能耗最低机采系统设计软件应用实践及效果

谢少波

(中国石化胜利油田分公司滨南采油厂，山东 滨州 256606)

油田进入开发的中后期阶段后，产量递减加快，增油条件变差，有杆泵抽油机数量增加，用电紧张状况突出。据统计截至2009年12月，全厂油井平均系统效率为23.7%，比分公司平均系统效率(26.5%)低2.8%，提高机采系统效率的问题已经十分紧迫。2010年以来，采油厂引入能耗最低机采系统设计软件对有杆泵井进行优化。

1 优化设计原理

该软件是以“一种有杆泵机械采油工艺参数确定方法”发明专利为基础[1］，采用Delphi7.0程序语言作为开发平台，windows98版本以上的运行环境。

1.1 设计内容

该技术是通过开展能量分析，将有杆泵抽油系统输入功率分为地面损失功率、粘滞损失功率、滑动损失功率、溶解气膨胀功率、有用功率五部分并建立相应的函数关系。在油井产液量相对稳定的情况下，计算出不同参数组合所对应的输入功率。优化设计是在保证油井产液量相对稳定的前提下，以输入功率最低、系统效率最高为原则，优选最佳设计方案、最优技术和最优生产参数，以提高机采井运行质量与效率。利用“机采参数优化设计”软件，主要优化设计的参数包括:泵径、泵深、冲程、冲次、管杆最佳组合等。

1.2 优化设计原则

以油藏供液能力为依据，以各节点抽油设备的协调生产为设计原则，以提高油井产量和生产系统效率为目标，合理选择机、杆、泵、管以及抽汲参数，保证整个抽油系统高效、安全生产。

1.3 设计步骤

假设条件:油井的生产液量相对稳定。即油井的动液面相对稳定(在一定的液量、动液面、油套压的前提下)。

1)将各种管径、各种杆柱钢级、各种泵径与各种泵挂(对应科学的杆柱组合)、各种冲程、各种冲次一一组合。每一种组合对应着一种机采系统效率，即对应着一种能量消耗和一种管、杆、泵的投入与年度损耗。

2)分别计算出每一种机采参数组合所对应的输入功率，计算出每一种组合相应的所耗电费用，根据各种管杆、各种杆柱、各种泵的价格，计算出每一种组合相应的年度机械损耗，并考虑一次性投资的年利息。合计出每一组机采参数所对应的机采年耗成本。

3)以输入功率最低者或年耗成本最低者为所选择的机采参数，包括管径、管长、杆柱钢级、泵径、泵挂深度、杆柱组合、冲程、冲次等。

2 优化设计软件的应用情况

2.1 启动阶段

该阶段只优化检泵井，对新井、措施井暂时不优化。要求方案优化设计率达到100%，设计实施率达到25%以上。

根据油井的实际情况，主要对抽油机参数冲程、冲次、泵径、泵挂、管杆柱组合、管径等进行了优化。据优化设计结果，主要采取以下几方面措施:

1)改变泵径:针对供液情况。

2)调整泵挂深度:针对供液情况。

3)调冲程、冲次:依据长冲程、慢冲次的设计原则。

4)优化杆柱组合:采用两级或三级杆柱组合，降低载荷，从而降低输入功率。

2.2 推广阶段

该阶段要求对全厂所有措施井、新井、维护井方案优化率100%，实施率100%，符合率大于70%。实施过程中采取健全规章制度、完善组织网络等措施确保优化设计工作顺利开展。

2.2.1 健全规章制度、完善组织网络

采油厂成立了机采优化运行领导小组，并明确各小组成员的职责、任务，针对检泵井周期短的实际，确保作业完井按机采优化设计书执行，要求有躺井必须在4 h内电话通知工艺所，12 h内出检泵方案，工艺所接到检泵方案后4 h内将优化方案编制出来。采油厂每季度召开一次协调会，认真听取各小组成员的各项工作量实施进度、存在问题及工作建议，安排下步工作计划，对实施过程中存在的问题积极协调解决，确保各项工作量按期保质保量完成。

2.2.2 实施网上开口

采用网上开口的办法保证优化设计工作的顺利开展。首先由矿地质队向工艺所提供作业井的基础数据，工艺所根据基础数据，运用机采系统优化设计软件对该井的机采参数进行优化，优化后的结果通过网上交流平台反馈给矿地质队，地质队结合作业井的具体情况，对于优化结果中不合理的参数提出修改意见，最后通过地质队与工艺所在交流平台上的讨论，得出最终的修正结果，将这个修正结果导入地质设计，地质所才能编写该作业井的地质设计。通过网上开口，实现了没有优化设计无法编写地质设计;数据不准确不优化;优化结果不交流无法审批。

2.2.3 一井一策，提高优化的针对性

对新井、偏磨井、结垢井、结蜡井以及腐蚀井等特殊井，在优化的时候采取一井一策，将优化设计的主体由软件转变为设计人，以软件为支撑，按照油藏、工艺、工程一体化原则，做好油井针对性优化。

对于新井和措施井，由于其基础参数(如产液量、含水率、动液面以及油层物性等)无法准确提供，优化的时候采取的办法是借用同区块、同构造、同并组、同层位以及同措施的井的基础数据，通过反复对比来修正并完善机采参数。

对于偏磨井的优化，首先应该掌握偏磨井情况，从偏磨井近三次作业原因分析入手，明确偏磨原因，结合目前的井身轨迹，掌握井斜变化。然后应用优化设计软件对生产参数进行优化。

对于腐蚀结垢严重的井，在优化的时候首先是要掌握结垢、腐蚀的基本情况，明确作业原因，从而掌握该井对于采油参数的一些要求，比如泵的选择，抽油机冲程、冲次的要求等，然后导入作业井的基础数据，运用优化软件对其进行优化，将得出的优化参数与腐蚀结垢井以往的治理工艺相结合，进一步提高腐蚀结垢井的泵效与系统效率。

3 实施效果

2010－2013年共优化油井2 832井次，共计实施措施14 160项，符合率75.8%。优化后泵效平均提高了6.6%，机采系统效率提高了5.3%，平均输入功率降低了1.2 kw·h，平均单井日节约用电28.8 kw·h，取得了较好的节能降耗效果。

[1]郑海金，邓吉彬.能耗最低机采系统设计方法的研究及应用[J］.石油学报，2007(2):129－132.