长冲程抽油机现场

1.2 技术优势

1）系统效率高：超长冲程、超低冲次的运行方式，冲程损失比例小，仅为常规抽油机的1/13，大幅提高泵效[6]。

2）检泵周期长：同排量情况下，超长冲程抽油机每天冲次仅为常规游梁式抽油机的1/60，杆管磨损次数显著降低。

3）清蜡效果好：配备专用井筒刮蜡器，随抽油杆往复运动对全井筒进行清蜡。

4）管理效率高：通过控制装置直读日产液量、动液面、电参及功图等参数，降低人工成本。

1.3 技术系列化

目前，超长冲程抽油机已形成产品系列化，共有4种机型，技数参数见表1，满足井斜角≤30°、泵挂深度≤1 500 m、日产液量≤40 m3机采井举升需求，如表1所示。

2 运行参数调节方法

2.1 冲程调节

与游梁式抽油机相比，超长冲程抽油机的主要特点在于冲程1～50 m范围内无级可调，现场实际应用过程中，考虑到井下防冲距及滚筒安全绳等长度要求，一般将冲程设定在48 m左右[7]，冲程调节操作可直接在控制柜操作面板及触摸显示屏上完成。

2.2 冲次调节

超长冲程抽油机冲次在1～8次/h无级可调[8]，具体是通过改变上行绳速、下行绳速、上等待时间及下等待时间运行参数来实现，其计算公式为：

式中：n为冲次，次/h；T上行为上行程时间，s；T下行为下行程时间，s；T上等待为上死点等待时间，s；T下等待为下死点等待时间，s；S为冲程，m；v上行为上行绳速，m/s；v下行为下行绳速，m/s。

2.2.1 绳速调节

游梁式抽油机常规工作运行参数为冲程3 m，冲次6次/min，经过计算可知，光杆运行速度为0.6 m/s。超长冲程抽油机目前现场柔性光杆运行速度为0.06～0.21 m/s，平均绳速0.12 m/s，与游梁式抽油机相比，光杆运行速度大幅降低。

柔性光杆上、下行程运行速度是通过调节电动机上、下运行频率来实现的。控制柜显示主界面见图2，点击主界面“上行频率”、“下行频率”数字处，输入需要调节的频率即可。需注意单次调节频率勿大于10 Hz，以免对机器造成损伤，如需进行大幅调速，可通过少量多次的操作方式完成。

式中：k为比例系数；f上行为上行频率，Hz；f下行为下行频率，Hz。

图2 控制柜显示屏主界面

2.2.2 等待时间调节

超长冲程抽油机可通过调节等待时间实现间歇采油[9]。控制柜显示屏安装参数设定界面见图3，在显示屏上点击“菜单”键，进入“安装参数设置”页面，单击“上等待时间”及“下等待时间”，输入需要调节的等待时间即可完成调节。

图3 控制柜显示屏安装参数设定界面

表1 超长冲程抽油机不同型号下的额定载荷对比

表2 不同运行绳速现场测试

表3 不同等待时间现场测试

表4 相同日产液量下不同冲次现场测试

3 不同运行参数对举升效果影响测试

超长冲程抽油机现场应用节能提效效果明显，适用于φ38 mm、φ44 mm、φ51 mm、φ70 mm、φ80 mm五种抽油泵，推广数量逐年攀升，但目前缺少统一的参数优化调整标准[10]。为进一步挖掘设备潜力，提升举升效率，在A采油厂B井开展了不同运行参数下举升效果现场试验，本次试验保持泵径、泵深、冲程不变，主要探究不同运行绳速、等待时间对泵效及系统效率的影响，为超长冲程抽油机参数优化调整提供指导方向及理论支撑。

3.1 不同运行绳速对举升效果影响测试

保持沉没度、冲次及等待时间不变，通过调节上、下运行绳速，测量B井日产液量及日耗电量变化，不同运行绳速现场测试见表2，随着上行绳速提高、下行绳速下降，泵效由63.11%提高至65.26%，系统效率由16.87%提高至17.38%。

3.2 不同等待时间对举升效果影响测试

保持沉没度、冲次及运行绳速不变，通过调节上、下等待时间，测量B井日产液量及日耗电量变化，不同等待时间现场测试见表3，随着上等待时间缩短、下等待时间延长，泵效由66%提高至66.61%，系统效率由18.18%提高至18.59%。

3.3 相同日产液量下不同冲次对举升效果影响测试

根据上述现场测试结果可知，在保持冲次不变的前提下，通过调节上、下运行绳速及上、下等待时间，可有效提高泵效及系统效率，由于优化过程中理论排量没有发生变化，泵效提高会导致实际日产液量提升，降低井下沉没度。为保证油井处于合理流压状态生产，应在保持日产液量不变的前提下，通过优化调整运行参数，系统效率进一步提高，由19.15%提高至19.43%，相同日产液量下不同冲次现场测试见表4。

4 结论

1）在根据井下液面恢复速度确定超长冲程抽油机冲程及冲次情况下，应适当提高上行绳速、降低下行绳速，减少超长冲程抽油泵上行过程漏失量，提升举升效果。

2）在确定超长冲程抽油机冲程、冲次及运行绳速情况下，应适当缩短上等待时间、延长下等待时间，保证泵筒内井液充分进入柱塞上方，为超长冲程抽油泵上行过程提液做准备，提升举升效果。

3）在超长冲程抽油机进行参数优化调整后，为保证处于合理流压下生产，应在泵效提高的前提下继续适当延长下等待时间，保持日产液量不变，降低运行冲次，提高油井生产效率，降低生产能耗，进一步提升举升效果。

4）当油井供液能力较强时，可在降低冲次的前提下适当提高冲次，扩大超长冲程抽油机排量适应性。

5）进行的试验均在目前设备允许绳速情况下，即最大0.21 m/s，与常规游梁式抽油机光杆运行速度相比还有很大的空间。下步可继续扩大设备允许绳速，通过试验找到参数调整临界点，确定最佳运行绳速，进一步优化超长冲程抽油机现场运行。