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        SAGD有桿泵舉升系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2020-10-20 04:35:54楊行軍
        石油研究 2020年9期

        摘要:在舉升系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則下,結(jié)合A油田B井區(qū)實(shí)際生產(chǎn)狀況,建立了SAGD有桿泵舉升系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的流程,選取了舉升系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù),確立了約束條件以及目標(biāo)函數(shù)的求解方法。優(yōu)化設(shè)計(jì)了一口稠油SAGD井的舉升系統(tǒng),按照系統(tǒng)效率最高的目標(biāo)函數(shù),確定了該油井的最優(yōu)組合方案。

        關(guān)鍵詞:SAGD;有桿泵;舉升系統(tǒng)

        引言

        有桿泵能在井筒流體溫度變化很大的范圍內(nèi)正常工作,舉升能力可調(diào)范圍較大,機(jī)械性能可靠,免修期長,易于維修,舉升成本較其他類型抽油方式低,不論深井、淺井、直井、定向井都適宜,因此有桿泵舉升方法是目前應(yīng)用最廣泛的注蒸汽熱采井舉升工藝。同時(shí),對SAGD有桿泵舉升系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究,必須要有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)主要來源于SAGD工藝的操作參數(shù)、現(xiàn)場的生產(chǎn)要求和設(shè)備的工作參數(shù)。

        1 舉升系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

        在SAGD有桿泵的舉升設(shè)計(jì)時(shí),必須滿足在如下原則[1]下進(jìn)行:

        (1 )結(jié)合生產(chǎn)需要,選取適合的抽吸參數(shù),以便滿足所需產(chǎn)量;

        (2 )結(jié)合排量與泵深選擇抽油設(shè)備,使得系統(tǒng)具有較高的效率;

        (3 )采用滿足強(qiáng)度要求、適合的桿柱組合,確保抽油桿工作安全。

        總之,系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)選就是在設(shè)計(jì)原則下,根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)情況選取合理的泵徑、沖程、沖次以及抽油機(jī)、抽油泵、抽油桿的最佳組合方案。

        2 舉升系統(tǒng)抽汲參數(shù)優(yōu)選

        2.1 系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)

        經(jīng)研究表明,若有桿泵抽油系統(tǒng)效率高[2],那么油井的排量系數(shù)、產(chǎn)能也比較高,同時(shí)設(shè)備的利用率也高,經(jīng)濟(jì)效益就高,故系統(tǒng)效率被用來衡量抽油機(jī)井綜合性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在進(jìn)行SAGD的抽汲參數(shù)優(yōu)選時(shí),以系統(tǒng)效率為目標(biāo)函數(shù),桿柱組合與舉升抽吸參數(shù)為設(shè)計(jì)變量,則有:

        則有:

        其中:

        式中:——系統(tǒng)效率;

        ——有功功率,kw;

        ——泵效;

        ——泵的理論排量,m3/d;

        ——泵徑,m;

        ——沖次,min-1;

        ——地面油氣比,m3/m3;

        ——沖程,m;

        ——泵吸入口壓力,MPa;

        ——?jiǎng)右好娓叨?,m;

        計(jì)算式可知,舉升系統(tǒng)效率的影響參數(shù)比較多,在對SAGD舉升系統(tǒng)的進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化時(shí),得考慮下面的約束條件:

        (1)油井的配產(chǎn)條件

        確保油井的實(shí)際產(chǎn)液量與配產(chǎn)相近,取,即

        (2)抽油機(jī)的負(fù)荷條件

        確保抽油機(jī)能夠正常工作,必須滿足:

        懸點(diǎn)最大載荷不能超過最大許用載荷;

        最大扭矩不能超過最大允許扭矩;有

        (3)抽油桿柱的強(qiáng)度條件

        采用修正Goodman圖來對抽油桿進(jìn)行強(qiáng)度校核,有

        2.2 模型優(yōu)選與求解

        將約束條件結(jié)合到目標(biāo)函數(shù)中,則得到的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型為:

        此模型為離散型變量的非線性有約束的優(yōu)化問題,考慮到SAGD的抽汲參數(shù)系列能夠選取的數(shù)量有限,故可選用枚舉法來進(jìn)行求解:

        a、進(jìn)行初步的優(yōu)選,排除其中不合理的方案;

        b、計(jì)算初選的方案,優(yōu)選出滿足最大扭矩、最大懸點(diǎn)載荷、抽油機(jī)功率的最佳抽汲參數(shù)。

        3 SAGD舉升系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

        根據(jù)A油田提供的某SAGD稠油井的油藏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[3],如表1所示,按照SAGD有桿泵舉升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)步驟,結(jié)合油田SAGD現(xiàn)場的經(jīng)驗(yàn)方法,設(shè)計(jì)該井的SAGD有桿泵舉升系統(tǒng)及其舉升參數(shù)。

        稠油SAGD水平井的單井最高產(chǎn)液量預(yù)計(jì)為400t /d左右,泵效按照50%計(jì)算,泵的理論排量應(yīng)達(dá)到800 t /d。根據(jù)長沖程、大泵徑、低沖次的原則,應(yīng)選擇沖程8m、沖次3~5min-1、泵徑為120~146 mm的生產(chǎn)參數(shù)。在稠油SAGD水平井舉升系統(tǒng)中,由于液柱的重量是抽油桿重量的2倍以上,因此選用單級桿。根據(jù)初選的抽汲參數(shù),進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果如表2所示。

        根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)表以及抽油機(jī)的承載特性,泵徑為127mm和泵徑為120mm的參數(shù)組合最優(yōu)的選擇型號(hào)為A油田的具有8m沖程的CCJ14-8-48-HF型塔架式抽油機(jī)。按照系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),輸出系統(tǒng)效率最高的結(jié)果,同時(shí)綜合考慮各組的安全系數(shù)、耗電功率、應(yīng)力范圍比值以及實(shí)用性和擴(kuò)展性,該油井最優(yōu)的抽汲參數(shù)為沖次為5 min-1,沖程為8m,泵徑127mm,抽油桿直徑為25mm,鋼級為H級,單級桿柱,抽油機(jī)為塔架式抽油機(jī)CCJ14-8-48-HF,配備電機(jī)功率為55~75kW。同時(shí)抽油機(jī)配備變頻裝置,實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速,以滿足油井不同生產(chǎn)時(shí)期的液量變化要求。

        4 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

        按照系統(tǒng)效率最高的目標(biāo)函數(shù),確定了A油田SAGD油井最優(yōu)的抽汲參數(shù)為沖次為5 min-1,沖程為8 m,泵徑127 mm,抽油機(jī)為塔架式抽油機(jī)CCJ14-8-48-HF,配備電機(jī)功率為55~75 kW,抽油桿直徑為29 mm,鋼級為H級,單級桿柱。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 朱嬋;新疆油田蒸汽輔助重力泄油開采稠油研究[D].長江大學(xué);2012年.

        [2] 張浩.稠油水平井/蒸汽輔助重力泄油有桿泵舉升系統(tǒng)優(yōu)化[D].中國石油大學(xué) 2010.

        [3] 劉勇.蒸汽輔助重力泄油技術(shù)提高超稠油采收率研究[D].大慶石油學(xué)院,2008.

        作者簡介:

        楊行軍(1982-),男,2006年畢業(yè)于長江大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè),學(xué)士學(xué)位,工程師,長期從事勘探開發(fā)地質(zhì)研究工作

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