肖輝（大慶油田有限責任公司第九采油廠）

低產油田抽油機井工作制度優(yōu)化

肖輝（大慶油田有限責任公司第九采油廠）

通過繪制低產油田抽油機井流入動態(tài)和流出動態(tài)曲線，確定合理流壓及最大產量，以最大產量為前提，以能耗最低為目標優(yōu)化抽油機井工作制度，詳細闡述了低產油井工作制度的優(yōu)化的方法。并通過實例計算證明了該方法的可行性與實用性，為實施精細機采管理提供技術指導。

優(yōu)化方法 流入 流出 能耗計算

大慶西部外圍油田屬于低產低滲油田，井深、產量低、舉升單耗高、系統(tǒng)效率低。通過合理的優(yōu)化工作制度能保證油井產量得到充分發(fā)揮，機、桿、泵在良好的環(huán)境下運行，達到能耗最低、效率最高。

1 工作制度優(yōu)化方法

低產油井工作制度優(yōu)化總體思路主要包括3個部分：以流入動態(tài)曲線確定合理流壓及對應的最大產量，即該井目標產量；從目前生產參數(shù)下的流出動態(tài)曲線并結合流入動態(tài)確定該參數(shù)下的供采協(xié)調點；確定目前參數(shù)下的理論能耗。在綜合考慮以油井流入、流出動態(tài)理論、單井理論能耗基礎上，建立“泵徑、沖程、沖速、時間”四參數(shù)與能耗關系模型，給出最優(yōu)工作制度。

1.1流入動態(tài)曲線

流入動態(tài)曲線的獲得，即液面恢復法：油井在一個較低流壓狀態(tài)時關井，通過連續(xù)監(jiān)測液面與對應時間，進而求得 IPR 曲線。

通過原始數(shù)據(jù)，做初步的數(shù)據(jù)處理：

根據(jù)液面恢復求出井底流壓與關井時間對應關系。

式中：

pwf——井底流壓，MPa；

h中——油層中深，m；

ρ ——液體密度，kg/m3；

h——環(huán)空動液面深度，m；

pt——套壓，MPa；

g ——重力加速度，m/s2。

通過 （2）式計算流壓恢復速度，即某一流壓下對應的產量，進而確定流入動態(tài)曲線。

式中：

Δt——關井時間差值，d；

Δh——關井 Δt時間后動液面差值，m。

1.2流出動態(tài)曲線

油井流出動態(tài)是指油井井口產量與井底流壓的關系，在保證油井供采協(xié)調的情況下，即在井底流壓保持一定的條件下，井口產量是理排與泵效的乘積。

油井流出動態(tài)：

式中：

Q出——實際排量，m3/d；

Q理排——理論排量，m3/d；

η——泵效，%。

由 于 泵效是沉 沒 壓 力 的 函數(shù)[1]：

在泵深一定的情況下：

式中：

pc——沉沒壓力，MPa；

h泵——泵深，m；

Go——溶解油氣體積比；

a —— 溶 解系數(shù)， m3/（m3·MPa）；

fw——含水率，%；

s——沖程，m；

n ——沖速，min-1；

L——泵掛深度，m；

E ——桿柱的彈性模量，取 2.06×1011Pa；

fp、fr、ft——分別為活塞、抽油桿、油管的截面積，cm2。

在連續(xù)生產的情況下，由于井底流入和井口流出的互相耦合，一組泵徑、沖程、沖次最終對應一個穩(wěn)定生產點，即達到供采協(xié)調，圖1所示。

圖1 流入與流出動態(tài)供采協(xié)調關系

1.3單井理論能耗計算

有桿泵系統(tǒng)消耗功率是泵徑、沖程、沖次的函數(shù)，為了使計算能耗與實際接近，消耗功率的計算主要考慮了五個部分：地面損失功率 Pu、黏滯損失功率 Pr、滑動損 失功率 Pk、溶解氣膨脹功率、有效 功 率[2]。

抽油機消耗功率：

1.4工作制度優(yōu)化模型

首先建立泵徑（D）、沖程（S）、沖速（N）、時間（T）與能耗關系函數(shù)，優(yōu)化工作制度，優(yōu)化目標函數(shù)式。

式 （7）等號左 邊 代 表最小 消 耗功率 ； 右 邊包括兩個部分：G函數(shù)是代表理論能耗計算模型，是以產量最大為前提，泵徑、沖程、沖速的函數(shù)，R函數(shù)代表開井時率函數(shù)，是間歇采油開、關井時間的函數(shù)。

由于開井時率函數(shù)：

當 T關=0時， 該 井 為 連 續(xù) 生 產 ； 當 T關＞0時 ，該井為間歇生產。

由于間歇采油井在關井時流壓從合理流壓下限恢復到上限，以油井流入動態(tài)為依據(jù)，建立關井流壓恢復與時間的關系。

邊界條件：

通過計算，得到關井時間T關。

以流入、流出動態(tài)為依據(jù)，建立開井流壓下降與時間的關系式。

邊界條件：

式中，C為單位時間井底流入的產量轉化為壓力的系數(shù)； D為單位時間井口流出的產量轉化為壓力的系數(shù)。

計算出每一組泵徑、沖程、沖速下對應的開井時間 T開。最后以能耗最低為目標優(yōu)選最佳的泵徑、沖程、沖速、開/關井時間參數(shù)組合。

2 應用舉例

2.1單井情況

某抽油機井，抽油機型號 YCYJ8-3-26HB，電動 機 型 號 SD/YCHD225-12/8， 使 用 功 率 15.0kW，油層中深1370m。2011年5月該井泵徑 32mm，抽油桿柱 19mm × 16mm，沖程 2.5m，沖速 4.4min-1，產 液 量 2.3t/d， 含 水 4.0% ， 泵 深 1328m ， 液 面 深1317m，流壓 1.12MPa，間歇采油制度為開井 20h，關井4h。

2.2工作制度優(yōu)化

根據(jù)該井流壓恢復現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)，得到該井流入動態(tài)及流出動態(tài)曲線，并得到該井合理流壓 1.6 MPa， 最 大 產 量 2.5t/d。 同 時 結 合 流 入 與 流 出 可知，該井在連續(xù)生產情況下，處于流壓偏小區(qū)。

通過對某井生產狀況分析與計算，共制定出如下12組典型的生產參數(shù)組合，根據(jù)該井所用桿柱組合為 19mm×16mm，該桿柱組合下最大泵徑為44mm，見表1。

表1 某井參數(shù)優(yōu)化情況組合

該井在方案執(zhí)行時主要考慮了以下實際情況：該井 所用 司達雙速電動機換擋后直 接由 4.4min-1降到 3.0min-1； 間歇 采油執(zhí) 行與 現(xiàn)場管理， 開關 井時間盡量不要過于頻繁，且間歇周期最好控制在24h。該井最終執(zhí)行方案為泵徑 32mm，沖程 2.5m，沖速3min-1，開井 16h 關井 8h，目前流壓 2.0MPa， 產 液量 2.5t/d，優(yōu)化后 折 后 日 節(jié) 電 17.8kWh，見表2。

表2 某井參數(shù)優(yōu)化后節(jié)電情況

3 結論

機采井工作制度優(yōu)化是一項系統(tǒng)工程，需要經過周密的分析與計算。優(yōu)化的目標是“產量最大、能耗最低”，優(yōu)化時應考慮以下基本原則：

1）合理選擇泵徑、沖程、沖速；

2）利用現(xiàn)有設備、不增加額外成本，需考慮抽油機額定載荷、電動機額定扭矩、桿柱匹配等；

3）盡可能滿足現(xiàn)場管理，如間歇采油開關井時間等。

[1]王巖樓,張傳緒,郭殿軍.大慶西部外圍油田開發(fā)實踐[M].北京:石油工業(yè)出版社,2005:125-126.

[2]鄭海金.一種有桿泵機械采油工藝參數(shù)設計方法:中國, 99109780.7[P].1999-07-15.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.005.020

2012-10-26）

肖輝，2008年畢業(yè)于西南石油大學，從事采油工程工作，E-mail：xiaoh1024@sina.com，地址 ： 黑龍江 省大慶油 田有限 責任公司第九采油廠工程技術大隊，163853。