长庆油田抽油机参数优化技术探讨

吉效科,李宁会,刘成延 (中石油长庆油田分公司设备管理处,陕西西安710021)

霍丙新,张 昊,陈丽蓉

燕 云 (长庆油田公司第八采油厂,陕西西安710021)

长庆油田地处鄂尔多斯盆地,共发现马岭、安塞、靖安、西峰、姬塬等28个油田,已投入开发27个,油层埋深800～2800m,横跨陕、甘、宁三省区,主要为三叠系延长组和侏罗系延安组油层。受黄土残塬地貌特征等影响,主要以丛式井组定向井为主,与相同抽深的直井、高产井相比,摩阻大,有效做功低,相对能耗加大。截至2009年底,长庆油田油井总数22964口,抽油机主要采用游梁平衡和复合平衡2种节能抽油机,平均冲程 2.3m,平均冲次4.4次/min,平均泵径34.3mm,单井日产液4.75m3/d,平均泵效38.6%,系统效率19.37%。随着超低渗油藏的开发,全油田平均单井日产液量有所降低,抽油泵泵效较低,油井系统效率低。因此,结合油田的特点,积极探索优化抽油机参数是提高抽油机系统效率和降低油井投资成本的重要途径之一。

1 抽油机冲程参数

冲程损失是抽油泵效率降低的重要方面,直接影响抽油机选择合理的冲程,与活塞及油管截面积、抽油杆长度及截面积、动液面深度、液体密度等有关。以长庆油田采油三厂摆13-7井为例,井深2066m,泵挂深度1878m,动液面1727m,抽油杆组合采用三级组合,即∅22(15%)+∅19(45%)+∅22(40%)组合方式,抽油杆采用高强度HL级或HY级,油管内外径为∅62/73mm。经过计算,当用∅38mm、∅32mm、∅28mm的抽油泵,抽油机冲程损失分别约0.6、0.5、0.4m。随着泵径减小,抽油机冲程损失减少。为了减少冲程损失对抽油泵效率的影响,应尽量增大抽油机光杆冲程。冲程长度增加对于悬点载荷的影响不大,但抽油机的高度需要增加,而且更重要的是减速器曲柄轴的扭矩和冲程长度成正比的增加[1]。同时冲程长度增加后抽油机的减速器的尺寸、质量和成本相应增加。此外随着冲程长度的增加,减速器齿轮磨损速度增加很快 (按三次方关系)[1]。因此光杆冲程并不是越长越好,需要确定在合理范围内。鉴于上述减速器尺寸、重量、制造成本,冲程损失较小等理由,推荐抽油机冲程长度选用参数见表1。

表1 游梁抽油机冲程选用参数表

2 抽油机冲次参数

抽油机冲次是衡量抽油机快慢的参数,与冲程参数比较,冲次调整简单、易于实现。由于长庆油田单井产量低,因此降低冲次成为抽油机满足工况、提高抽油机井系统效率的重要途径之一。抽油机实现低冲次的方法有3种:调整电机皮带轮直径、降低电机转速、使用大速比减速器。

调整电机皮带轮直径是常用的方法,抽油机配套3件皮带轮,根据现场需要更换调整。降低电机转速的方法有使用变频调速、低速电机等技术,考虑油井低成本采油,单台抽油机安装变频器成本高,因此考虑采用低速电机和减速器的优化组合。不同速比减速器与不同转速电机组合实现抽油机的低冲次,但需要综合比较确定。

“8极电机+大速比减速器”和 “12极电机+常规速比减速器”都能实现最低冲次2.5次/min的工况,但是8极电机较12极电机具有相当宽幅的适应性,电机体积小、重量轻、价格低,本身能耗低。

减速器增加一级,效率下降1%左右,而电机极数增加,电机内耗增大,电机功率负载率65%时,12极电机效率比8级电机效率低3%左右,特别当用于抽油机时,负载为周期性波动状态,平均负载率约为30%左右,此时电机极数越多,实际效率下降越快。从传动速度看,低速皮带传动中小皮带轮造成皮带蠕动或滑动会降低传动效率。

从节能、投资方面综合比较,抽油机宜采用大速比减速器实现低冲次。“大传动减速器+8极电机”的方式可实现2.5、3.5、5次/min。配套3件皮带轮,出厂时装5次/min皮带轮。如果需要更高冲次只需更换为6极电机就可实现冲次3.5、5、7次/min,电机的使用效率较高。试验表明,在一个冲程之内柱塞与泵筒之间的漏失并非均匀漏失,漏失主要发生在下冲程的后半段和上冲程的前半段,且漏失量随着冲程、冲次的增加而增加[2]。由此可见,低冲次可以减小抽油泵漏失量。

采用低冲次对于延长机杆泵寿命、提高抽油机系统效率、降低能耗等方面有很好的效果,也是符合油田实际。抽油机冲次降低后对抽油机配套也有好处:一是相应配置电机功率平均下降18.9%～31%左右,如8型机电机功率由22kW、15kW降低为11kW,6型机电机功率由15kW或11kW降为7.5kW,具有突出的节能效果;二是减速器额定扭矩平均下降一个等级,以8型机相比,额定扭矩由37kN·m降低为26kN·m。

3 抽油泵泵径参数

以8型抽油机为例,最大冲程长度3m,最小1.8m;冲次最低2.5次/min,最大5次/min;抽油泵按照2009年钻采工程方案初定泵效45%～50%,泵效取45%,冲程损失按0.5m计算,表2为不同泵径油井液量范围。

表2 8型抽油机不同冲次、不同冲程、不同泵径下的油井液量范围

按照钻采工程方案的长庆油田单井预计液量都小于20m3/d,2009年统计表明,单井日产液量4.75m3/d,其中产液量小于2m3/d的油井占总井数的11%,因此至少有一半油井的液量都在5m3/d以下,从表2可以看出,冲次在2.5、3.5、5次/min的情况下,低于5m3/d的油井选用∅28mm抽油泵是完全可以的。

采用小泵径、低冲次后,抽油杆降一个等级、强度增加一级,抽油机下降一个型号。小泵径将是长庆油田抽油泵泵径的首选,对于产液量高的油井可以通过更换电机提高冲次的方式实现。

[1]张建军,李向齐,石慧宁.游梁式抽油机设计计算 [M].北京:石油工业出版社,2005.

[2]丁 玲.抽油泵漏失实验 [J].石油仪器,2007,21(5):63～64.