謝 巍，楊夢石，謝唯一，游博凡，李慧娟，李 云，陳 曦，尉海燕

1中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司工程技術(shù)研究院，河北 任丘

2哈爾濱工程大學(xué)，黑龍江 哈爾濱

3中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司合作開發(fā)項目部，河北 任丘

4中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司第一采油廠，河北 任丘

1.概述

有桿泵抽油是國內(nèi)外石油工業(yè)傳統(tǒng)的機械采油方式之一，也是至今一直在機械采油方式中占絕對主導(dǎo)地位的人工舉升方式。目前國外對抽油機井系統(tǒng)效率評價方法研究很少，國內(nèi)已經(jīng)有了一些研究，如文獻[1]通過分析后，直接提出抽油機系統(tǒng)效率極限值是38.4%。也有文章認(rèn)為，抽油機系統(tǒng)效率的理論上限值為49%，理論下限值為41%[2]。但實際測試表明[3][4][5][6]，有大量抽油機系統(tǒng)效率已超過此值，一些抽油機系統(tǒng)已達到50%乃至60%以上。傳統(tǒng)的系統(tǒng)效率理論極限與現(xiàn)實情況相左，因此，需要找出一種能夠反映多種因素對系統(tǒng)效率影響的評價方法。

抽油機系統(tǒng)效率的主要影響因素有包含油藏物性、設(shè)備性能、舉升參數(shù)組合等[7][8][9]，現(xiàn)有的抽油機井系統(tǒng)動態(tài)仿真理論[10]存在以下幾點不足：其描述的仿真算法計算復(fù)雜，需要大量的單井?dāng)?shù)據(jù)，不能體現(xiàn)系各個因素對系統(tǒng)效率影響的大小，不方便現(xiàn)場使用。我們在抽油機系統(tǒng)效率方面進行了多年的研究工作，在抽油機井的舉升設(shè)計、工況診斷、系統(tǒng)效率分析等方面積累了豐富的經(jīng)驗，并形成了初步的有關(guān)設(shè)計、診斷測試、系統(tǒng)效率參數(shù)敏感性分析的方法。但由于每口井井況的不同，如何運用一種簡潔而方便的評價方法準(zhǔn)確地反映抽油機井工況的好壞、系統(tǒng)效率的高低、提高潛力的多少，是本文深入探討的問題。

本方法主要為了深入研究提高抽油機井系統(tǒng)效率技術(shù)，并通過對系統(tǒng)效率潛力的分析，實現(xiàn)單井和區(qū)塊抽油機井系統(tǒng)效率的科學(xué)評價，對現(xiàn)場實施提高抽油機井系統(tǒng)效率措施目標(biāo)提供科學(xué)準(zhǔn)確、符合現(xiàn)場實際和技術(shù)經(jīng)濟性良好的評價指標(biāo)，從而指導(dǎo)現(xiàn)場的方案設(shè)計和措施實施，提高各級技術(shù)管理、操作部門對抽油機井系統(tǒng)效率現(xiàn)狀及潛力的認(rèn)識水平，最終實現(xiàn)全油田抽油機井采油技術(shù)高水平管理、應(yīng)用的目的。

2.系統(tǒng)效率評價方法模型

2.1.模型適用范圍

本模型假設(shè)：

①均質(zhì)油藏，含水飽和度恒定；

②非超低滲油層，非超稠油；

③忽略巖石和水的壓縮性；

④油氣兩相的壓力相同；

⑤擬穩(wěn)態(tài)流動；

⑥普通型游梁式抽油機；

⑦井下摩擦正常；

⑧泵工作正常；

本模型適應(yīng)于直井、定向井，非稠油熱采井(50℃脫氣原油粘度＜500 mPa·s)，日產(chǎn)液量＜ 200 m3/d，生產(chǎn)氣油比＜ 640 m3/t 井。

2.2.單因素分析結(jié)果

單因素分析得到的影響抽油機井系統(tǒng)效率的主要因素包括：沖程、沖次、井深、泵徑、粘度、含水、氣油比、產(chǎn)量、有效舉升高度。為細(xì)化分類，將影響因素分為三類：一是油井自然因素，包括井深、粘度、含水、氣油比、井身結(jié)構(gòu)；二是人為可調(diào)因素，包括沖程、沖次、泵徑、泵深、桿柱組合、電動機功率；三是與油井自然因素和人為可調(diào)因素都有關(guān)系的，包括產(chǎn)量、有效舉升高度。

單因素分析顯示：抽油機井的系統(tǒng)效率與原油粘度、含水、生產(chǎn)氣油比為單變關(guān)系，即隨粘度、生產(chǎn)氣油比的增大而降低，隨含水的增大而升高。因此可以對此三因素進行綜合分析，確定具體影響。

人為可調(diào)因素(沖程、沖次、泵徑、泵深、桿柱組合、電動機功率)為求取效率極值的必要條件，將考慮進對油井自然因素(粘度、含水、氣油比、井身結(jié)構(gòu))分類的過程內(nèi)。

2.3.系統(tǒng)效率與影響因素的綜合關(guān)系

根據(jù)單因素分析，進行系統(tǒng)效率與影響因素的綜合關(guān)系分析。

①計算10Q t d=，0fw= 時的效率與粘度、氣油比之間的對應(yīng)關(guān)系，構(gòu)建無因次新物理量-油氣綜合量Zru(1)，利用圖形歸一化，構(gòu)建新的無因次物理量油氣綜合量，利用最小二乘原理進行回歸，構(gòu)建系統(tǒng)效率與油氣綜合量的關(guān)系(2)，最終得到效率與粘度、生產(chǎn)氣油比關(guān)系(3)(4)(5)。

式中：

Q——產(chǎn)液量，t/d；

fw——含水率；

R——生產(chǎn)氣油比，m3/m3；

Rmax——最大生產(chǎn)氣油比，m3/m3；

η——系統(tǒng)效率；

Zru——油氣綜合量；

u0——粘度，mPa·s。

Figure 1.The relationship between comprehensive oil and gas volume and system efficiency under different water cuts 圖1.不同含水時，油氣綜合量Zru 與系統(tǒng)效率的關(guān)系

③利用歸一化和最小二乘原理，得到系統(tǒng)效率與油氣水綜合量Zruf的關(guān)系曲線如圖2所示。

Figure 2.Relationship between system efficiency and comprehensive quantity of oil,gasand water 圖2.系統(tǒng)效率與油氣水綜合量Zruf 的關(guān)系

對應(yīng)關(guān)系式為：

④產(chǎn)量不同情況下，改變產(chǎn)量，得到不同產(chǎn)量下的效率η與油氣水綜合量Zruf的對應(yīng)關(guān)系如圖3所示。

Figure 3.The Relationship between system efficiency and comprehensive quantity of oil,gas and water under different production 圖3.不同產(chǎn)量下，系統(tǒng)效率與油氣水綜合量的關(guān)系

3.系統(tǒng)效率綜合評價應(yīng)用實例

應(yīng)用本模型，對華北油田某區(qū)塊進行了油井系統(tǒng)效率控制圖繪制和單井系統(tǒng)效率評價，計算步驟和應(yīng)用情況如下：

某區(qū)塊基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表1。

Table 1.Data of example oil wells表1.示例油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)表

計算步驟：

1)對每口井的單項數(shù)據(jù)與系統(tǒng)效率關(guān)系進行分析，從而可以找出系統(tǒng)效率影響曲線；

2)綜合考慮各因素，通過計算10Q t d=，0fw= 時的效率與粘度、氣油比之間的對應(yīng)關(guān)系，建立綜合影響因素量Zruf，找出最大生產(chǎn)氣油比與粘度的對應(yīng)關(guān)系，利用最小二乘法，得到Zru與系統(tǒng)效率的關(guān)系曲線。同理改變Q的值，可得到不同產(chǎn)量下的效率與油氣水綜合量的關(guān)系。

3)利用上述步驟得到單井系統(tǒng)效率理論上限、當(dāng)前系統(tǒng)效率，并與現(xiàn)場提供系統(tǒng)效率對比如表2，從而得到各井的效率潛力值和效率實現(xiàn)率如表3?；谙到y(tǒng)效率實現(xiàn)率的分析基礎(chǔ)上，可以對各單井或不同生產(chǎn)區(qū)塊進行系統(tǒng)效率的綜合評價，采取相應(yīng)措施提高抽油機井系統(tǒng)效率及系統(tǒng)效率實現(xiàn)率。

Table 2.Comparison of theoretical upper limit of system efficiency and current system efficiency and on-site system efficiency 表2.單井效率理論上限、當(dāng)前效率、現(xiàn)場提供效率對比表

Table 3.System efficiency potential and realization rate 表3.單井效率潛力、效率實現(xiàn)率

4.結(jié)論

本模型提出了無因次物理量Zru的概念，通過單因素和綜合影響分析，得出抽油機井單井系統(tǒng)效率理論上限值，根據(jù)實測系統(tǒng)效率計算最高系統(tǒng)效率實現(xiàn)率，并由系統(tǒng)效率實現(xiàn)率的高低進行抽油機井潛力的評價分析，實現(xiàn)了單井和區(qū)塊抽油機井系統(tǒng)效率的科學(xué)評價，對現(xiàn)場實施提高抽油機井系統(tǒng)效率措施提供科學(xué)準(zhǔn)確的理論依據(jù)。該方法的評價實施應(yīng)用，可以更好地對抽油井挖潛增效，有效降低油田企業(yè)的生產(chǎn)成本，實現(xiàn)當(dāng)前低油價國際環(huán)境下的油田可持續(xù)發(fā)展，對油田的提質(zhì)降耗、原油增產(chǎn)具有十分重要的意義。