抽油機井系統(tǒng)效率影響因素分析

趙時光 （大慶油田有限責任公司第二采油廠）

抽油機井系統(tǒng)效率影響因素分析

趙時光 （大慶油田有限責任公司第二采油廠）

油井系統(tǒng)效率不僅反映用電損耗，更是衡量整個抽油系統(tǒng)運行過程中的綜合效率，是節(jié)能管理中必須重視的參數(shù)。油井系統(tǒng)效率的計算公式復雜，影響因素多，并且在各影響因素之間互相制約，互相影響。通過分析，明確各影響因素之間的關(guān)系，確定不同機型和泵型對系統(tǒng)效率的影響，總結(jié)出有功功率隨著產(chǎn)液量的升高而升高；同時，隨著動液面的加深，油井系統(tǒng)效率也升高，為選擇合理泵型和機型提供依據(jù)。

系統(tǒng)效率；動液面；日產(chǎn)液；有功功率

抽油機井工作時，電動機做功，將井下液體有效舉升至地面，整個系統(tǒng)工作是能量不斷傳遞和轉(zhuǎn)化的過程。能量每次傳遞時都會有一定損失的，系統(tǒng)效率是用來衡量有桿泵抽油系統(tǒng)能量損失的標準。油井系統(tǒng)效率不僅反映用電損耗，更是衡量整個抽油系統(tǒng)運行過程中的綜合效率，是節(jié)能管理中必須重視的參數(shù)。油井系統(tǒng)效率的計算公式復雜，影響因素多，并且在各影響因素之間互相制約，互相影響[1]。

1 抽油機井系統(tǒng)效率情況調(diào)查

東部過渡帶區(qū)塊由于地質(zhì)條件較差，平均單井產(chǎn)油量和單井產(chǎn)液量在全廠各開發(fā)區(qū)塊中均為最低，單位產(chǎn)能地面系統(tǒng)規(guī)模大于其他區(qū)塊，導致單位運行能耗增加。現(xiàn)場抽油機井系統(tǒng)效率測試工作從2008年開始，每年測試2次，目前已經(jīng)經(jīng)歷了7年時間。根據(jù)測試情況，分類別統(tǒng)計了歷年系統(tǒng)效率數(shù)據(jù)（表1）。

表1 歷年抽油機井系統(tǒng)效率分類統(tǒng)計

由表1可知，不同動液面深度下，抽油機井的系統(tǒng)效率水平差異很大，系統(tǒng)效率最低值只有8.62%；液面深度超過700 m的抽油機井，系統(tǒng)效率達到了34.11%；但沉沒度偏低井（沉沒度不足100 m），系統(tǒng)效率只有27.95%。

2 理論分析影響系統(tǒng)效率因素

系統(tǒng)效率計算公式表示如下：

公式（1）和公式（2）合并，得出計算系統(tǒng)效率的公式（3）,即

式中：fw為含水率，%。

由上述公式可知，影響油井系統(tǒng)效率的因素是多方面的，包括日產(chǎn)液、動液面、含水率、油壓、套壓、有功功率6個參數(shù)，正相關(guān)參數(shù)4個，負相關(guān)參數(shù)2個。對系統(tǒng)效率影響較大的主要有3個參數(shù)：日產(chǎn)液、動液面和有功功率，其中日產(chǎn)液、動液面與系統(tǒng)效率是正相關(guān)，有功功率與系統(tǒng)效率是負相關(guān)（表2）。

表2 影響系統(tǒng)效率參數(shù)統(tǒng)計

3 各影響因素之間關(guān)系

影響油井系統(tǒng)效率的3個主要因素是日產(chǎn)液、動液面和有功功率，這三者之間也會互相影響。若產(chǎn)液量高，有功功率也會升高；若動液面深，有功功率也會升高；因此，需要討論這三者之間互相作用、互相制約時對油井系統(tǒng)效率的影響情況。

3.1日產(chǎn)液與有功功率關(guān)系

為了更好地了解日產(chǎn)液與有功功率的關(guān)系，需要排除動液面深度的影響，因此，選取動液面在井口的抽油機井作統(tǒng)計分析。從統(tǒng)計結(jié)果看，日產(chǎn)液低于20 t時，有功功率不足5 kW，隨著日產(chǎn)液的增加，消耗的有功功率也逐漸升高；當日產(chǎn)液達到60 t時，平均有功功率為8.37 kW，較低值高75%。由此可以看出，有功功率主要受日產(chǎn)液的影響，隨著產(chǎn)液量的升高，有功功率也增大，即單井的日耗電高（表3）。

表3 日產(chǎn)液與有功功率關(guān)系統(tǒng)計

3.2動液面與有功功率關(guān)系

在討論動液面與有功功率之間關(guān)系時，同樣需要盡量排除日產(chǎn)液對有功功率的干擾，選取東部過渡帶常見的日產(chǎn)液在20～30 t的油井進行統(tǒng)計。從統(tǒng)計結(jié)果看，隨著動液面的加深，消耗的有功功率也逐漸升高，油井的系統(tǒng)效率也在升高。統(tǒng)計結(jié)果顯示，有功功率的高值區(qū)較低值區(qū)高65%（表4）。

表4 動液面與有功功率關(guān)系統(tǒng)計

3.3對系統(tǒng)效率影響的三個因素

由統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，不論油井的產(chǎn)液量多高，如果動液面在井口，計算出的系統(tǒng)效率極低；有時甚至是負值，平均日產(chǎn)液64 t，系統(tǒng)效率只有0.02%。從單井情況看，還有負值出現(xiàn)；因此，平時作系統(tǒng)效率分析時，一般液面在井口的油井不統(tǒng)計系統(tǒng)效率。

當油井處于高產(chǎn)液、高液面的狀態(tài)時，不論日產(chǎn)量多大，有功功率多低，油井的系統(tǒng)效率都處于低水平?，F(xiàn)場選取10口動液面在150 m以內(nèi)的油井，平均日產(chǎn)液70 t，系統(tǒng)效率只有7.53%。

當油井處于高產(chǎn)液、低液面的狀態(tài)時，其系統(tǒng)效率高。統(tǒng)計10口抽油機井，平均日產(chǎn)液67 t，動液面642 m，系統(tǒng)效率45.42%，較高產(chǎn)液、高液面的抽油機井高37.89個百分比。

因此，提高油井系統(tǒng)效率的有效途徑是降低動液面水平。從統(tǒng)計結(jié)果看，動液面水平保持在700 m左右時，油井的系統(tǒng)效率是最高的。

通過統(tǒng)計沉沒度與系統(tǒng)效率的關(guān)系數(shù)據(jù)，沉沒度由低向高，百米噸液耗電先隨著沉沒度的增加而減少，在100～300 m處出現(xiàn)拐點，然后隨著沉沒度的增加而增加。系統(tǒng)效率先隨著沉沒度的增加而增加，在100～350 m處出現(xiàn)拐點，然后隨著沉沒度的增加而減少，在液面到井口處系統(tǒng)效率為零。每口單井的系統(tǒng)效率和百米噸液耗電的拐點位置不完全相同，但基本在平均拐點附近，符合平均規(guī)律。沉沒度在200～250 m處的平均百米噸液耗電較低，并且平均系統(tǒng)效率較高，是較為合理的沉沒度范圍。

4 不同功率電動機對系統(tǒng)效率的影響

抽油機井生產(chǎn)過程中，地面用電設(shè)備主要包括控制箱和電動機，相比較而言，不同功率電動機對有功功率和系統(tǒng)效率影響大，因此，重點討論不同功率電動機對系統(tǒng)效率的影響。

首先選擇動液面范圍在500～700 m之間的117口抽油機井進行統(tǒng)計。從統(tǒng)計結(jié)果看，隨著電動機功率的增加，其有功功率升高，其中電動機功率為30 kW和55 kW的油井系統(tǒng)效率較高。在產(chǎn)液量接近的情況下，電動機功率為37 kW的比電動機功率為30 kW的有功功率高13.02%，但系統(tǒng)效率低3.47個百分點（表5）。

表5 抽油機井不同電動機功率系統(tǒng)效率統(tǒng)計

為了排除多種因素對分析的影響，現(xiàn)場除選取動液面范圍在500～700 m外，機型選擇現(xiàn)場常見的CYJ10型抽油機進行比較。從統(tǒng)計結(jié)果看，電動機功率為30 kW和37 kW的油井系統(tǒng)效率是最高的。45 kW和55 kW電動機（用于CYJ10-3抽油機）的有功功率和油井系統(tǒng)效率均較低，主要是由油井的平均產(chǎn)液量低造成的。對比30 kW和37 kW電動機（用于CYJ10-3抽油機）與45 kW和55 kW電動機（用于CYJ10-4.2抽油機）發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)液量接近的情況下，其消耗的有功功率和油井系統(tǒng)效率較接近。通過以上統(tǒng)計結(jié)果可以看出，單井產(chǎn)液量對系統(tǒng)效率的影響比較大，不同功率電動機對油井系統(tǒng)效率影響不大（表6）。

表6 抽油機井不同機型、不同功率電動機系統(tǒng)效率統(tǒng)計

5 不同機型、泵型對系統(tǒng)效率的影響

5.1不同機型抽油機對系統(tǒng)效率影響

現(xiàn)場最常見 的抽油 機是 5、6、8、11、CYJ10-3、CYJ10-4.2和14型，根據(jù)各機型的特點，將5型和6型、8型和11型歸為一類統(tǒng)計。統(tǒng)計過程中選取動液面在500～700 m的油井，并且所選油井的產(chǎn)液量接近。從統(tǒng)計表中可以看出，在相同日產(chǎn)液和動液面的條件下，機型較小的抽油機單井能耗低，系統(tǒng)效率高，而14型抽油機單井能耗顯著增大，其系統(tǒng)效率下降幅度也大，說明大機型抽油機用到低產(chǎn)井上導致能耗上升；因此在選擇機型時，需要合理匹配機型，尤其需要慎重選擇14型抽油機（表7）。

表7 不同機型油井系統(tǒng)效率統(tǒng)計

5.2不同泵型抽油泵對系統(tǒng)效率影響

目前現(xiàn)場較常見的抽油泵泵型為φ44 mm、φ57 mm和φ70 mm。為了便于確定泵型對抽油機耗能和油井系統(tǒng)效率的影響，統(tǒng)計過程中選取動液面在300～500 m的油井和500～700 m的油井，所選油井的產(chǎn)液量接近，分不同泵型統(tǒng)計。從統(tǒng)計表中可以看出，在相同日產(chǎn)液和動液面的條件下，隨著泵型的增大，單井能耗上升，系統(tǒng)效率下降。從有功功率變化情況看，φ44 mm泵和φ57 mm泵能耗數(shù)值接近，φ70 mm泵能耗數(shù)值大幅度增加；因此在選擇泵型時，需要根據(jù)產(chǎn)液量情況合理匹配泵型（表8）。

6 結(jié)論

1）影響油井系統(tǒng)效率的3個主要因素是日產(chǎn)液、動液面和有功功率，有功功率受日產(chǎn)液的影響，隨著產(chǎn)液量的升高，有功功率也增大，即單井的日耗電高。隨著動液面的加深，消耗的有功功率也逐漸上升，而油井的系統(tǒng)效率也會提高。

表8 不同泵型油井系統(tǒng)效率統(tǒng)計

2）當油井處于高產(chǎn)液、低液面時，其系統(tǒng)效率高；動液面保持在700 m左右時，油井系統(tǒng)效率值最高。

3）不同機型抽油機存在差異，大機型抽油機用到低產(chǎn)井上導致能耗增大；因此在選擇機型時，需要合理匹配機型，尤其需要慎重選擇14型抽油機。

4）隨著泵型的增大，單井能耗上升，系統(tǒng)效率下降。大泵型抽油泵用到低產(chǎn)井上導致能耗增加；因此在選擇泵型時，需要根據(jù)產(chǎn)液量情況合理匹配泵型，慎重選擇φ70 mm和φ83 mm泵。

5）單井產(chǎn)液量對油井系統(tǒng)效率影響較大，不同功率電動機對油井系統(tǒng)效率影響不大。

[1]萬仁溥.采油工程手冊[M].北京：石油工業(yè)出版社，2000：365-436.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.10.003

2016-05-09

（編輯 王艷）

趙時光，工程師，2001年畢業(yè)于東北石油大學，從事油田生產(chǎn)管理工作，E-mail:zhaoshiguang@petrochiana.com，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責任公司第二采油廠油田管理部，163000。