低產(chǎn)油田抽油機(jī)井工作制度優(yōu)化

肖輝（大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠）

低產(chǎn)油田抽油機(jī)井工作制度優(yōu)化

肖輝（大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠）

通過(guò)繪制低產(chǎn)油田抽油機(jī)井流入動(dòng)態(tài)和流出動(dòng)態(tài)曲線，確定合理流壓及最大產(chǎn)量，以最大產(chǎn)量為前提，以能耗最低為目標(biāo)優(yōu)化抽油機(jī)井工作制度，詳細(xì)闡述了低產(chǎn)油井工作制度的優(yōu)化的方法。并通過(guò)實(shí)例計(jì)算證明了該方法的可行性與實(shí)用性，為實(shí)施精細(xì)機(jī)采管理提供技術(shù)指導(dǎo)。

優(yōu)化方法 流入 流出 能耗計(jì)算

大慶西部外圍油田屬于低產(chǎn)低滲油田，井深、產(chǎn)量低、舉升單耗高、系統(tǒng)效率低。通過(guò)合理的優(yōu)化工作制度能保證油井產(chǎn)量得到充分發(fā)揮，機(jī)、桿、泵在良好的環(huán)境下運(yùn)行，達(dá)到能耗最低、效率最高。

1 工作制度優(yōu)化方法

低產(chǎn)油井工作制度優(yōu)化總體思路主要包括3個(gè)部分：以流入動(dòng)態(tài)曲線確定合理流壓及對(duì)應(yīng)的最大產(chǎn)量，即該井目標(biāo)產(chǎn)量；從目前生產(chǎn)參數(shù)下的流出動(dòng)態(tài)曲線并結(jié)合流入動(dòng)態(tài)確定該參數(shù)下的供采協(xié)調(diào)點(diǎn)；確定目前參數(shù)下的理論能耗。在綜合考慮以油井流入、流出動(dòng)態(tài)理論、單井理論能耗基礎(chǔ)上，建立“泵徑、沖程、沖速、時(shí)間”四參數(shù)與能耗關(guān)系模型，給出最優(yōu)工作制度。

1.1流入動(dòng)態(tài)曲線

流入動(dòng)態(tài)曲線的獲得，即液面恢復(fù)法：油井在一個(gè)較低流壓狀態(tài)時(shí)關(guān)井，通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)液面與對(duì)應(yīng)時(shí)間，進(jìn)而求得 IPR 曲線。

通過(guò)原始數(shù)據(jù)，做初步的數(shù)據(jù)處理：

根據(jù)液面恢復(fù)求出井底流壓與關(guān)井時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系。

式中：

pwf——井底流壓，MPa；

h中——油層中深，m；

ρ ——液體密度，kg/m3；

h——環(huán)空動(dòng)液面深度，m；

pt——套壓，MPa；

g ——重力加速度，m/s2。

通過(guò) （2）式計(jì)算流壓恢復(fù)速度，即某一流壓下對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量，進(jìn)而確定流入動(dòng)態(tài)曲線。

式中：

Δt——關(guān)井時(shí)間差值，d；

Δh——關(guān)井 Δt時(shí)間后動(dòng)液面差值，m。

1.2流出動(dòng)態(tài)曲線

油井流出動(dòng)態(tài)是指油井井口產(chǎn)量與井底流壓的關(guān)系，在保證油井供采協(xié)調(diào)的情況下，即在井底流壓保持一定的條件下，井口產(chǎn)量是理排與泵效的乘積。

油井流出動(dòng)態(tài)：

式中：

Q出——實(shí)際排量，m3/d；

Q理排——理論排量，m3/d；

η——泵效，%。

由 于 泵效是沉 沒(méi) 壓 力 的 函數(shù)[1]：

在泵深一定的情況下：

式中：

pc——沉沒(méi)壓力，MPa；

h泵——泵深，m；

Go——溶解油氣體積比；

a —— 溶 解系數(shù)， m3/（m3·MPa）；

fw——含水率，%；

s——沖程，m；

n ——沖速，min-1；

L——泵掛深度，m；

E ——桿柱的彈性模量，取 2.06×1011Pa；

fp、fr、ft——分別為活塞、抽油桿、油管的截面積，cm2。

在連續(xù)生產(chǎn)的情況下，由于井底流入和井口流出的互相耦合，一組泵徑、沖程、沖次最終對(duì)應(yīng)一個(gè)穩(wěn)定生產(chǎn)點(diǎn)，即達(dá)到供采協(xié)調(diào)，圖1所示。

圖1 流入與流出動(dòng)態(tài)供采協(xié)調(diào)關(guān)系

1.3單井理論能耗計(jì)算

有桿泵系統(tǒng)消耗功率是泵徑、沖程、沖次的函數(shù)，為了使計(jì)算能耗與實(shí)際接近，消耗功率的計(jì)算主要考慮了五個(gè)部分：地面損失功率 Pu、黏滯損失功率 Pr、滑動(dòng)損 失功率 Pk、溶解氣膨脹功率、有效 功 率[2]。

抽油機(jī)消耗功率：

1.4工作制度優(yōu)化模型

首先建立泵徑（D）、沖程（S）、沖速（N）、時(shí)間（T）與能耗關(guān)系函數(shù)，優(yōu)化工作制度，優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)式。

式 （7）等號(hào)左 邊 代 表最小 消 耗功率 ； 右 邊包括兩個(gè)部分：G函數(shù)是代表理論能耗計(jì)算模型，是以產(chǎn)量最大為前提，泵徑、沖程、沖速的函數(shù)，R函數(shù)代表開(kāi)井時(shí)率函數(shù)，是間歇采油開(kāi)、關(guān)井時(shí)間的函數(shù)。

由于開(kāi)井時(shí)率函數(shù)：

當(dāng) T關(guān)=0時(shí)， 該 井 為 連 續(xù) 生 產(chǎn) ； 當(dāng) T關(guān)＞0時(shí) ，該井為間歇生產(chǎn)。

由于間歇采油井在關(guān)井時(shí)流壓從合理流壓下限恢復(fù)到上限，以油井流入動(dòng)態(tài)為依據(jù)，建立關(guān)井流壓恢復(fù)與時(shí)間的關(guān)系。

邊界條件：

通過(guò)計(jì)算，得到關(guān)井時(shí)間T關(guān)。

以流入、流出動(dòng)態(tài)為依據(jù)，建立開(kāi)井流壓下降與時(shí)間的關(guān)系式。

邊界條件：

式中，C為單位時(shí)間井底流入的產(chǎn)量轉(zhuǎn)化為壓力的系數(shù)； D為單位時(shí)間井口流出的產(chǎn)量轉(zhuǎn)化為壓力的系數(shù)。

計(jì)算出每一組泵徑、沖程、沖速下對(duì)應(yīng)的開(kāi)井時(shí)間 T開(kāi)。最后以能耗最低為目標(biāo)優(yōu)選最佳的泵徑、沖程、沖速、開(kāi)/關(guān)井時(shí)間參數(shù)組合。

2 應(yīng)用舉例

2.1單井情況

某抽油機(jī)井，抽油機(jī)型號(hào) YCYJ8-3-26HB，電動(dòng) 機(jī) 型 號(hào) SD/YCHD225-12/8， 使 用 功 率 15.0kW，油層中深1370m。2011年5月該井泵徑 32mm，抽油桿柱 19mm × 16mm，沖程 2.5m，沖速 4.4min-1，產(chǎn) 液 量 2.3t/d， 含 水 4.0% ， 泵 深 1328m ， 液 面 深1317m，流壓 1.12MPa，間歇采油制度為開(kāi)井 20h，關(guān)井4h。

2.2工作制度優(yōu)化

根據(jù)該井流壓恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到該井流入動(dòng)態(tài)及流出動(dòng)態(tài)曲線，并得到該井合理流壓 1.6 MPa， 最 大 產(chǎn) 量 2.5t/d。 同 時(shí) 結(jié) 合 流 入 與 流 出 可知，該井在連續(xù)生產(chǎn)情況下，處于流壓偏小區(qū)。

通過(guò)對(duì)某井生產(chǎn)狀況分析與計(jì)算，共制定出如下12組典型的生產(chǎn)參數(shù)組合，根據(jù)該井所用桿柱組合為 19mm×16mm，該桿柱組合下最大泵徑為44mm，見(jiàn)表1。

表1 某井參數(shù)優(yōu)化情況組合

該井在方案執(zhí)行時(shí)主要考慮了以下實(shí)際情況：該井 所用 司達(dá)雙速電動(dòng)機(jī)換擋后直 接由 4.4min-1降到 3.0min-1； 間歇 采油執(zhí) 行與 現(xiàn)場(chǎng)管理， 開(kāi)關(guān) 井時(shí)間盡量不要過(guò)于頻繁，且間歇周期最好控制在24h。該井最終執(zhí)行方案為泵徑 32mm，沖程 2.5m，沖速3min-1，開(kāi)井 16h 關(guān)井 8h，目前流壓 2.0MPa， 產(chǎn) 液量 2.5t/d，優(yōu)化后 折 后 日 節(jié) 電 17.8kWh，見(jiàn)表2。

表2 某井參數(shù)優(yōu)化后節(jié)電情況

3 結(jié)論

機(jī)采井工作制度優(yōu)化是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要經(jīng)過(guò)周密的分析與計(jì)算。優(yōu)化的目標(biāo)是“產(chǎn)量最大、能耗最低”，優(yōu)化時(shí)應(yīng)考慮以下基本原則：

1）合理選擇泵徑、沖程、沖速；

2）利用現(xiàn)有設(shè)備、不增加額外成本，需考慮抽油機(jī)額定載荷、電動(dòng)機(jī)額定扭矩、桿柱匹配等；

3）盡可能滿足現(xiàn)場(chǎng)管理，如間歇采油開(kāi)關(guān)井時(shí)間等。

[1]王巖樓,張傳緒,郭殿軍.大慶西部外圍油田開(kāi)發(fā)實(shí)踐[M].北京:石油工業(yè)出版社,2005:125-126.

[2]鄭海金.一種有桿泵機(jī)械采油工藝參數(shù)設(shè)計(jì)方法:中國(guó), 99109780.7[P].1999-07-15.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.005.020

2012-10-26）

肖輝，2008年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，從事采油工程工作，E-mail：xiaoh1024@sina.com，地址 ： 黑龍江 省大慶油 田有限 責(zé)任公司第九采油廠工程技術(shù)大隊(duì)，163853。