張忠杰（大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心）

抽油機(jī)井參數(shù)調(diào)整的技術(shù)應(yīng)用

張忠杰（大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心）

隨著油田開采程度的加深，尤其針對抽油機(jī)井參數(shù)調(diào)整變化頻繁的特點，采用邊際成本、盈虧平衡原理以及石油工程相結(jié)合的方法，分析研究得出：抽油機(jī)參數(shù)調(diào)大油井，在不同油價、不同投入產(chǎn)出比下有效期內(nèi)累計增油經(jīng)濟(jì)開采界限；參數(shù)調(diào)小井，在不同油價下有效期內(nèi)累計降油經(jīng)濟(jì)開采界限；以及改撈油井，在不同油價下的臨界經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。通過相應(yīng)的調(diào)參措施，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。最終達(dá)到降低生產(chǎn)成本、提高投入產(chǎn)出比的目的，為油田經(jīng)濟(jì)開采提供了有效依據(jù)。

抽油機(jī)井；參數(shù)調(diào)整；邊際成本；盈虧平衡原理；經(jīng)濟(jì)界限

DOI：10.3969/j.issn.2095-1493.2017.07.006

1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)界限確定的基本原理

原油成本分為固定成本和可變成本。固定成本是在一定時期內(nèi)，某范圍內(nèi)隨油井的產(chǎn)油量（或產(chǎn)液量）變動而相對保持不變的成本項目。可變成本是在一定時期內(nèi)，隨油井的產(chǎn)油量（或產(chǎn)液量）的變動而變動的成本項目[1]。

每增產(chǎn)一個單位產(chǎn)品而使可變成本或總成本增加的數(shù)值，稱為邊際成本[2]。開始時，邊際成本隨產(chǎn)量擴(kuò)大而遞減，但產(chǎn)量擴(kuò)大到一定程度，因收益遞減規(guī)律作用而轉(zhuǎn)為遞增，這個轉(zhuǎn)折點的邊際成本為極限值，在此極限值產(chǎn)品成本與售價相等，無經(jīng)濟(jì)開采價值[3]。

邊際成本包括增產(chǎn)單位原油變動成本和生產(chǎn)單位原油所需費用。公式為

式中：Mc——平均邊際成本，元/t；

ΔCv——變動成本，元；

ΔQ——有效期內(nèi)累積增油量，t；

Cm——作業(yè)費用及有效期內(nèi)分?jǐn)偟脑O(shè)備費，元/t；

a——原油商品率，%。

邊際收益是指扣除稅金后的油價，計算公式為

式中：Ms——噸油邊際收益，元/t；

P——油價，元/t；

Tr——稅金，元/t。

由盈虧平衡原理可知，當(dāng)抽油機(jī)井在調(diào)整參數(shù)后有效期內(nèi)的平均邊際成本與扣除稅后的油價之比等于投入產(chǎn)出比時，所對應(yīng)的最低累計增油量即為參數(shù)調(diào)整增油量的經(jīng)濟(jì)界限[4]，即

式中：R——投入產(chǎn)出比。

由此可得參數(shù)調(diào)整后的累計增油量的界限為

在進(jìn)行調(diào)整方案設(shè)計或決策時，需根據(jù)累計增油界限公式計算增油界限為依據(jù)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整參數(shù)增大油井，預(yù)測的增油量需大于ΔQmin界限，才可以實施方案；若單井日產(chǎn)出量等于或小于日操作成本情況下，參數(shù)可以降低，預(yù)測的降油量需小于ΔQmax界限，才可以實施方案；參數(shù)無法降低井，無其它措施情況下，可以改撈油方式生產(chǎn)，當(dāng)日產(chǎn)量低于計算臨界產(chǎn)量時，才可以實施方案。

2 經(jīng)濟(jì)界限值在抽油機(jī)井參數(shù)調(diào)整中的應(yīng)用

2.1 調(diào)整的計算方法

油田生產(chǎn)中抽油機(jī)井參數(shù)調(diào)整，主要包括沖程、沖速和泵徑3個項目，調(diào)整沖程和沖速2個項目，主要影響參數(shù)調(diào)整工作量費用和調(diào)整后耗電費用；而調(diào)整泵徑主要影響作業(yè)費用和耗電費用。參數(shù)調(diào)整工作量費用和換泵作業(yè)費用按關(guān)聯(lián)交易價格計算；計算耗電費用主要考慮電動機(jī)消耗功率的變化導(dǎo)致耗電量的變化帶來的費用，為了預(yù)測項目經(jīng)費，選擇調(diào)整前測量電動機(jī)耗電和計算調(diào)整后電動機(jī)功率折算耗電的辦法，預(yù)算耗電增長或降低費用。其中，計算電動機(jī)功率應(yīng)用功率和曲柄扭矩關(guān)系公式[5]：

式中：P——電動機(jī)功率，kW；

Me——曲柄軸等值扭矩，N·m；

n——沖速，min-1；

η——傳動效率。

其中，曲柄軸等值扭矩為式中：Mmax為曲柄軸最大扭矩，N·m；k為不同方法確定的比例系數(shù)，簡諧模型k=0.707；回歸分析結(jié)果k=0.54；根據(jù)理論分析和實際資料的計算結(jié)果，并考慮到不平衡等因素，取k=0.6[6]。

其中，計算曲柄軸最大扭矩利用前蘇聯(lián)拉瑪扎諾夫的經(jīng)驗公式：

式中：s——沖程，m；

Wmax——懸點最大載荷，N；

Wmin——懸點最小載荷，N。根據(jù)以上公式可知電動機(jī)功率為

其中，懸點的最大和最小載荷為（忽略慣性和摩擦載荷）：

式中：ρs——抽油桿密度，7850 kg/m3；

ρl——抽汲液密度，kg/m3；

Ar——抽油桿截面積，m2；

Ap——活塞截面積，m2；

L——抽油桿柱長度，m。

應(yīng)用測量電動機(jī)單根電纜耗電計算電動機(jī)功率為

式中：P測——電動機(jī)功率，kW；

K——單耗電量，kWh/min。

應(yīng)用公式（8）將調(diào)整前與調(diào)整后電動機(jī)功率相比：

其中，調(diào)整前電動機(jī)效率應(yīng)與測量電動機(jī)功率近似相等，因此調(diào)后電動機(jī)功率為

根據(jù)公式（13）即可計算出調(diào)整后功率，應(yīng)用調(diào)整前與調(diào)整后功率之差即可計算調(diào)整前后日耗電消耗情況。應(yīng)用邊際成本計算有效期內(nèi)，市場油價下的累計調(diào)整界限。同時，根據(jù)理論排量、泵效和動液面等參數(shù)預(yù)測有效期內(nèi)累計產(chǎn)油情況，即可判斷方案是否可行。

2.2 抽油機(jī)井的參數(shù)調(diào)大增油界限

2.2.1 調(diào)整沖程的增油界限

油田采油工程推行“大沖程、小沖速”的參數(shù)設(shè)置，以便防止偏磨、抽油桿疲勞損失。因此在參數(shù)調(diào)大的選擇中，調(diào)整沖程是首選項。

以1#井為例，調(diào)整前日產(chǎn)液11 t，含水15%，動液面711m，消耗功率9.2 kW。計劃沖程由3.6m調(diào)整到5m，按商品率為95%、稅率為14.5%、進(jìn)行計算不同原油價格下增油界限。計算后得到1#井此次調(diào)整在不同投入產(chǎn)出比下累計增油下限與油價關(guān)系（圖1）。該井油價每噸在1700～2500元時，投入產(chǎn)出比為1時累計增油下限為0.23～0.13 t。該井調(diào)整前后理論排量應(yīng)由39.4m3/d上升到54.7m3/d，若調(diào)整前后泵效基本保持不變，含水穩(wěn)定15%，日增油4.9 t。通過計算，該井適合調(diào)整，調(diào)整后該井日增油0.7 t，有效期內(nèi)增油42 t，達(dá)到投入產(chǎn)出比在1∶2.5，取得了較好的效果。

圖1 1#井增油下限與油價關(guān)系

2.2.2調(diào)整沖速的增油界限

為了降低井底流壓，發(fā)揮地層供液能力，達(dá)到更好增油效果，增大沖速是增加理論排量最直接、最有效的辦法。在沖程達(dá)到上限的情況下，調(diào)整沖速是最為合理的選擇。

調(diào)整2#井，沖速由4min-1上調(diào)到6min-1，繪制不同油價、不同投入產(chǎn)出比情況下的增油圖（圖2）。從圖中可以看出在油價每噸在1700～2500元時，增油下限為0.48～0.28 t。執(zhí)行方案后，該井日增油0.6 t，有效期內(nèi)增油達(dá)到54 t，投入產(chǎn)出比達(dá)到1∶1.25，取得了較好的效果。

圖2 2#井增油下限與油價關(guān)系

2.2.3 調(diào)整泵徑的增油界限

為了充分調(diào)動抽油機(jī)井潛力，在沖程、沖速無法調(diào)整的情況下，更換泵徑是提高油井排量的有效做法。目前現(xiàn)場一般隨作業(yè)更換泵徑以便達(dá)到增油目的。

調(diào)整3#井泵徑由38mm上調(diào)到44mm，繪制該井不同油價、不同投入產(chǎn)出比情況下的增油下限圖（圖3）。從圖中可以看出在油價每噸在1700～2500元時，增油下限為1.09～0.64 t。該井預(yù)計有效期內(nèi)增油38.4 t，達(dá)到增油下限。執(zhí)行方案后，該井有效期內(nèi)日增油4.2 t，累計增油達(dá)到542 t，投入產(chǎn)出比達(dá)到1∶5.1，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 3#井增油下限與油價關(guān)系

2.3 抽油機(jī)井的參數(shù)調(diào)小降油界限

單井日產(chǎn)出量等于或小于日操作成本情況下，可以通過降低參數(shù)降低日操作成本，計算采油井降低參數(shù)的降油界限，同時預(yù)測降油量，當(dāng)降油量小于降油界限時，才可以實施方案；參數(shù)無法降低，無其它措施情況下，可以改撈油，當(dāng)日產(chǎn)量低于計算臨界產(chǎn)量時，才可以實施方案。

當(dāng)抽油機(jī)井調(diào)整參數(shù)后有效期內(nèi)的平均邊際成本等于扣除稅收后的油價時，所對應(yīng)的最大降油量為參數(shù)調(diào)整降油量的經(jīng)濟(jì)界限：

應(yīng)用以上原理分別計算了調(diào)整沖程、沖速和泵徑的3口井在不同油價情況下的降油下限（圖4）。

圖4 不同油價下的降油界限

從圖中可以看出調(diào)整的4#井沖速8min-1下調(diào)到4min-1的有效期內(nèi)日降油界限為0.2 t，實際調(diào)整后該井有效期內(nèi)日降油0.1 t，日節(jié)約費用130元，取得了一定的效果；5#井沖程油3m下調(diào)到2m，有效期內(nèi)的日降油界限為0.3 t，該井調(diào)整后日產(chǎn)油量保持不變，日節(jié)約費用110.8元；6#井將泵徑38mm下調(diào)到32mm，日降油界限為0.6 t，該井隨作業(yè)更換泵徑，不計算檢泵費用，該井換小泵后，井底流壓達(dá)到合理值，日產(chǎn)油上升了0.1 t，同時該井日節(jié)約費用96元，取得了較好的效果。

2.4 改撈油井的臨界產(chǎn)量

當(dāng)邊際收益抵償不了操作成本情況下，繼續(xù)生產(chǎn)將虧本，說明此時的產(chǎn)量就是油井改撈油的臨界產(chǎn)量。如下公式：

式中：C——單井日費用，元/d；

q——臨界產(chǎn)量，t/d。

根據(jù)此公式計算出不同油價下的臨界產(chǎn)量（圖5）。由圖5可知，油價在每噸1700～2500元時的臨界產(chǎn)量為0.34～0.23 t。

圖5 不同油價下的臨界產(chǎn)量

3 結(jié)論

1）將邊際成本理論和盈虧平衡理論應(yīng)用在價格、成本和產(chǎn)量分析中，有利于制定油田生產(chǎn)規(guī)劃的部署。

2）應(yīng)用邊際成本理論確定參數(shù)調(diào)大油井有效期內(nèi)在不同油價下的增油量下限，根據(jù)不同生產(chǎn)井生產(chǎn)情況推測方案可執(zhí)行性。

3）當(dāng)單井日產(chǎn)出量等于或小于日操作成本，可降低抽油機(jī)井參數(shù)，應(yīng)用盈虧平衡理論確定了降油界限；無法降低抽油機(jī)井參數(shù)的油井確定了改撈油井經(jīng)濟(jì)界限產(chǎn)量。

[1]張繼成，梁文福，余興華，等.喇嘛甸油田特高含水期老井的技術(shù)經(jīng)濟(jì)界限[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報，2004，28（2）：101-103.

[2]梁文福.喇嘛甸油田特高含水期水驅(qū)綜合調(diào)整技術(shù)研究[D].大慶：大慶石油學(xué)院，2003.

[3]孫彥彬.石油技術(shù)經(jīng)濟(jì)——方法與應(yīng)用[M].哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1997：25-31.

[4]黃耀琴，金鐵文.動態(tài)盈虧平衡點法在油氣田開發(fā)投資中的應(yīng)用[J].西南石油學(xué)院學(xué)報，2001，23（4）：74-76.

[5]陳濤平，胡靖邦.石油工程[M].北京：石油工業(yè)出版社，2000：35-36.

[6]徐靜.泵效對抽油機(jī)井能耗的影響[J].內(nèi)蒙古石油化工，2011，37（6）：60-61.

2016-12-03

（編輯 杜麗華）

張忠杰，工程師，2011年畢業(yè)于東北石油學(xué)院（石油儲運專業(yè)），從事質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)化管理工作，E-mail：dqzhangzhongjie@ 126.com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西賓路552號技術(shù)監(jiān)督中心，163453。