雍安娟（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

外圍低產(chǎn)井地下間抽節(jié)能工藝探討

雍安娟（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

隨著油田開發(fā)深入，地層供液能力逐年降低，投產(chǎn)時舉升設(shè)備偏大，能耗高泵效低；新建產(chǎn)能區(qū)塊儲量豐度低，單井產(chǎn)量低，如何經(jīng)濟(jì)有效地進(jìn)行開采是擺在我們面前的一項難題，采用地下間抽采油的方式，通過對井下間抽舉升方式優(yōu)化、液面自動監(jiān)測系統(tǒng)及配套清防蠟系統(tǒng)的研究，論述了地下間抽采油的節(jié)能配套工藝，為外圍低產(chǎn)油井高效合理舉升方式的優(yōu)選提供技術(shù)借鑒。

低產(chǎn)井 地下間抽 節(jié)能

1 油田開發(fā)形式

大慶油田采油八廠隨著油田開發(fā)時間的延長，低效井每年以100口井以上速度遞增。2011年底日產(chǎn)液量小于1.5t井共有431口，占統(tǒng)計井?dāng)?shù)的16.4%，低效高成本生產(chǎn)井直接影響外圍油田開發(fā)的整體效益。

新區(qū)儲量豐度逐年降低、油水關(guān)系復(fù)雜，產(chǎn)能建設(shè)區(qū)塊分散，單井產(chǎn)量降低。扶余油層：儲層滲透率低，已經(jīng)超過低滲透油田傳統(tǒng)開采工藝，經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)界限。如何經(jīng)濟(jì)有效地開發(fā)這部分儲量是擺在我們面前的一項難題。

2 舉升工藝現(xiàn)狀

舉升工藝是將井下液體舉升到地面的過程。目前采用的舉升方式主要為有桿泵抽油機(jī)舉升、還有提撈、電潛柱塞泵及螺桿泵。

2.1 舉升原理

抽油機(jī)+有桿泵：上沖程時，固定閥打開，游動閥關(guān)閉，柱塞上行，液體進(jìn)入泵筒。下沖程時，固定凡爾關(guān)閉，柱塞下行，推動液體頂開游動閥，將液體排出泵筒，進(jìn)入油管，完成舉升。

電潛柱塞泵：直線電機(jī)定子與油管相連，動子在控制系統(tǒng)的控制下沿軸向往復(fù)運(yùn)動，帶動柱塞往復(fù)運(yùn)動，實現(xiàn)抽油舉升：下沖程時，固定閥關(guān)閉，柱塞下行，柱塞讓出的空間形成一個低壓腔，游動閥打開，液體經(jīng)柱塞進(jìn)入泵筒。上沖程時，游動閥關(guān)閉，柱塞上行推動液體頂開固定閥，將液體排出泵筒，進(jìn)入油管，完成舉升過程。

螺桿泵：當(dāng)電動機(jī)帶動泵軸轉(zhuǎn)動時,螺桿一方面繞本身的軸線旋轉(zhuǎn)，另一方面它又沿襯套內(nèi)表面滾動，形成泵的密封腔室。螺桿每轉(zhuǎn)1周，密封腔內(nèi)的液體向前推進(jìn)1個螺距，隨著螺桿的連續(xù)轉(zhuǎn)動，液體螺旋形方式從一個密封腔壓向另一個密封腔，最后擠出泵體，完成舉升。

2.2 外圍舉升方式節(jié)能對比

2.2.1 抽油機(jī)舉升方式

隨著油田的開發(fā)深入，地層供液能力逐漸降低，投產(chǎn)時設(shè)備偏大、能耗高、泵效低。目前采油八廠抽油機(jī)井共2627口，平均沉沒度334m，平均噸液耗電63.5kWh；產(chǎn)量低于1.5t的低產(chǎn)井431口，平均沉沒度217m，噸液耗電141kWh，這部分井不能在合理流壓下生產(chǎn)，系統(tǒng)效率低、能耗高。目前抽油機(jī)井采用最小參數(shù)?32，沖程3m，沖速2r/min，30%的泵效每天可以舉升2.1t的液體，目前全廠有低于2.0t產(chǎn)液量的井770口，噸液耗電114kWh，高于全廠平均噸液耗電近80%，低產(chǎn)抽油機(jī)井建立不起供采平衡。

為建立供采平衡和節(jié)能，針對沉沒度在200m以下、產(chǎn)液量低于2t的井，采用間抽采油，即根據(jù)產(chǎn)液量、示功圖液面動態(tài)資料，制定生產(chǎn)工作制度，采用人工控制啟停機(jī)，但受環(huán)境因素和時間制約，制度執(zhí)行難度大。此外管內(nèi)油停留時間長，壓差大，易結(jié)蠟影響油套管使用壽命。

2.2.2 螺桿泵舉升方式

螺桿泵舉升適用于稠油、含砂、高含氣井，產(chǎn)量范圍介于3～12m3的采油井，與抽油機(jī)舉升系統(tǒng)相比，能耗相對低，目前試驗的12口井，噸液耗電29kWh，平均動液面866m，檢泵周期269d，從目前試驗情況看檢泵周期短，舉升能力不足，不適于產(chǎn)液量低于1.5m3低產(chǎn)油井。

2.2.3 電潛泵舉升方式

電潛柱塞泵舉升方式適合于含蠟量低，產(chǎn)量范圍介于0～11m3的采油井。經(jīng)過幾年的鉆研，電潛柱塞泵舉升配套工藝技術(shù)已日趨成熟，但目前配套清防蠟系統(tǒng)還不夠完善。

2.2.4 提撈舉升方式

提撈舉升是一種最直接、能耗最低的舉升方式，但是受環(huán)境、產(chǎn)量及含水等因素的影響，撈油效率低，影響油田開發(fā)效果。

因此為了適應(yīng)油田開發(fā)需要及節(jié)能減排的要求，對于地產(chǎn)井需要探索一種新的低能耗的舉升方式。

3 低能耗地下間抽采油技術(shù)研究

將地下原油舉升到地面能耗最低而又不影響油田開發(fā)效果是舉升工藝追求的最終目標(biāo)。評價能耗高低的指標(biāo)是噸液耗電，即將1t的液體從地下舉升到地面所需要的能耗。理論計算是將1t的液體從1500m的地下舉升到地面，需要克服重力做功14700kJ，合4.1kWh。目前抽油機(jī)舉升方式噸液耗電65kWh，螺桿泵舉升方式噸液耗電29kWh，電潛柱塞泵舉方式噸液耗電14kWh/t，幾種舉升方式能耗都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理想狀態(tài)，為了盡量接近理想狀態(tài)，提出低產(chǎn)井地下智能間抽的想法。地下智能間抽是一種不受地面影響、易操控不間斷間抽的舉升方式。最終將實現(xiàn)閉環(huán)控制：即數(shù)據(jù)自動采集、液面溫度自動控制、清防蠟系統(tǒng)自動控制；建立低產(chǎn)油井的供采平衡。

地下智能間抽技術(shù)是應(yīng)用電潛柱塞泵舉升工藝，依據(jù)實時液面變化遠(yuǎn)程控制電潛柱塞泵的啟停。根據(jù)每口井的具體情況，設(shè)定液面上下限，當(dāng)液面深度達(dá)到設(shè)定的上限時，配套清防蠟系統(tǒng)自動送電，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時，電潛柱塞泵起抽，當(dāng)液面達(dá)到設(shè)定的下限時，電潛柱塞泵停機(jī)，清防蠟系統(tǒng)自動斷電。該技術(shù)試驗成功后，摸索自動間抽停機(jī)時間，建立供采平衡，間抽到每次，即可以根據(jù)每口井的具體情況，沖速可以由1次降到0.1次，即10min內(nèi)停9min，運(yùn)1min，間隙采油。

3.1 地下間抽舉升方式節(jié)能優(yōu)化

目前采油八廠油田共有電潛柱塞泵井15口，其中包括10口直（斜）井和5口水平井，平均泵效達(dá)到78.5%，平均系統(tǒng)效率達(dá)到23.8%，噸液耗電14.4kWh，達(dá)到了節(jié)能降耗的良好試驗效果。電潛柱塞泵井地面無可動設(shè)備，無日常的維護(hù)、保養(yǎng)等工作，管理人員可通過無線監(jiān)控系統(tǒng)實時掌握運(yùn)行狀況。因此，電潛柱塞泵是井下間抽舉升方式的較好選擇。

3.2 無線監(jiān)控系統(tǒng)的擴(kuò)展

電潛柱塞泵井無線監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過近2年的研究攻關(guān)，已經(jīng)基本能夠滿足目前生產(chǎn)管理需要，管理人員可以通過手機(jī)短信的形式向遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)問詢電泵井的運(yùn)行狀態(tài)，通過局域網(wǎng)查看電泵井的運(yùn)行參數(shù)。下步需要進(jìn)一步擴(kuò)展，根據(jù)設(shè)定的液面上下限遠(yuǎn)程調(diào)參和自動啟停機(jī)，并根據(jù)每口井的具體情況給電熱清防蠟系統(tǒng)自動送斷電，目前該系統(tǒng)正在研究中。

3.3 液面自動監(jiān)測系統(tǒng)的研究

監(jiān)測系統(tǒng)由動液面自動測量裝置、遠(yuǎn)程傳輸裝置、數(shù)據(jù)接收裝置、計算機(jī)硬件系統(tǒng)和控制軟件等組成。其中自動測量裝置采用高響度發(fā)聲器件、高靈敏拾音器等關(guān)鍵器件，選擇衰減小的聲波頻率、結(jié)合數(shù)字濾波技術(shù)，設(shè)計制作回聲儀，保證其精度和靈敏度。

系統(tǒng)工作原理：動液面自動測量安裝在井口，利用回聲反射原理，通過定時發(fā)送聲波信號，測量油井液面深度，通過GSM/GPRS數(shù)傳電臺傳輸波形到后臺，計算機(jī)接收油井液面數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，記錄存儲油井液面數(shù)據(jù)，與設(shè)定的液面上下限對比，用聲、光信號進(jìn)行報警，配合無線監(jiān)控系統(tǒng)自動調(diào)參、自動啟停機(jī)。目前該系統(tǒng)已完成了回聲儀、遠(yuǎn)程傳輸裝置、數(shù)據(jù)接收裝置的研制，并進(jìn)行了發(fā)聲試驗，下一步將進(jìn)入現(xiàn)場試驗階段，計劃現(xiàn)場試驗10口井。

3.4 間歇清防蠟工藝的研究

系統(tǒng)由地面變頻控制柜、井下絕緣短接、井下連通器、抽油桿、扶正器、桿密封器、電纜密封器組成。由抽油桿和油管構(gòu)成回路，在抽油桿中通入變頻后的交流電，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，加熱油管?nèi)原油。

2012年4月份選擇了徐104-斜15井進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，徐104-斜15加熱井段設(shè)計900m，調(diào)整供電功率4W，連續(xù)供熱時，井口原油溫度為27℃，與試驗前比提高了10℃，連續(xù)加熱生產(chǎn)42d，未發(fā)生堵塞，日耗電96kWh。

采用間歇供電方式，減少能耗，摸索結(jié)蠟規(guī)律，確定加熱周期為10d內(nèi)加熱3d，停7d，可保證正常生產(chǎn)，平均日耗電29kWh，徐104-斜15井一個加熱周期內(nèi)電流變化情況見表1。

表1 徐104-斜15井一個加熱周期內(nèi)電流變化情況

從現(xiàn)場試驗情況看，電熱清防蠟系統(tǒng)可以基本滿足電潛柱塞泵井清防蠟要求，但油井含水超過30%時，電加熱桿在井內(nèi)預(yù)水造成短路，電加熱工藝無法正常工作。

4 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

4.1 投資對比

地面間抽系統(tǒng)：應(yīng)用H級高強(qiáng)度抽油桿?22+?19二級桿組合，油管采用外加大油管+J55平式油管組合（外加大油管800m，J55平式油管700 m），配電系統(tǒng)選用660V一體化拖動裝置；考慮投產(chǎn)作業(yè)費(fèi)用、基建施工費(fèi)用。

井下間抽系統(tǒng)：泵機(jī)組、電纜、變壓器、監(jiān)控系統(tǒng)、電熱桿清防系統(tǒng)、油管及投產(chǎn)作業(yè)費(fèi)用，全井采用J55平式油管，對比情況見表2。

從上述對比分析可以看，地下間抽系統(tǒng)與地面間抽系統(tǒng)相比，前期一次性投資相當(dāng)。

4.2 運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用對比分析

按運(yùn)行10年計算，從作業(yè)維護(hù)、設(shè)備維修更、運(yùn)行維護(hù)及電能消耗等方面分別測算兩種舉升方式維護(hù)費(fèi)用見表3。

地面間抽系統(tǒng)：按照目前的間抽制度，每天運(yùn)行20h，單井日耗電140kWh，采用加藥熱洗的方式進(jìn)行清防蠟，年需要費(fèi)用0.13萬元。

地下間抽系統(tǒng)：電潛柱塞泵沖程1.23m，沖速3次，?44抽油泵，泵效按照90%計算，每小時排量0.3375m3，對于單井產(chǎn)量2m3，需運(yùn)行6h，日耗電20kWh，電熱清防蠟系統(tǒng)，日耗電24kWh。

表2 兩種舉升方式投資對比表

表3 兩種舉升方式維護(hù)費(fèi)用對比表

從上述對比分析可以看，地下間抽系統(tǒng)與地面間抽系統(tǒng)相比，單井年節(jié)約費(fèi)用1.3萬元。

5 結(jié)論及認(rèn)識

1）隨著低產(chǎn)井?dāng)?shù)的逐年增加，地下智能間抽將是未來較好的節(jié)能舉升方式。

2）地下智能間抽是有效動用儲層豐度極低的扶余油層的最佳采油方式。

3）地下智能間抽系統(tǒng)易于管理，可以減輕工人勞動強(qiáng)度，提高工作效率，緩解油田人員緊張的問題。

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.09.005

2012-07-07）

雍安娟，工程師，1998年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東），從事機(jī)采管理崗，E-mail：yonganjuna@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠工程技術(shù)大隊機(jī)采室，163000。