長慶油田抽油機(jī)參數(shù)優(yōu)化技術(shù)探討

吉效科,李寧會,劉成延 (中石油長慶油田分公司設(shè)備管理處,陜西西安710021)

霍丙新,張 昊,陳麗蓉

燕 云 (長慶油田公司第八采油廠,陜西西安710021)

長慶油田地處鄂爾多斯盆地,共發(fā)現(xiàn)馬嶺、安塞、靖安、西峰、姬塬等28個油田,已投入開發(fā)27個,油層埋深800～2800m,橫跨陜、甘、寧三省區(qū),主要為三疊系延長組和侏羅系延安組油層。受黃土殘塬地貌特征等影響,主要以叢式井組定向井為主,與相同抽深的直井、高產(chǎn)井相比,摩阻大,有效做功低,相對能耗加大。截至2009年底,長慶油田油井總數(shù)22964口,抽油機(jī)主要采用游梁平衡和復(fù)合平衡2種節(jié)能抽油機(jī),平均沖程 2.3m,平均沖次4.4次/min,平均泵徑34.3mm,單井日產(chǎn)液4.75m3/d,平均泵效38.6%,系統(tǒng)效率19.37%。隨著超低滲油藏的開發(fā),全油田平均單井日產(chǎn)液量有所降低,抽油泵泵效較低,油井系統(tǒng)效率低。因此,結(jié)合油田的特點(diǎn),積極探索優(yōu)化抽油機(jī)參數(shù)是提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率和降低油井投資成本的重要途徑之一。

1 抽油機(jī)沖程參數(shù)

沖程損失是抽油泵效率降低的重要方面,直接影響抽油機(jī)選擇合理的沖程,與活塞及油管截面積、抽油桿長度及截面積、動液面深度、液體密度等有關(guān)。以長慶油田采油三廠擺13-7井為例,井深2066m,泵掛深度1878m,動液面1727m,抽油桿組合采用三級組合,即?22(15%)+?19(45%)+?22(40%)組合方式,抽油桿采用高強(qiáng)度HL級或HY級,油管內(nèi)外徑為?62/73mm。經(jīng)過計算,當(dāng)用?38mm、?32mm、?28mm的抽油泵,抽油機(jī)沖程損失分別約0.6、0.5、0.4m。隨著泵徑減小,抽油機(jī)沖程損失減少。為了減少沖程損失對抽油泵效率的影響,應(yīng)盡量增大抽油機(jī)光桿沖程。沖程長度增加對于懸點(diǎn)載荷的影響不大,但抽油機(jī)的高度需要增加,而且更重要的是減速器曲柄軸的扭矩和沖程長度成正比的增加[1]。同時沖程長度增加后抽油機(jī)的減速器的尺寸、質(zhì)量和成本相應(yīng)增加。此外隨著沖程長度的增加,減速器齒輪磨損速度增加很快 (按三次方關(guān)系)[1]。因此光桿沖程并不是越長越好,需要確定在合理范圍內(nèi)。鑒于上述減速器尺寸、重量、制造成本,沖程損失較小等理由,推薦抽油機(jī)沖程長度選用參數(shù)見表1。

表1 游梁抽油機(jī)沖程選用參數(shù)表

2 抽油機(jī)沖次參數(shù)

抽油機(jī)沖次是衡量抽油機(jī)快慢的參數(shù),與沖程參數(shù)比較,沖次調(diào)整簡單、易于實(shí)現(xiàn)。由于長慶油田單井產(chǎn)量低,因此降低沖次成為抽油機(jī)滿足工況、提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的重要途徑之一。抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)低沖次的方法有3種:調(diào)整電機(jī)皮帶輪直徑、降低電機(jī)轉(zhuǎn)速、使用大速比減速器。

調(diào)整電機(jī)皮帶輪直徑是常用的方法,抽油機(jī)配套3件皮帶輪,根據(jù)現(xiàn)場需要更換調(diào)整。降低電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法有使用變頻調(diào)速、低速電機(jī)等技術(shù),考慮油井低成本采油,單臺抽油機(jī)安裝變頻器成本高,因此考慮采用低速電機(jī)和減速器的優(yōu)化組合。不同速比減速器與不同轉(zhuǎn)速電機(jī)組合實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的低沖次,但需要綜合比較確定。

“8極電機(jī)+大速比減速器”和 “12極電機(jī)+常規(guī)速比減速器”都能實(shí)現(xiàn)最低沖次2.5次/min的工況,但是8極電機(jī)較12極電機(jī)具有相當(dāng)寬幅的適應(yīng)性,電機(jī)體積小、重量輕、價格低,本身能耗低。

減速器增加一級,效率下降1%左右,而電機(jī)極數(shù)增加,電機(jī)內(nèi)耗增大,電機(jī)功率負(fù)載率65%時,12極電機(jī)效率比8級電機(jī)效率低3%左右,特別當(dāng)用于抽油機(jī)時,負(fù)載為周期性波動狀態(tài),平均負(fù)載率約為30%左右,此時電機(jī)極數(shù)越多,實(shí)際效率下降越快。從傳動速度看,低速皮帶傳動中小皮帶輪造成皮帶蠕動或滑動會降低傳動效率。

從節(jié)能、投資方面綜合比較,抽油機(jī)宜采用大速比減速器實(shí)現(xiàn)低沖次?！按髠鲃訙p速器+8極電機(jī)”的方式可實(shí)現(xiàn)2.5、3.5、5次/min。配套3件皮帶輪,出廠時裝5次/min皮帶輪。如果需要更高沖次只需更換為6極電機(jī)就可實(shí)現(xiàn)沖次3.5、5、7次/min,電機(jī)的使用效率較高。試驗(yàn)表明,在一個沖程之內(nèi)柱塞與泵筒之間的漏失并非均勻漏失,漏失主要發(fā)生在下沖程的后半段和上沖程的前半段,且漏失量隨著沖程、沖次的增加而增加[2]。由此可見,低沖次可以減小抽油泵漏失量。

采用低沖次對于延長機(jī)桿泵壽命、提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率、降低能耗等方面有很好的效果,也是符合油田實(shí)際。抽油機(jī)沖次降低后對抽油機(jī)配套也有好處:一是相應(yīng)配置電機(jī)功率平均下降18.9%～31%左右,如8型機(jī)電機(jī)功率由22kW、15kW降低為11kW,6型機(jī)電機(jī)功率由15kW或11kW降為7.5kW,具有突出的節(jié)能效果;二是減速器額定扭矩平均下降一個等級,以8型機(jī)相比,額定扭矩由37kN·m降低為26kN·m。

3 抽油泵泵徑參數(shù)

以8型抽油機(jī)為例,最大沖程長度3m,最小1.8m;沖次最低2.5次/min,最大5次/min;抽油泵按照2009年鉆采工程方案初定泵效45%～50%,泵效取45%,沖程損失按0.5m計算,表2為不同泵徑油井液量范圍。

表2 8型抽油機(jī)不同沖次、不同沖程、不同泵徑下的油井液量范圍

按照鉆采工程方案的長慶油田單井預(yù)計液量都小于20m3/d,2009年統(tǒng)計表明,單井日產(chǎn)液量4.75m3/d,其中產(chǎn)液量小于2m3/d的油井占總井?dāng)?shù)的11%,因此至少有一半油井的液量都在5m3/d以下,從表2可以看出,沖次在2.5、3.5、5次/min的情況下,低于5m3/d的油井選用?28mm抽油泵是完全可以的。

采用小泵徑、低沖次后,抽油桿降一個等級、強(qiáng)度增加一級,抽油機(jī)下降一個型號。小泵徑將是長慶油田抽油泵泵徑的首選,對于產(chǎn)液量高的油井可以通過更換電機(jī)提高沖次的方式實(shí)現(xiàn)。

[1]張建軍,李向齊,石慧寧.游梁式抽油機(jī)設(shè)計計算 [M].北京:石油工業(yè)出版社,2005.

[2]丁 玲.抽油泵漏失實(shí)驗(yàn) [J].石油儀器,2007,21(5):63～64.