SAGD有桿泵舉升系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計

摘要：在舉升系統(tǒng)設(shè)計原則下，結(jié)合A油田B井區(qū)實際生產(chǎn)狀況，建立了SAGD有桿泵舉升系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的流程，選取了舉升系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，確立了約束條件以及目標(biāo)函數(shù)的求解方法。優(yōu)化設(shè)計了一口稠油SAGD井的舉升系統(tǒng)，按照系統(tǒng)效率最高的目標(biāo)函數(shù)，確定了該油井的最優(yōu)組合方案。

關(guān)鍵詞：SAGD;有桿泵;舉升系統(tǒng)

引言

有桿泵能在井筒流體溫度變化很大的范圍內(nèi)正常工作，舉升能力可調(diào)范圍較大，機械性能可靠，免修期長，易于維修，舉升成本較其他類型抽油方式低，不論深井、淺井、直井、定向井都適宜，因此有桿泵舉升方法是目前應(yīng)用最廣泛的注蒸汽熱采井舉升工藝。同時，對SAGD有桿泵舉升系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計研究，必須要有設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)主要來源于SAGD工藝的操作參數(shù)、現(xiàn)場的生產(chǎn)要求和設(shè)備的工作參數(shù)。

1 舉升系統(tǒng)設(shè)計原則

在SAGD有桿泵的舉升設(shè)計時，必須滿足在如下原則[1]下進(jìn)行：

（1 ）結(jié)合生產(chǎn)需要，選取適合的抽吸參數(shù)，以便滿足所需產(chǎn)量;

（2 ）結(jié)合排量與泵深選擇抽油設(shè)備，使得系統(tǒng)具有較高的效率;

（3 ）采用滿足強度要求、適合的桿柱組合，確保抽油桿工作安全。

總之，系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)選就是在設(shè)計原則下，根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)情況選取合理的泵徑、沖程、沖次以及抽油機、抽油泵、抽油桿的最佳組合方案。

2 舉升系統(tǒng)抽汲參數(shù)優(yōu)選

2.1 系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)

經(jīng)研究表明，若有桿泵抽油系統(tǒng)效率高[2]，那么油井的排量系數(shù)、產(chǎn)能也比較高，同時設(shè)備的利用率也高，經(jīng)濟效益就高，故系統(tǒng)效率被用來衡量抽油機井綜合性的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。在進(jìn)行SAGD的抽汲參數(shù)優(yōu)選時，以系統(tǒng)效率為目標(biāo)函數(shù)，桿柱組合與舉升抽吸參數(shù)為設(shè)計變量，則有：

而

則有：

其中：

式中：——系統(tǒng)效率;

——有功功率，kw;

——泵效;

——泵的理論排量，m3/d;

——泵徑，m;

——沖次，min-1;

——地面油氣比，m3/m3;

——沖程，m;

——泵吸入口壓力，MPa;

——動液面高度，m;

計算式可知，舉升系統(tǒng)效率的影響參數(shù)比較多，在對SAGD舉升系統(tǒng)的進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化時，得考慮下面的約束條件：

（1）油井的配產(chǎn)條件

確保油井的實際產(chǎn)液量與配產(chǎn)相近，取，即

（2）抽油機的負(fù)荷條件

確保抽油機能夠正常工作，必須滿足：

懸點最大載荷不能超過最大許用載荷;

最大扭矩不能超過最大允許扭矩;有

（3）抽油桿柱的強度條件

采用修正Goodman圖來對抽油桿進(jìn)行強度校核，有

2.2 模型優(yōu)選與求解

將約束條件結(jié)合到目標(biāo)函數(shù)中，則得到的優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型為：

此模型為離散型變量的非線性有約束的優(yōu)化問題，考慮到SAGD的抽汲參數(shù)系列能夠選取的數(shù)量有限，故可選用枚舉法來進(jìn)行求解：

a、進(jìn)行初步的優(yōu)選，排除其中不合理的方案;

b、計算初選的方案，優(yōu)選出滿足最大扭矩、最大懸點載荷、抽油機功率的最佳抽汲參數(shù)。

3 SAGD舉升系統(tǒng)設(shè)計實例

根據(jù)A油田提供的某SAGD稠油井的油藏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[3]，如表1所示，按照SAGD有桿泵舉升系統(tǒng)的設(shè)計原則和設(shè)計步驟，結(jié)合油田SAGD現(xiàn)場的經(jīng)驗方法，設(shè)計該井的SAGD有桿泵舉升系統(tǒng)及其舉升參數(shù)。

稠油SAGD水平井的單井最高產(chǎn)液量預(yù)計為400t /d左右，泵效按照50%計算，泵的理論排量應(yīng)達(dá)到800 t /d。根據(jù)長沖程、大泵徑、低沖次的原則，應(yīng)選擇沖程8m、沖次3～5min-1、泵徑為120～146 mm的生產(chǎn)參數(shù)。在稠油SAGD水平井舉升系統(tǒng)中，由于液柱的重量是抽油桿重量的2倍以上，因此選用單級桿。根據(jù)初選的抽汲參數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)計，設(shè)計計算結(jié)果如表2所示。

根據(jù)優(yōu)化設(shè)計結(jié)果數(shù)據(jù)表以及抽油機的承載特性，泵徑為127mm和泵徑為120mm的參數(shù)組合最優(yōu)的選擇型號為A油田的具有8m沖程的CCJ14-8-48-HF型塔架式抽油機。按照系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，輸出系統(tǒng)效率最高的結(jié)果，同時綜合考慮各組的安全系數(shù)、耗電功率、應(yīng)力范圍比值以及實用性和擴展性，該油井最優(yōu)的抽汲參數(shù)為沖次為5 min-1，沖程為8m，泵徑127mm，抽油桿直徑為25mm，鋼級為H級，單級桿柱，抽油機為塔架式抽油機CCJ14-8-48-HF，配備電機功率為55～75kW。同時抽油機配備變頻裝置，實現(xiàn)無級調(diào)速，以滿足油井不同生產(chǎn)時期的液量變化要求。

4 認(rèn)識與結(jié)論

按照系統(tǒng)效率最高的目標(biāo)函數(shù)，確定了A油田SAGD油井最優(yōu)的抽汲參數(shù)為沖次為5 min-1，沖程為8 m，泵徑127 mm，抽油機為塔架式抽油機CCJ14-8-48-HF，配備電機功率為55～75 kW，抽油桿直徑為29 mm，鋼級為H級，單級桿柱。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱嬋;新疆油田蒸汽輔助重力泄油開采稠油研究[D].長江大學(xué);2012年.

[2] 張浩.稠油水平井/蒸汽輔助重力泄油有桿泵舉升系統(tǒng)優(yōu)化[D].中國石油大學(xué) 2010.

[3] 劉勇.蒸汽輔助重力泄油技術(shù)提高超稠油采收率研究[D].大慶石油學(xué)院，2008.

作者簡介：

楊行軍（1982-），男，2006年畢業(yè)于長江大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，工程師，長期從事勘探開發(fā)地質(zhì)研究工作