孫艷（大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠規(guī)劃設(shè)計研究所）

抽油機(jī)井合理平衡度界限研究與現(xiàn)場試驗

孫艷（大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠規(guī)劃設(shè)計研究所）

結(jié)合抽油機(jī)井生產(chǎn)實際，開展了抽油機(jī)井合理平衡度界限研究及現(xiàn)場試驗，確定不同類型抽油機(jī)的最佳平衡度值以及合理平衡度區(qū)間；并針對供采協(xié)調(diào)井及供采不協(xié)調(diào)井分別采取相應(yīng)的治理措施，通過合理調(diào)整舉升系統(tǒng)參數(shù)，在提高單井平衡度的同時，進(jìn)一步降低了能耗，為提高抽油機(jī)井整體平衡度合格率提供了借鑒。

抽油機(jī) 平衡度 技術(shù)管理

目前，油井舉升方式主要以抽油機(jī)為主，若抽油機(jī)運轉(zhuǎn)不平衡，會造成能耗相對增加，平衡度低于70%時與處于合理范圍內(nèi)相比，消耗功率增加20%以上，直接影響抽油機(jī)減速箱以及電動機(jī)系統(tǒng)效率和使用壽命。通過開展抽油機(jī)井合理平衡度研究，加大技術(shù)措施實施力度，取得了較好效果。

1 合理平衡度界限研究

抽油機(jī)井平衡度是影響整機(jī)工況和能耗的重要指標(biāo)，但平衡度對于抽油機(jī)耗電的影響程度還不能定量。為此開展了抽油機(jī)井合理平衡度界限研究，指導(dǎo)平衡度調(diào)整工作，提高管理認(rèn)識。

1.1 相同工況下平衡度對抽油機(jī)能耗的影響

依據(jù)1#抽油機(jī)井示功圖，模擬不同平衡度下，減速器輸出軸凈扭矩曲線及對應(yīng)的有功功率：在平衡狀態(tài)下，電動機(jī)有功功率變化不大；在不平衡狀態(tài)下，抽油機(jī)能耗提高。

以1#抽油機(jī)井為例，該井日產(chǎn)液1.5 t，含水21.0%，動液面1352 m；沖程2 m，沖速5 min-1，泵徑Φ32 mm，泵掛深度1400 m；抽油機(jī)電動機(jī)功率22 kW。在平衡度60%、90%、110%、120%時，模擬了輸出軸凈扭矩曲線，見圖1。

圖1 不同平衡度的輸出軸凈扭矩曲線

結(jié)合理論研究，在該井進(jìn)行了平衡度現(xiàn)場調(diào)整測試，從理論研究和現(xiàn)場測試結(jié)果分析，現(xiàn)場實測有功功率變化趨勢與理論計算值趨勢基本一致。

1.2 相同工況下抽油機(jī)機(jī)型對能耗的影響

在相同工況條件下，模擬了不同機(jī)型輸出軸凈扭矩曲線，以2#抽油機(jī)井為例，該井日產(chǎn)液5.5 t，含水65.3%，動液面1304 m；沖程3 m，沖速4 min-1，泵徑Φ32 mm，泵掛深度1484 m；抽油機(jī)電動機(jī)功率22 kW。在平衡度95%時，模擬常規(guī)抽油機(jī)、異相抽油機(jī)、雙驢頭抽油機(jī)3種機(jī)型輸出軸凈扭矩曲線，見圖2。

圖2 不同機(jī)型的輸出軸凈扭矩曲線

理論研究及現(xiàn)場試驗表明，抽油機(jī)的最佳平衡度區(qū)間為95%～100%，合理平衡度區(qū)間為85%～105%；雙驢頭抽油機(jī)較常規(guī)抽油機(jī)、異相抽油機(jī)分別節(jié)電11.1%、4.2%，節(jié)電效果較好，見圖3。

圖3 2#抽油機(jī)井不同平衡度有功功率關(guān)系曲線

2 提高抽油機(jī)平衡度合格率的措施

影響抽油機(jī)平衡的主要因素是懸點載荷與平衡配重位置的變化。在日常生產(chǎn)過程中變化單井液量、地面參數(shù)等因素，依據(jù)游梁式抽油機(jī)平衡扭矩與平衡特性，分析了沖程、沖速變化對單井平衡度的影響，見圖4。

圖4 沖程、沖速變化對單井平衡度的影響

由兩圖對比可以看出，沖程調(diào)整對單井平衡度影響較大，沖速調(diào)整對單井平衡度影響相對較小。結(jié)合理論研究及現(xiàn)場試驗，針對供采協(xié)調(diào)井、供采不協(xié)調(diào)井分別采取相應(yīng)的技術(shù)治理措施。

2.1 供采協(xié)調(diào)井

1）欠平衡井的技術(shù)治理措施。針對平衡塊調(diào)到外側(cè)仍不平衡的欠平衡井，通過調(diào)整地面參數(shù)、優(yōu)化桿柱匹配組合措施進(jìn)行治理，使平衡塊調(diào)到頭的不平衡井由年初的21口下降到目前的6口井，取得了較好效果。以3#抽油機(jī)井為例，該井措施前日產(chǎn)液13.0 t、沖程3.0 m、沖速7 min-1、泵徑38 mm，屬平衡塊無法調(diào)整的欠平衡井。2007年4月對該井調(diào)整，在確保單井平衡度達(dá)到合理區(qū)域的同時，有功功率下降1.3 kW，系統(tǒng)效率提高3.7%，具體數(shù)據(jù)見表1。

2）過平衡井的技術(shù)治理措施。針對平衡塊調(diào)到內(nèi)側(cè)仍不平衡的過平衡井，結(jié)合單井實際，通過預(yù)設(shè)平衡塊的合理位置，依據(jù)公式計算出應(yīng)調(diào)平衡塊的質(zhì)量，通過降低平衡塊配重，達(dá)到治理過平衡井的目的。根據(jù)上、下沖程電動機(jī)做功相等原理，電動機(jī)電流和減速箱曲柄軸扭矩間存在正比例關(guān)系，則預(yù)先設(shè)定平衡塊位置R，則W1可以通過公式求出：

表1 3#抽油機(jī)井優(yōu)化前后效果對比

式中：

W1——應(yīng)調(diào)平衡塊在預(yù)定半徑值時的配重，N；

R——預(yù)設(shè)平衡塊半徑，m；

S——實測驢頭沖程，m；

IU、ID——驢頭上、下沖程時最大電流，A；

Pmax、 Pmin——懸點最大、最小載荷，N。

3）舉升系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)。為進(jìn)一步掌握抽油機(jī)井不同泵徑、不同沖程、沖速匹配條件下，對系統(tǒng)運行狀態(tài)，主要涉及到單井最大載荷、最小載荷、載荷比、最大扭矩，以及有功功率的影響，進(jìn)行了抽油機(jī)舉升系統(tǒng)參數(shù)合理匹配研究，供采協(xié)調(diào)的同時，在單井平衡度提高的條件下，進(jìn)一步降低單井能耗，改善系統(tǒng)運行工況。

以4#抽油機(jī)井為例，該井措施前日產(chǎn)液9.3 t、沖程3.0 m、沖速7 min-1、泵徑38 mm，屬高沖速生產(chǎn)井。措施后日產(chǎn)液9.0 t、沖程3.0 m、沖速3 min-1、泵徑44 mm，調(diào)整前后對比，單井平衡度提高2.6個百分點，有功功率下降3.3%，系統(tǒng)效率提高3.0%。針對高沖速生產(chǎn)井，在滿足供采協(xié)調(diào)的條件下，通過優(yōu)化調(diào)整，即作業(yè)換大泵降低沖速生產(chǎn)，改善了運行工況。截至目前共優(yōu)化實施18井次，平均單井日節(jié)電24 kWh，平均單井系統(tǒng)效率提高了1.1%。

2.2 供采不協(xié)調(diào)井

1）地面參數(shù)匹配不合理井治理。依據(jù)單井模擬結(jié)果，地面參數(shù)調(diào)小后，有功功率下降較大；地面參數(shù)調(diào)整后，平衡隨之變化，應(yīng)對平衡重新調(diào)整，平衡度合格率為50%時較平衡度合格率為95%時有功功率增加4%左右。因此，針對部分井平衡度處于合理區(qū)域，但沖程、沖速匹配不合理，在調(diào)整地面抽汲參數(shù)組合后，及時進(jìn)行平衡調(diào)整提高單井平衡度，在確保最優(yōu)工況生產(chǎn)的同時，降低單井機(jī)采能耗。截至目前共計優(yōu)化調(diào)小地面抽汲參數(shù)794井次，平均單井日節(jié)電18.1 kWh，平均單井系統(tǒng)效率提高了0.8%，調(diào)小參數(shù)井年可累計節(jié)電473.4×104kWh。

2）泵徑偏大井治理。針對目前產(chǎn)液量較低，地面參數(shù)無調(diào)整余地的供采不協(xié)調(diào)井，作業(yè)中實施換小泵措施，一方面在提高單井泵效的同時，提高了系統(tǒng)效率；另一方面在確保單井在合理平衡度工況運轉(zhuǎn)的同時，最大限度地降低了系統(tǒng)能耗。截至目前共計實施檢換小泵89井次，平均單井日節(jié)電33.6 kWh，平均單井系統(tǒng)效率提高了1.2%，檢換小泵井年可累計節(jié)電98.5×104kWh。

3 結(jié)論

1）依據(jù)不同平衡度時系統(tǒng)輸入功率的模擬結(jié)果，確定不同類型抽油機(jī)的最佳平衡度為95%～100%，合理平衡度區(qū)間為85%～105%。

2）供采協(xié)調(diào)井，對于過平衡井及平衡井，通過合理調(diào)整舉升系統(tǒng)參數(shù)，可進(jìn)一步降低單井能耗。

3）供采不協(xié)調(diào)井，首先進(jìn)行舉升參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，在追求供采協(xié)調(diào)的同時，調(diào)整抽油機(jī)平衡，確保進(jìn)一步降低單井能耗。

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.016

2015-04-02）

孫艷，工程師，1992年畢業(yè)于山東東營勝利石油學(xué)校，從事油氣集輸技術(shù)管理工作，E-mail：sunyan1117@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠規(guī)劃設(shè)計所，163414。