優(yōu)化補孔井設(shè)備匹配降低機采能耗研究

翟茜茜（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

油田獲得穩(wěn)定產(chǎn)量的渠道是開源節(jié)流，即利用增產(chǎn)措施控制產(chǎn)量遞減速度，利用技術(shù)手段和科學管理減少能耗損失，兩者結(jié)合，才能取得最大的經(jīng)濟效益和確保油田可持續(xù)發(fā)展。作為低滲透油田代表，某油田在經(jīng)過50多年開發(fā)后，可采儲量動用程度較大，補孔、壓裂等增產(chǎn)措施實施力度逐年加大，隨之而來的能耗增長矛盾也日益突出。如何在保證產(chǎn)量的前提下實現(xiàn)節(jié)能降耗，追求效益最大化，是油田管理者與技術(shù)人員迫切需要解決的問題[1]。為此，某礦對2017年某一補孔計劃井A井進行產(chǎn)量合理預(yù)估，遵循地下地上整體考慮原則，科學選用抽汲設(shè)備，優(yōu)化拖動設(shè)備匹配，對措施井的能耗控制進行摸索實踐。

1 A井基本概況

A井是2001年6月投產(chǎn)的1口二次加密調(diào)整井，位于某區(qū)純油區(qū)東部。全井射開薩Ⅲ組油層15個小層，全井射開砂巖厚度14.1 m，有效厚度2.4 m。2014年5月，對該井的葡423、葡Ⅰ422、葡Ⅰ421，葡Ⅰ111、112、113及葡Ⅱ組、薩Ⅱ組油層進行補孔，共補開砂巖厚度32.5 m，有效厚度8.7 m。補后日產(chǎn)液30.1 t，日產(chǎn)油4.2 t，綜合含水率86%，流壓4.63 MPa。A井補孔前后效果對比見表1。

表1 A井補孔前后效果對比

2 補孔后抽汲設(shè)備的選型與參數(shù)匹配

2.1 抽汲設(shè)備的能力預(yù)測與機型選擇

A井補孔后產(chǎn)量預(yù)測為40 t，按補孔前參數(shù)匹配，泵效將達到227%，補孔前的工作參數(shù)已不能滿足補孔后油井生產(chǎn)的要求。如果補孔后注水受效需要放產(chǎn)，為使地面參數(shù)還有放產(chǎn)余地，所以補孔的同時決定將泵徑換到70 mm生產(chǎn)。由于補孔時為6型機，匹配70 mm泵徑，最大載荷59.56 kN，最小載荷14.84 kN，抽油機載荷利用率已達99.3%。抽油機負荷極大，扭矩利用率為75.1%，電動機負荷較大，而大沖速不論對設(shè)備還是管柱都不利。為了解決這一矛盾，2014年8月決定對該井更換大機型。

為了避免抽汲設(shè)備能力過剩造成能耗過高，首先要對不同機型的懸點最大、最小載荷進行預(yù)測[2]。

1）計算抽油桿截面積、桿重、液柱重。抽油桿截面積為0.000 49 m2；桿在空氣中重力為31 317 N；桿在液中重力為27405N；液柱重力為26223 N。

2）不同機型設(shè)定下的最大載荷、最小載荷計算。10型抽油機的最大載荷為56 311 N；最小載荷為26 309 N。14型抽油機的最大載荷為55 184 N；最小載荷為26 603 N。

3）預(yù)測不同機型的載荷利用率（表2）。

表2 A井不同機型載荷利用率預(yù)測

從表2可以看出，預(yù)裝14型抽油機的載荷利用率較低，且電動機的裝機功率需求較大；10型抽油機相比14型更能充分發(fā)揮設(shè)備潛力，更節(jié)能，因此確定更換10型抽油機。

2.2 優(yōu)選抽汲參數(shù)

根據(jù)預(yù)測產(chǎn)液，為了使該井在合理區(qū)生產(chǎn)，泵效要保證在40%～70%。據(jù)此，從表3的9種參數(shù)組合里選定4個滿足泵效合理區(qū)間的組合（A、B、D、G組）。根據(jù)在滿足油井產(chǎn)量的前提下，選擇能耗較低的參數(shù)匹配，盡量采用長沖程、低沖速進行生產(chǎn)的原則，最終確定沖程3 m、沖速6 min-1為最佳優(yōu)選方案（表4）。

表3 A井不同機型載荷利用率預(yù)測

3 拖動設(shè)備的選擇與匹配

A井補孔前采用雙速電動機，裝機功率為37 kW，已使用5年；配電箱采用CJK普通配電箱，已使用15年，節(jié)電率較安裝初期有所降低。該井日耗電量高于所在礦同機型的同產(chǎn)液級別抽油機，能耗較大。補孔后，隨著連通水井提水措施，產(chǎn)液量增加，必將增加日耗電量，因此,決定結(jié)合換機型時匹配合適的拖動設(shè)備（表5）。

3.1 電動機類型選擇

抽油機拖動裝置節(jié)能技術(shù)分為兩類：一類是節(jié)能電動機，主要有永磁電動機、高轉(zhuǎn)矩電動機、變頻調(diào)速電動機和一體化拖動裝置[3]；另一類是節(jié)電箱，主要是控制電動機定子繞組Y-Δ轉(zhuǎn)換調(diào)壓和采用功率因數(shù)控制器調(diào)壓以及無功功率補償[4]。對該井而言，抽油機受其機械特性的影響，啟動轉(zhuǎn)矩較大，需要很大的啟動電流，要滿足該井的啟動電流要求，若選用常規(guī)電動機則額定功率必須達到37 kW。因此，應(yīng)選用能在瞬時達到啟動電流要求的電動機，降低耗電量，最適合的就是高啟動轉(zhuǎn)矩電動機系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點[5]：

◇電動機啟動轉(zhuǎn)矩高；

◇電動機有兩種輸出轉(zhuǎn)速，每種速度均可帶動抽油機一次平穩(wěn)啟動并長期運行；

◇電動機所帶配電箱具有短路保護和過載、斷相保護作用。

表4 A井換大機型效果對比

表5 A井換機型前與同產(chǎn)液級別能耗對比

結(jié)合某礦當年的節(jié)能設(shè)備更換計劃，選用了某廠家的高啟動轉(zhuǎn)矩電動機系統(tǒng)(機箱一體式電動機)，更換拖動設(shè)備后，啟動電流平穩(wěn)。在生產(chǎn)參數(shù)放大后，運行電流上升幅度不大，降低了電動機額定功率，提高了功率利用率，減少了電動機空耗，改變了低效運行狀態(tài)，日耗電降低1.68 kWh，單耗降低1.44 kWh/t，節(jié)能效果明顯（表6）。

表6 A井更換電動機效果對比

4 結(jié)論

1）在保證產(chǎn)能的條件下，通過對不同型號抽油機安裝后的載荷計算，可以確定與補孔措施井產(chǎn)能最匹配的抽汲設(shè)備，配合參數(shù)調(diào)整措施，避免造成能耗過高的情況。

2）合理選擇補孔井拖動設(shè)備的節(jié)能方式，提前制定設(shè)備更換計劃，可以實現(xiàn)增產(chǎn)和降耗的雙贏。