蔡 萌

（1.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院；2. 黑龍江省油氣藏增產(chǎn)增注重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

大慶油田機(jī)械采油技術(shù)歷經(jīng)40多年發(fā)展，形成了抽油機(jī)、螺桿泵、無(wú)桿泵三大主體技術(shù)系列，通過(guò)不斷創(chuàng)新—實(shí)踐—優(yōu)化—提升，實(shí)現(xiàn)了不同排量、不同井型、不同驅(qū)替方式油井全覆蓋，支撐了油田的持續(xù)高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。目前機(jī)采井超過(guò)7萬(wàn)口，其中抽油機(jī)井、螺桿泵井、電泵和新型無(wú)桿泵井占比分別為88%、10%、2%。伴隨大慶油田不斷發(fā)展，機(jī)采井技術(shù)指標(biāo)持續(xù)向好：一是系統(tǒng)效率穩(wěn)中有升，平均系統(tǒng)效率28%以上；二是檢泵周期進(jìn)一步延長(zhǎng)，平均檢泵周期800d以上；三是機(jī)采能耗得到較好控制，較“十二五”末降低了10%。

機(jī)采指標(biāo)雖持續(xù)向好，但老油田機(jī)采提效仍面臨3個(gè)主要問(wèn)題：（1）機(jī)采井體量大，點(diǎn)多面廣，尤其隨著低滲透、特低滲透儲(chǔ)層的深入開發(fā)，低產(chǎn)低效井占比逐年增加，能耗總量控制難度加大[1-2]；（2）長(zhǎng)垣老區(qū)和外圍油田儲(chǔ)層差異大，機(jī)采指標(biāo)提升難度大[3]，老區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育好，滲透率高，供液能力足，平均單井產(chǎn)液高，水驅(qū)、聚合物驅(qū)、復(fù)合驅(qū)并存，檢泵率較高，而外圍油田儲(chǔ)層發(fā)育差，滲透率低，供液能力差，平均單井產(chǎn)液低，系統(tǒng)效率低，二者差異性明顯[4]；（3）員工總量減少與油井?dāng)?shù)量增加的矛盾日益突出，人均管井?dāng)?shù)逐年增加，且油田數(shù)字化覆蓋率較低，測(cè)試工作量大，工況分析診斷及時(shí)率較低，管理難度大[5]。

為解決大慶油田面臨的機(jī)采井提效困境，依托中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)分公司“3+1”機(jī)采提效總體工作部署（“3+1”指機(jī)采提效、井筒治理、機(jī)采數(shù)字化和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化），大慶油田自2020年，緊密圍繞“提質(zhì)、提效、降本”要求，開展了老油田機(jī)采提效改造技術(shù)研究與攻關(guān)。圍繞機(jī)采提效、井筒治理、機(jī)采數(shù)字化、機(jī)采標(biāo)準(zhǔn)化4個(gè)方面實(shí)施建設(shè)工程，同時(shí)，建立機(jī)采提效示范區(qū)，樹立機(jī)采提效精品工程，以點(diǎn)帶面，推動(dòng)老油田機(jī)采井提效技術(shù)快速發(fā)展。

1 機(jī)采提效工程建設(shè)

1.1 老區(qū)機(jī)采提效

“十三五”末，大慶油田老區(qū)共有機(jī)采井4萬(wàn)余口，井?dāng)?shù)多、能耗基數(shù)大，精細(xì)挖潛系統(tǒng)效率是老區(qū)機(jī)采提效的工作重點(diǎn)。2020年開始主要圍繞抽油機(jī)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化分析和提效技術(shù)研究?jī)煞矫骈_展工作，形成了抽油機(jī)節(jié)點(diǎn)分析技術(shù)、塔架式抽油機(jī)采油技術(shù)、等壁厚螺桿泵采油技術(shù)。

抽油機(jī)節(jié)點(diǎn)分析技術(shù)，通過(guò)深入分析抽油機(jī)運(yùn)行方式，從效率源頭出發(fā)，將抽油機(jī)井系統(tǒng)細(xì)分為6個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別為拖動(dòng)裝置、抽油機(jī)、密封盒、抽油桿、含氣液柱、抽油泵，形成抽油機(jī)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)劃分，建立抽油機(jī)井六維效率因數(shù)雷達(dá)圖（圖1），分析拖動(dòng)系統(tǒng)效率、抽油機(jī)效率、密封盒效率、桿柱效率、氣體膨脹效率、抽油泵效率各處的節(jié)能潛力，明確挖潛方向?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施原則：一是堅(jiān)持“一井一策”原則，根據(jù)抽油機(jī)井六維效率因數(shù)雷達(dá)圖確定挖潛方向，量身打造節(jié)點(diǎn)優(yōu)化措施；二是堅(jiān)持“簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、適用”原則，明確優(yōu)化措施流程，不動(dòng)管柱優(yōu)先實(shí)施，動(dòng)管柱隨檢泵作業(yè)實(shí)施。截至2021年6月，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)439口井，系統(tǒng)效率提高1～2個(gè)百分點(diǎn)，節(jié)電率為8.1%～26.5%。

圖1 抽油機(jī)井六維效率因數(shù)雷達(dá)圖

新型抽油機(jī)方面，發(fā)展完善了塔架式抽油機(jī)采油技術(shù)，并闡明了其適用井況。塔架式抽油機(jī)改變了游梁式抽油機(jī)的平衡方式，由直接平衡取代了曲柄平衡模式，傳動(dòng)環(huán)節(jié)少，降低了裝機(jī)功率，提高了系統(tǒng)效率?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用436口井，平均裝機(jī)功率由37kW降至22kW，系統(tǒng)效率由24.2%提升至32.1%，節(jié)電率為23.2%，主要適用于中高排量油井舉升。

螺桿泵舉升技術(shù)方面，針對(duì)常規(guī)螺桿泵定子橡膠溶脹大、受力不均、壽命短、停機(jī)扭矩釋放存在安全隱患等問(wèn)題[6-7]，圍繞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、地面驅(qū)動(dòng)、參數(shù)優(yōu)化3方面開展工作，創(chuàng)新發(fā)展了等壁厚螺桿泵采油技術(shù)，圖2為等壁厚螺桿泵三維結(jié)構(gòu)。（1）針對(duì)螺桿泵本體進(jìn)行結(jié)構(gòu)研發(fā)，持續(xù)優(yōu)化定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和型線設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)定子橡膠溶脹均勻，轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)軌跡更圓滑，無(wú)曲率突變點(diǎn)。優(yōu)化后，扭矩下降23%，系統(tǒng)效率提高7.4個(gè)百分點(diǎn)。（2）研發(fā)新型地面直驅(qū)裝置，由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)光桿，取消皮帶傳動(dòng)，減少井口運(yùn)動(dòng)部件，提高傳動(dòng)效率。螺桿泵停機(jī)時(shí)，由原來(lái)光桿瞬間“急剎”改為緩慢“點(diǎn)剎”制動(dòng)，消除了井口操作時(shí)存儲(chǔ)扭矩突然釋放導(dǎo)致的安全隱患。（3）明確了螺桿泵工作參數(shù)合理匹配原則，堅(jiān)持“降泵型、提轉(zhuǎn)速”原則，同等工況下，通過(guò)降低一級(jí)泵型、提高工作轉(zhuǎn)速，扭矩可下降18.9%～25.3%，系統(tǒng)效率提高6.8～7.1個(gè)百分點(diǎn)。等壁厚螺桿泵采油技術(shù)現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，與常規(guī)螺桿泵相比，系統(tǒng)效率提高5.3個(gè)百分點(diǎn)，檢泵周期延長(zhǎng)137d，滿足了聚合物驅(qū)、復(fù)合驅(qū)等復(fù)雜流體介質(zhì)井、平臺(tái)井和環(huán)境敏感區(qū)井的舉升需求。

圖2 等壁厚螺桿泵三維結(jié)構(gòu)

1.2 外圍機(jī)采提效

大慶外圍油田共有抽油機(jī)井2萬(wàn)余口，日產(chǎn)液低、系統(tǒng)效率低。以提高低產(chǎn)井系統(tǒng)效率為核心，提高泵充滿度為手段，采用優(yōu)化間抽時(shí)間、提高有效沖程兩種方式，應(yīng)用不停機(jī)間抽采油技術(shù)、超長(zhǎng)沖程采油技術(shù)，保證合理流壓，和諧供排關(guān)系[8]。

不停機(jī)間抽采油技術(shù)，采用曲柄整周運(yùn)行與擺動(dòng)運(yùn)行組合的工作模式，實(shí)現(xiàn)停泵不停機(jī)?？朔顺Ｒ?guī)間抽人工啟停機(jī)工作量大，工作制度合理性尚需完善，雨季、冬季執(zhí)行難度大的弊端，同時(shí)在理念、技術(shù)、管理方面實(shí)現(xiàn)三大創(chuàng)新。理念創(chuàng)新方面，間抽制度由停8h、開16h轉(zhuǎn)變?yōu)?0min或20min小間隔自動(dòng)間抽。技術(shù)創(chuàng)新方面，研發(fā)了不停機(jī)間抽驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)自動(dòng)運(yùn)行。管理創(chuàng)新方面，形成了單井個(gè)性化工作制度的自動(dòng)優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化運(yùn)行、高效穩(wěn)定生產(chǎn)。不停機(jī)間抽采油技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，與常規(guī)間抽相比，系統(tǒng)效率提高3個(gè)百分點(diǎn)，節(jié)電率達(dá)36.7%，已成為低產(chǎn)老井提效改造主體技術(shù)。

超長(zhǎng)沖程采油技術(shù)，是人工舉升領(lǐng)域的一次跨越性發(fā)展，首創(chuàng)“超長(zhǎng)沖程、超低沖次”舉升理念，以“超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)、柔性光桿和長(zhǎng)沖程泵”為核心（圖3）。與常規(guī)抽油機(jī)相比，超長(zhǎng)沖程采油技術(shù)具備四大技術(shù)優(yōu)勢(shì)：一是系統(tǒng)效率高，最大沖程為50m，沖程損失比例僅為常規(guī)抽油機(jī)的1/13；二是檢泵周期長(zhǎng)，最低沖次為1h-1，每天沖次數(shù)為常規(guī)抽油機(jī)的1/60，桿管磨損次數(shù)顯著降低；三是清蠟效果好，配套專用井筒刮蠟裝置，隨抽油桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)對(duì)全井筒清蠟；四是管理效率高，地面控制裝置直讀產(chǎn)量、動(dòng)液面、電參數(shù)、示功圖等數(shù)據(jù)，降低了人工成本。

圖3 超長(zhǎng)沖程采油技術(shù)示意

超長(zhǎng)沖程采油技術(shù)已形成系列化，可滿足斜角30°、日產(chǎn)液40m3以內(nèi)油井的舉升需求，應(yīng)用過(guò)程中可根據(jù)油井泵掛深度，制定相應(yīng)技術(shù)對(duì)策，提高系統(tǒng)效率，降低生產(chǎn)能耗。泵掛深度小于1500m，采用柔性光桿+常規(guī)鋼桿+長(zhǎng)沖程抽油泵的組合方式；泵掛深度大于1500m，采用柔性光桿+碳纖維抽油桿+加重桿+長(zhǎng)沖程抽油泵的組合方式。截至2021年6月，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用408口井，平均沖程為45.2m，沖次為4.1h-1，與常規(guī)抽油機(jī)相比，系統(tǒng)效率由10.8%提至18.7%，節(jié)電率達(dá)55.4%，充分驗(yàn)證了超長(zhǎng)沖程采油技術(shù)的可靠性，應(yīng)用前景廣闊。

2 井筒治理工程建設(shè)

對(duì)抽油機(jī)、螺桿泵兩類有桿舉升方式井的檢泵原因分析發(fā)現(xiàn)，抽油機(jī)井中泵、桿管問(wèn)題占比為88.1%，螺桿泵井中泵、桿管問(wèn)題占比為89.4%。確定檢泵原因后，以技術(shù)提升和管理提效作為井筒治理工程建設(shè)的切入點(diǎn)。

在技術(shù)上采取多措并舉的方式，建立井筒治理技術(shù)提升措施圖版（圖4），提供技術(shù)指導(dǎo)，提高井筒治理效果。抽油機(jī)井方面，針對(duì)“磨、斷、卡、漏”等問(wèn)題，形成四大類11項(xiàng)治理措施，與“十二五”末相比，現(xiàn)在的檢泵次數(shù)減少1302井次，檢泵周期延長(zhǎng)68d。螺桿泵井方面，以降低作業(yè)成本、提高洗井質(zhì)量、增加舉升揚(yáng)程為目標(biāo)，形成三大類治理措施，與“十二五”末相比，現(xiàn)在的檢泵次數(shù)減少988井次，檢泵周期延長(zhǎng)163d。

圖4 井筒治理技術(shù)提升措施圖版

在管理上精益求精，實(shí)施精細(xì)管理措施，提高井筒治理水平。一是建立設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)合理匹配。從方案設(shè)計(jì)入手，從源頭上建立與不同井況匹配的設(shè)計(jì)圖版，規(guī)范應(yīng)用，確保單井精準(zhǔn)施策。二是注重日常管理，實(shí)現(xiàn)精細(xì)管控。認(rèn)真落實(shí)日常管理重預(yù)防、故障出現(xiàn)重落實(shí)、問(wèn)題處理重優(yōu)化、方案落實(shí)重執(zhí)行、施工過(guò)程重監(jiān)督的“五重”管理理念，形成“少發(fā)生、早發(fā)現(xiàn)、提效率、保質(zhì)量”精細(xì)管理措施（表2），實(shí)現(xiàn)對(duì)井筒全生命周期的規(guī)范管控與治理。

表2 井筒精細(xì)管理措施

3 機(jī)采數(shù)字化與標(biāo)準(zhǔn)化工程建設(shè)

3.1 機(jī)采數(shù)字化

“十二五”以來(lái)，建立了以慶新油田、薩北油田為代表的機(jī)采數(shù)字化試驗(yàn)區(qū)，初步形成了數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、遠(yuǎn)程控制、生產(chǎn)預(yù)警、指揮協(xié)調(diào)于一體的生產(chǎn)管理模式，建立基于電參數(shù)的工況診斷分析模型（圖5），攻關(guān)形成基于電參數(shù)的抽油機(jī)井自動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)。一是形成基于電參數(shù)的工況診斷分析方法，建立電參數(shù)與力學(xué)參數(shù)的轉(zhuǎn)換模型，根據(jù)電參數(shù)、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及曲柄位置等數(shù)據(jù)，通過(guò)力學(xué)傳遞關(guān)系，反演示功圖，實(shí)現(xiàn)工況分析診斷，準(zhǔn)確率達(dá)95%以上。二是形成基于電參數(shù)的產(chǎn)量和動(dòng)液面計(jì)算方法，采用有效沖程法，對(duì)每一沖程進(jìn)行積分迭代計(jì)產(chǎn)，理論產(chǎn)液量準(zhǔn)確率達(dá)90%。采用有效液柱載荷法，計(jì)算上、下沖程平均載荷，得出動(dòng)液面，理論誤差50m以內(nèi)。三是建立自動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行工作制度，實(shí)時(shí)判斷抽油泵充滿度，自動(dòng)調(diào)整工作模式，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井全過(guò)程自動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行，合理流壓穩(wěn)定生產(chǎn)，提高系統(tǒng)效率[9-10]。截至2021年6月，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用1000口井，系統(tǒng)效率提高2個(gè)百分點(diǎn)，運(yùn)行時(shí)率提高1.5個(gè)百分點(diǎn)。

圖5 基于電參數(shù)的工況診斷分析模型

3.2 機(jī)采技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化

“十三五”以來(lái)，圍繞新產(chǎn)品新技術(shù)檢測(cè)評(píng)價(jià)、維護(hù)操作等方面，共制修訂標(biāo)準(zhǔn)25項(xiàng)，為機(jī)采技術(shù)規(guī)范化應(yīng)用、科學(xué)化管理提供了保障。為提高行業(yè)話語(yǔ)權(quán)和影響力，積極推進(jìn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作。2021年完成《潛油直線電機(jī)》國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)工作，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱中國(guó)石油）機(jī)采設(shè)備領(lǐng)域國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定“零”的突破。

4 示范區(qū)工程建設(shè)

以“目標(biāo)導(dǎo)向、問(wèn)題導(dǎo)向、結(jié)果導(dǎo)向”為根本遵循，2020年根據(jù)大慶油田老區(qū)和外圍儲(chǔ)層特點(diǎn)，建立了2個(gè)機(jī)采提效示范區(qū)，實(shí)現(xiàn)提效技術(shù)集成落地應(yīng)用。

4.1 老區(qū)油田示范區(qū)

老區(qū)A油田機(jī)采提效示范區(qū)共有機(jī)采井1700余口，系統(tǒng)效率、檢泵周期等主要指標(biāo)均低于全廠平均水平，降本增效挖潛空間大。以降檢泵率、返工率為核心，通過(guò)抽油機(jī)機(jī)型優(yōu)化匹配、節(jié)能抽油機(jī)擴(kuò)大應(yīng)用、抽油泵抽汲參數(shù)優(yōu)化、井筒桿管偏磨防治、抽油機(jī)井自動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)的不斷配套完善，形成老區(qū)A油田機(jī)采提效示范區(qū)建設(shè)圖版（圖6）。2021年示范區(qū)效果：（1）實(shí)施機(jī)采提效1590井次，系統(tǒng)效率提高2.41個(gè)百分點(diǎn)，節(jié)電870×104kW·h；（2）實(shí)施井筒治理技術(shù)473井次，檢泵率下降2.0個(gè)百分點(diǎn)，檢泵周期延長(zhǎng)21d。

圖6 老區(qū)A油田機(jī)采提效示范區(qū)建設(shè)圖版

4.2 外圍油田示范區(qū)

外圍B油田機(jī)采提效示范區(qū)共有機(jī)采井1000余口，平均日產(chǎn)液2.9m3，系統(tǒng)效率為11.3%，提效潛力大。以“提效率”為核心，重點(diǎn)推廣超長(zhǎng)沖程采油、不停機(jī)間抽、桿管偏磨治理等技術(shù)，形成外圍B油田機(jī)采提效示范區(qū)建設(shè)圖版（圖7）。2021年示范區(qū)效果：（1）實(shí)施機(jī)采提效596井次，系統(tǒng)效率提高1.6個(gè)百分點(diǎn)，節(jié)電261×104kW·h；（2）實(shí)施井筒治理技術(shù)296井次，檢泵率下降0.9個(gè)百分點(diǎn)，檢泵周期延長(zhǎng)36d。

圖7 外圍B油田機(jī)采提效示范區(qū)建設(shè)圖版

依托機(jī)采提效示范區(qū)工程建設(shè)，構(gòu)建“五化”作業(yè)管理體系，提高示范區(qū)管理的全面性、及時(shí)性和有效性。（1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。按照“動(dòng)態(tài)管理”理念，實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)調(diào)整，確保技術(shù)措施精準(zhǔn)實(shí)施。（2）流程規(guī)范化。分類管理，明確不同井況工作重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)“能完善不停井，能處理不作業(yè)”目標(biāo)。（3）治理系統(tǒng)化。每月開2～3次治理分析會(huì)，討論分析，明確治理重點(diǎn)。（4）施工專業(yè)化。由“分散管理”向“集中管理”轉(zhuǎn)變，測(cè)試班組與加藥班組整合，構(gòu)建廠、礦、隊(duì)三級(jí)監(jiān)督。（5）管理精細(xì)化。形成多項(xiàng)精細(xì)管理措施，總結(jié)管理經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)日常管理圖版化，提高效率。通過(guò)技術(shù)和管理創(chuàng)新，最終形成可復(fù)制、可推廣、可借鑒的示范區(qū)建設(shè)模式。

5 結(jié)束語(yǔ)

面臨“十四五”時(shí)期的新形勢(shì)、新任務(wù)，大慶油田將繼續(xù)貫徹落實(shí)“3+1”工作部署，做好“十四五”機(jī)采提效技術(shù)發(fā)展規(guī)劃和頂層設(shè)計(jì)，從機(jī)采井提效改造、井筒有效治理、數(shù)字化快速建設(shè)等重點(diǎn)工作入手，重點(diǎn)圍繞提效理論、提效技術(shù)、數(shù)字化建設(shè)、示范區(qū)建設(shè)4方面開展工作部署，加快技術(shù)創(chuàng)新，加速成果應(yīng)用，深挖提效潛力，提升管理效能，努力打造高標(biāo)準(zhǔn)、高水平、高效益精品示范區(qū)，為中國(guó)石油支撐引領(lǐng)油氣行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

提效理論方面，一是繼續(xù)完善系統(tǒng)效率節(jié)點(diǎn)分析理論模型，豐富匹配模板，進(jìn)一步精細(xì)挖掘潛力。二是開展節(jié)能抽油機(jī)、電動(dòng)機(jī)及控制柜全生命周期技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，規(guī)范組合使用原則，提高節(jié)能效果。

提效技術(shù)方面，一是完善配套成熟技術(shù)。老區(qū)推廣抽油機(jī)井節(jié)能措施優(yōu)化技術(shù)，擴(kuò)大塔架式抽油機(jī)等技術(shù)應(yīng)用規(guī)模，進(jìn)一步挖潛系統(tǒng)效率；外圍油田推廣應(yīng)用不停機(jī)間抽和超長(zhǎng)沖程采油技術(shù)，擴(kuò)大技術(shù)適用范圍，進(jìn)一步提升系統(tǒng)效率。二是攻關(guān)新型無(wú)桿泵舉升技術(shù)。攻關(guān)電潛隔膜泵和電潛雙螺旋泵等新型無(wú)桿泵舉升技術(shù)，滿足大斜度井、水平井舉升需求；攻關(guān)無(wú)桿泵連續(xù)管采油作業(yè)一體化技術(shù)，提高作業(yè)效率。

數(shù)字化建設(shè)方面，一是完善基于電參數(shù)的抽油機(jī)井自動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)，提高產(chǎn)液量和動(dòng)液面計(jì)算準(zhǔn)確率。二是攻關(guān)完善基于電參數(shù)的機(jī)采井群控技術(shù)，形成智能化管控模式，提高人均管井能力。

示范區(qū)建設(shè)方面，按照“分批推進(jìn)、逐步實(shí)施”和“邊應(yīng)用、邊完善、邊總結(jié)、邊固化”模式，全力推進(jìn)兩個(gè)示范區(qū)建設(shè)。