低产油田抽油机井工作制度优化

2013-05-05肖辉大庆油田有限责任公司第九采油厂

石油石化节能 2013年5期

肖辉（大庆油田有限责任公司第九采油厂）

低产油田抽油机井工作制度优化

肖辉（大庆油田有限责任公司第九采油厂）

通过绘制低产油田抽油机井流入动态和流出动态曲线，确定合理流压及最大产量，以最大产量为前提，以能耗最低为目标优化抽油机井工作制度，详细阐述了低产油井工作制度的优化的方法。并通过实例计算证明了该方法的可行性与实用性，为实施精细机采管理提供技术指导。

优化方法流入流出能耗计算

大庆西部外围油田属于低产低渗油田，井深、产量低、举升单耗高、系统效率低。通过合理的优化工作制度能保证油井产量得到充分发挥，机、杆、泵在良好的环境下运行，达到能耗最低、效率最高。

1 工作制度优化方法

低产油井工作制度优化总体思路主要包括3个部分：以流入动态曲线确定合理流压及对应的最大产量，即该井目标产量；从目前生产参数下的流出动态曲线并结合流入动态确定该参数下的供采协调点；确定目前参数下的理论能耗。在综合考虑以油井流入、流出动态理论、单井理论能耗基础上，建立“泵径、冲程、冲速、时间”四参数与能耗关系模型，给出最优工作制度。

1.1流入动态曲线

流入动态曲线的获得，即液面恢复法：油井在一个较低流压状态时关井，通过连续监测液面与对应时间，进而求得 IPR 曲线。

通过原始数据，做初步的数据处理：

根据液面恢复求出井底流压与关井时间对应关系。

式中：

pwf——井底流压，MPa；

h中——油层中深，m；

ρ ——液体密度，kg/m3；

h——环空动液面深度，m；

pt——套压，MPa；

g ——重力加速度，m/s2。

通过（2）式计算流压恢复速度，即某一流压下对应的产量，进而确定流入动态曲线。

式中：

Δt——关井时间差值，d；

Δh——关井 Δt时间后动液面差值，m。

1.2流出动态曲线

油井流出动态是指油井井口产量与井底流压的关系，在保证油井供采协调的情况下，即在井底流压保持一定的条件下，井口产量是理排与泵效的乘积。

油井流出动态：

式中：

Q出——实际排量，m3/d；

Q理排——理论排量，m3/d；

η——泵效，%。

由于泵效是沉没压力的函数[1]：

在泵深一定的情况下：

式中：

pc——沉没压力，MPa；

h泵——泵深，m；

Go——溶解油气体积比；

a —— 溶解系数， m3/（m3·MPa）；

fw——含水率，%；

s——冲程，m；

n ——冲速，min-1；

L——泵挂深度，m；

E ——杆柱的弹性模量，取 2.06×1011Pa；

fp、fr、ft——分别为活塞、抽油杆、油管的截面积，cm2。

在连续生产的情况下，由于井底流入和井口流出的互相耦合，一组泵径、冲程、冲次最终对应一个稳定生产点，即达到供采协调，图1所示。

图1 流入与流出动态供采协调关系

1.3单井理论能耗计算

有杆泵系统消耗功率是泵径、冲程、冲次的函数，为了使计算能耗与实际接近，消耗功率的计算主要考虑了五个部分：地面损失功率 Pu、黏滞损失功率 Pr、滑动损失功率 Pk、溶解气膨胀功率、有效功率[2]。

抽油机消耗功率：

1.4工作制度优化模型

首先建立泵径（D）、冲程（S）、冲速（N）、时间（T）与能耗关系函数，优化工作制度，优化目标函数式。

式（7）等号左边代表最小消耗功率；右边包括两个部分：G函数是代表理论能耗计算模型，是以产量最大为前提，泵径、冲程、冲速的函数，R函数代表开井时率函数，是间歇采油开、关井时间的函数。

由于开井时率函数：

当 T关=0时，该井为连续生产；当 T关＞0时，该井为间歇生产。

由于间歇采油井在关井时流压从合理流压下限恢复到上限，以油井流入动态为依据，建立关井流压恢复与时间的关系。

边界条件：

通过计算，得到关井时间T关。

以流入、流出动态为依据，建立开井流压下降与时间的关系式。

边界条件：

式中，C为单位时间井底流入的产量转化为压力的系数； D为单位时间井口流出的产量转化为压力的系数。

计算出每一组泵径、冲程、冲速下对应的开井时间 T开。最后以能耗最低为目标优选最佳的泵径、冲程、冲速、开/关井时间参数组合。

2 应用举例

2.1单井情况

某抽油机井，抽油机型号 YCYJ8-3-26HB，电动机型号 SD/YCHD225-12/8，使用功率 15.0kW，油层中深1370m。2011年5月该井泵径 32mm，抽油杆柱 19mm × 16mm，冲程 2.5m，冲速 4.4min-1，产液量 2.3t/d，含水 4.0% ，泵深 1328m ，液面深1317m，流压 1.12MPa，间歇采油制度为开井 20h，关井4h。

2.2工作制度优化

根据该井流压恢复现场试验数据，得到该井流入动态及流出动态曲线，并得到该井合理流压 1.6 MPa，最大产量 2.5t/d。同时结合流入与流出可知，该井在连续生产情况下，处于流压偏小区。

通过对某井生产状况分析与计算，共制定出如下12组典型的生产参数组合，根据该井所用杆柱组合为 19mm×16mm，该杆柱组合下最大泵径为44mm，见表1。

表1 某井参数优化情况组合

该井在方案执行时主要考虑了以下实际情况：该井所用司达双速电动机换挡后直接由 4.4min-1降到 3.0min-1；间歇采油执行与现场管理，开关井时间尽量不要过于频繁，且间歇周期最好控制在24h。该井最终执行方案为泵径 32mm，冲程 2.5m，冲速3min-1，开井 16h 关井 8h，目前流压 2.0MPa，产液量 2.5t/d，优化后折后日节电 17.8kWh，见表2。