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        提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率潛力分析和評(píng)價(jià)方法研究

        2018-06-20 02:18:02李濤大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠
        石油石化節(jié)能 2018年4期
        關(guān)鍵詞:單井抽油機(jī)油井

        李濤(大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠)

        作為機(jī)采井措施調(diào)整和參數(shù)優(yōu)化的決策依據(jù),系統(tǒng)效率日益受到重視,利用系統(tǒng)效率指標(biāo)可將油井產(chǎn)能、舉升工藝和節(jié)能降耗有機(jī)地統(tǒng)一起來。目前各油田都開展了提高機(jī)采井系統(tǒng)效率的工作。

        提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率主要有以下途徑:應(yīng)用節(jié)能型技術(shù)設(shè)備,主要有節(jié)能型抽油機(jī)、節(jié)能電動(dòng)機(jī)、節(jié)能控制器等,以及在井下管桿設(shè)計(jì)中使用新工藝;加強(qiáng)抽油機(jī)井科學(xué)管理,包括機(jī)桿泵的優(yōu)化設(shè)計(jì),調(diào)抽油機(jī)平衡,抽油機(jī)井的保養(yǎng)維護(hù)等。

        大慶油田在提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率方面優(yōu)化了近2000口井,提高的幅度為5%~20%,差距很大。在投入相當(dāng)?shù)那闆r下,不同產(chǎn)能狀況、不同措施途徑所取得的效果不同。針對(duì)影響系統(tǒng)效率的單井敏感性因素和區(qū)塊產(chǎn)能條件、技術(shù)設(shè)備條件進(jìn)行分析評(píng)價(jià),并以此給出評(píng)價(jià)系統(tǒng)效率的依據(jù)。

        1 單井系統(tǒng)效率敏感性分析

        要找到可提高系統(tǒng)效率潛力所在,必須針對(duì)單井抽油系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)效率影響的敏感性加以分析。在有桿泵抽油系統(tǒng)中,機(jī)采井系統(tǒng)效率可分為地面和地下兩大部分。其中地面設(shè)備對(duì)系統(tǒng)效率影響主要取決于光桿載荷、光桿功率、四連桿機(jī)構(gòu)效率、減速箱和電動(dòng)機(jī)效率等,其效率損失也主要集中在井口盤根、四連桿機(jī)構(gòu)、皮帶減速器以及電動(dòng)機(jī)上。

        通過常規(guī)的優(yōu)化措施在井口盤根、四連桿機(jī)構(gòu)、皮帶減速器方面提高的效率較低,工作重點(diǎn)主要集中在降低電動(dòng)機(jī)輸入功率方面[1]。

        多因素敏感性分析假定條件是同時(shí)變動(dòng)因素互相獨(dú)立,考慮以上各影響因素相互關(guān)聯(lián),做抽油系統(tǒng)單因素敏感性分析,即單井優(yōu)化前后產(chǎn)能不變(其他效率影響不變),按目前使用節(jié)能電動(dòng)機(jī)平均有功節(jié)電效果10%計(jì)算,可提高系統(tǒng)效率3.73個(gè)百分點(diǎn)。

        預(yù)測(cè)通過抽汲參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)可降低的電動(dòng)機(jī)輸入功率可按下式[2]計(jì)算:

        式中:P1——抽油機(jī)輸入功率,kW;

        P光桿——光桿功率,kW;

        A——示功圖面積,cm2;

        Sd——示功圖減程比,m/mm;

        fd——示功圖力比,N/mm;

        n——沖速,min-1。

        按喇嘛甸油田目前抽油機(jī)井產(chǎn)能水平,以平均可下調(diào)沖速2 min-1計(jì)算,有功功率可降低2.98 kW,可增加系統(tǒng)效率14個(gè)百分點(diǎn)。

        井下效率損失主要集中在抽油泵和抽油桿柱上。提高井下效率常用措施需通過增大泵效實(shí)現(xiàn),以原生產(chǎn)狀況正常井為例,僅通過參數(shù)調(diào)整可提高泵效5%~10%,按此計(jì)算可提高系統(tǒng)效率5個(gè)百分點(diǎn)。

        綜上所述,提高系統(tǒng)效率以抽汲參數(shù)優(yōu)化效果最佳,節(jié)能設(shè)備使用效果次之。為保證單井產(chǎn)能水平不變,抽汲參數(shù)優(yōu)化須結(jié)合增大沖程、更換大泵等措施。

        2 區(qū)塊產(chǎn)能與系統(tǒng)效率提高潛力的關(guān)系

        由系統(tǒng)效率η定義可知

        其中

        式中:P2——抽油機(jī)有效功率,kW;

        q——油井產(chǎn)液量,m3/d;

        H——有效揚(yáng)程,m;

        ρ——油井液體密度,t/m3;

        g——重力加速度,g=9.8 m/s2。

        抽油系統(tǒng)有效功率不但與泵排液能力有關(guān),而且與油井產(chǎn)能有密切關(guān)系。要分析系統(tǒng)效率提高潛力、確定通過節(jié)能工作可提高系統(tǒng)效率上限,必須建立油井區(qū)塊產(chǎn)能條件、生產(chǎn)設(shè)備差異性與系統(tǒng)效率間的關(guān)系。

        2.1 區(qū)塊產(chǎn)能與系統(tǒng)效率的關(guān)系

        油田抽油機(jī)井各機(jī)型系統(tǒng)效率情況如表1所示。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,配備不同型號(hào)設(shè)備的抽油機(jī)井系統(tǒng)效率水平差異較大。原因是油井設(shè)備選擇是按產(chǎn)能大小設(shè)計(jì),油井原始產(chǎn)能狀況很大程度上決定了該井可達(dá)到的最高系統(tǒng)效率水平[3]。

        表1 油田各機(jī)型系統(tǒng)效率統(tǒng)計(jì)

        為建立系統(tǒng)效率指標(biāo)和機(jī)采井區(qū)塊產(chǎn)能狀況的關(guān)系,選擇采油指數(shù)作為建立系統(tǒng)效率與區(qū)塊產(chǎn)能關(guān)系的中間媒介,以此建立系統(tǒng)效率與油井區(qū)塊特性、技術(shù)裝備條件間的關(guān)系。采油指數(shù)是反映油層性質(zhì)、流體物性、完井條件及泄油面積等與產(chǎn)量之間關(guān)系的綜合指標(biāo)。其數(shù)值等于單位壓差下的油井產(chǎn)量,可用來評(píng)價(jià)和分析油井的生產(chǎn)能力[4]。

        采油指數(shù)關(guān)系式為

        式中:J0——采油指數(shù),t/(d·MPa);

        Pr——油層靜壓,MPa;

        Pwf——油層流壓,MPa。

        為反映系統(tǒng)效率隨采油指數(shù)的整體變化趨勢(shì),以η為原函數(shù),J0為近似函數(shù),通過求解做最小二乘擬合,應(yīng)用數(shù)據(jù)擬合繪制不同井網(wǎng)的機(jī)采井系統(tǒng)效率與采油指數(shù)函數(shù)曲線(圖1)。

        圖1 機(jī)采井系統(tǒng)效率與采油指數(shù)函數(shù)曲線關(guān)系

        由圖1可知,為保持相同系統(tǒng)效率水平,三次加密井要求的油藏產(chǎn)能狀況更好。區(qū)塊產(chǎn)能性越差,其所能達(dá)到系統(tǒng)效率指標(biāo)越低。油井的系統(tǒng)效率理論上可達(dá)到100%,但越逼近其所要求的原始油藏或區(qū)塊產(chǎn)能性越高,實(shí)際不能達(dá)到。不同開采區(qū)塊、層位的系統(tǒng)效率逼近趨勢(shì)說明,受油藏產(chǎn)能狀況條件影響,相應(yīng)可達(dá)到的系統(tǒng)效率水平不同。

        表2 油田抽油機(jī)井系統(tǒng)效率水平

        2.2 油田系統(tǒng)效率水平評(píng)價(jià)及潛力分析

        表2列出了各不同區(qū)塊油田抽油機(jī)井平均系統(tǒng)效率水平。由表2可知,盡管還受其他因素影響,但不同區(qū)塊油藏產(chǎn)能水平差異決定了區(qū)塊系統(tǒng)效率整體水平的高低。同時(shí)受油藏區(qū)塊產(chǎn)能差異、技術(shù)設(shè)備條件影響,即使采取措施進(jìn)行優(yōu)化,可以提高系統(tǒng)效率幅度也有界限。

        以10#油田為例,該廠平均日產(chǎn)液3 t,消耗功率為3.616 kW,平均系統(tǒng)效率6.76%。

        按上述油井有效功率與產(chǎn)量等參數(shù)關(guān)系,實(shí)際上產(chǎn)液與功耗為互變函數(shù),任一項(xiàng)改變都會(huì)影響另一項(xiàng)變化,直至達(dá)到新的關(guān)系平衡。為求得最大系統(tǒng)效率增值,假設(shè)有功能耗等其他生產(chǎn)參數(shù)不變,按現(xiàn)沉沒度55.7 m,單井日產(chǎn)液最多可增加2 t,由此可增加系統(tǒng)效率4.51個(gè)百分點(diǎn)。

        考慮到抽油機(jī)井用電動(dòng)機(jī)空耗,按此計(jì)算,通過采取措施,單井消耗功率最大可降低1.05 kW,系統(tǒng)效率可增加2.79個(gè)百分點(diǎn)。實(shí)際上以能耗最低方法進(jìn)行系統(tǒng)效率優(yōu)化,10#油田平均可提高系統(tǒng)效率5個(gè)百分點(diǎn)。

        3 提高系統(tǒng)效率方法及應(yīng)用效果

        對(duì)于產(chǎn)能差的抽油機(jī)井,以應(yīng)用節(jié)能型技術(shù)設(shè)備為主,從降低能耗方面實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)效率的目的。

        對(duì)于區(qū)塊產(chǎn)能狀況良好的抽油機(jī)井,應(yīng)最大化挖掘產(chǎn)能潛力,同時(shí)結(jié)合抽汲參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化,在經(jīng)濟(jì)化投入的前提下可適當(dāng)應(yīng)用節(jié)能型設(shè)備[5]。

        在實(shí)施提高系統(tǒng)效率優(yōu)化試驗(yàn)中(表3),充分考慮了不同井區(qū)塊產(chǎn)能差異、技術(shù)設(shè)備條件,按能耗最低原則,均最大程度上進(jìn)行了井下和地面的優(yōu)化調(diào)整。對(duì)于區(qū)塊產(chǎn)能狀況好的井,通過換大泵結(jié)合調(diào)整抽汲參數(shù)提高系統(tǒng)效率;對(duì)于產(chǎn)能狀況差的井在措施中優(yōu)先使用節(jié)能技術(shù)設(shè)備。由表3可知,在優(yōu)化工作中根據(jù)單井實(shí)際狀況選取不同側(cè)重點(diǎn)的優(yōu)化措施可獲得很好的效果。

        表3 單井提高系統(tǒng)效率措施應(yīng)用效果

        4 抽油機(jī)井系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)依據(jù)

        對(duì)抽油機(jī)井系統(tǒng)效率進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),有利于更全面系統(tǒng)地進(jìn)行優(yōu)化措施手段的優(yōu)選,對(duì)機(jī)采井生產(chǎn)及管理指標(biāo)進(jìn)行考核管理。

        系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)應(yīng)考慮以下三點(diǎn):

        ◇應(yīng)同時(shí)包括單井節(jié)點(diǎn)效率損失評(píng)價(jià)以及分區(qū)塊、分層位、分井網(wǎng)評(píng)價(jià)在內(nèi)的整體評(píng)價(jià);

        ◇應(yīng)依據(jù)區(qū)塊產(chǎn)能差異性特點(diǎn)進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià);

        ◇應(yīng)充分考慮現(xiàn)有抽汲設(shè)備生產(chǎn)能力對(duì)系統(tǒng)效率的影響。

        5 結(jié)論

        1)提高油井系統(tǒng)效率以抽汲參數(shù)優(yōu)化效果最佳,節(jié)能設(shè)備使用效果次之。最大化挖掘系統(tǒng)效率潛力需多種措施方法綜合運(yùn)用。

        2)應(yīng)用采油指數(shù)建立系統(tǒng)效率與區(qū)塊產(chǎn)能的關(guān)系,計(jì)算油井不同區(qū)塊產(chǎn)能條件、技術(shù)裝備條件下抽油系統(tǒng)效率上限有利于經(jīng)濟(jì)、合理地開展優(yōu)化工作。

        3)在進(jìn)行提高系統(tǒng)效率的措施工作中應(yīng)充分考慮節(jié)能設(shè)備、參數(shù)調(diào)整取得效果和局限,針對(duì)性地采取措施。

        [1]劉濤.抽油機(jī)井系統(tǒng)效率影響因素及節(jié)能潛力分析[J].城市建設(shè)理論研究,2014(17):19-20.

        [2]張琪.采油工程原理與設(shè)計(jì)[M].山東東營(yíng):石油大學(xué)出版社,2006:135.

        [3]韓二濤,黃偉,甘慶明,等.低滲透油田抽油機(jī)井系統(tǒng)效率及評(píng)價(jià)指標(biāo)[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2012,41(8):69-72.

        [4]李穎川.采油工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,2009:217.

        [5]鄭海金,鄧吉彬.抽油機(jī)井系統(tǒng)效率潛力評(píng)價(jià)與分布規(guī)律研究[J].節(jié)能技術(shù),2008,26(2):22-25.

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