基于J油田生产数据的抽油机井平衡度研究

吕 鹏， 修晓伟

(1.胜利油田东胜集团股份公司，山东东营 257000； 2.胜利油田石油开发中心有限公司，山东东营 257000)

基于J油田生产数据的抽油机井平衡度研究

吕 鹏1， 修晓伟2

(1.胜利油田东胜集团股份公司，山东东营 257000； 2.胜利油田石油开发中心有限公司，山东东营 257000)

采用现场数据跟踪分析的方法分析了J油田平衡度的影响因素、平衡度调整前后的变化以及平衡度调整的周期。结果表明，原油黏度越大，抽油机井平衡度越低；对于蒸汽吞吐转抽后的油井，平衡度在0～80 d内平衡度较差，在81～240 d内平衡度较好，在240 d以后平衡度又变得较差；抽油机使用天数与平衡度关系不大，皮带式抽油机比游梁式抽油机的平衡度高；调整抽油机井平衡，抽油机的有效功率增加，泵的充满程度增加，泵效提高；平衡度增加10%～50%，用电量节省11.2～23.2 kW·h，节省电量3.9%～14.2%；随着平衡度差值变大，抽油机井用电量增加。新一轮注汽结束后，建议开采7 d后开始调节平衡，对于黏度较大的井，应当加强平衡度调整频率；对于生产较稳定，黏度适中的油井，每间隔21～78 d调节1次。

抽油机； 平衡度； 影响因素； 用电量

抽油机不平衡会使电动机承受着极大的负荷，下冲程中抽油机带着电动机运转，造成功率的浪费，降低电动机的效率和寿命，破坏曲柄旋转速度的均匀性，影响抽油杆和泵正常工作。根据规定，抽油机平衡度在85%～115%时，抽油机基本处于平衡状态[1-2]。抽油机平衡度与节能的关系已有许多研究，抽油机井平衡度越好，油井节能越明显[3-4]，但是对于蒸汽吞吐开发的稠油油藏抽油机井的平衡度没有系统的研究，本文通过现场数据跟踪分析的方法研究了J油田平衡度的影响因素、平衡度调整前后的变化以及不同情况下平衡度调整周期，提出了蒸汽吞吐转抽后的抽油机井的平衡度的变化规律。

1 J油田概况

J油田共有东营组、沙一段、沙二段、沙三段和沙四段5套含油层系，工区面积33.6 km2，上报探明含油面积25.52 km2，地质储量3 520.37×104t。

其中沙一段为主要含油层，上报地质储量3 033×104t。沙一段油藏类型属地层岩性油藏，埋深在740～940 m，平均孔隙度35%，渗透率(500～3 000)×10-3μm2，泥质质量分数4%，原油性质以高密度、高黏度、低含硫、低凝固点为特征，原油密度(50 ℃)0.936 3～0.996 8 g/cm3，黏度(50 ℃)209～15 741 mPa·s，含硫质量分数0.24%～0.97%，凝固点-27～-1 ℃。压力系数为1.0 MPa/(100 m)左右，温度梯度44 ℃/(100 m)左右，属常温、常压、油干薄互稠油油藏。

2 结果与讨论

2.1平衡度影响因素

2.1.1 地质因素的影响 统计了J油田J17块和J19块部分油井的原油黏度和平衡度，见表1。

表1 抽油机井平衡度与原油黏度统计Table1 Cartogram of balance and oil viscosity

续表1

序号井号下行电流/mA上行电流/mA平衡度/%μ(50℃)/mPa·s21J19-P820.030.0150.02086.8022J19-P424.013.054.21910.60平均值(J19)111.832455.51

由表1可以看出，J油田J17块原油黏度低于J19块原油黏度，J17块抽油机井的平衡度明显优于J19块抽油机井的平衡度，J17块抽油机井的平衡度基本处于80%～110%，而J19块抽油机井的平衡度较差。

原油的黏度增加，造成抽油杆的摩擦阻力增加。上冲程时该摩擦阻力会加大悬点载荷，使抽油机所需要的净扭矩和拖动功率加大；下冲程时该摩擦阻力会减少悬点载荷，影响抽油杆的下落速度，阻碍抽油杆下落，同样使抽油机所需要的净扭矩和拖动功率加大，平衡度降低。

2.1.2 生产时间的影响 统计了J17-P42井自蒸汽吞吐转抽后油井的平衡度随生产时间的变化关系，结果见图1。

图1 平衡度随生产时间的变化关系

Fig.1Thechangeofbalancewithproductiontime

由图1可以看出，随着生产时间的延长，抽油机井的平衡度分为3个变化阶段，在0～80 d内平衡度较差，进入生产中期(81～240 d)后平衡度较好，在生产后期(>240 d)平衡度又变得较差。

稠油热采井生产周期内平衡度变化比较大，前期油井处于排水期，因含水率高，产液量大，载荷大，平衡度较低；中期温度、含水相对比较平稳，载荷变化较小，平衡度基本稳定；后期随着油井温度的下降，摩阻增大，悬点载荷增大，平衡度低[5-6]。

2.1.3 温度的影响 J油田属于典型的稠油油田，原油黏度大，需要水循环装置给原油降黏，增加原油的流动性，表2对比了J17-P5、J17-P13和J17-P56在有无水循环加热情况下抽油机的平衡度。

表2 有无水循环加热装置抽油机井平衡度对比Table 2 Comparison between balances with and without water circulation heat installation

由表2可以看出，增加了水循环装置后，原油黏度降低，抽油机井平衡度变好，效果较明显。原油的黏度增加，抽油机井平衡度降低。随着开采时间的进行，产液量(即液柱的重力)是下降的，而抽油杆的重力是衡定的，根据力学平衡原理，电机的主动力应该也是下降的，但是通过跟踪测试可以看出，电机的输出功率即稠油机采能耗却是增加的。这充分说明摩擦阻力随着油井油液温度的下降而增加，越来越大。因此，产液温度是稠油开发中影响游梁式抽油机平衡的主要因素之一。显然通过增加水循环加热装置降低油井黏度，可以大大提高用能水平。

2.1.4 抽油机使用时间的影响 分别统计了黏度较大和黏度较小的油井在生产层位、抽油机负载率、原油黏度相同或相近的情况下，抽油机井平衡度与抽油机使用时间统计结果见表3。

表3 抽油机井平衡度与抽油机使用时间统计Table 3 Cartogram of balance and service time

由表3可以看出，对于黏度较大的井，如J17-P42、J17-P51、J17-P33、J17-P37、J17-P34、J17-P22和J8-P11在生产层位、抽油机负载率、原油黏度相同或相近的情况下，抽油机井平衡度与抽油机使用天数无必然关系；对于黏度较小的井，如J8-X4、J8-X3和J8-X6在生产层位、抽油机负载率、原油黏度相同或相近的情况下，抽油机井平衡度与抽油机使用天数亦无必然关系。

2.1.5 抽油机类型的影响 由于抽油机井平衡度与抽油机井使用时间并无直接关系，因此可以不用考虑使用天数的影响，统计了不同类型的抽油机井的平衡度，结果见图2。J油田正常生产的皮带机共53口，其中有30口井的平衡度在85%～115%，占总井数的56.6%；正常生产的游梁式抽油机共45口，其中有15口井的平衡度在85%～115%，占总井数的33.3%。

由图2可知，皮带机的平衡度比游梁式抽油机平衡度好，更适合J稠油油田的开发。游梁式抽油机的平衡度的调整是通过增加平衡块的数量或者挪动平衡块在曲柄上的位置实现的，由于平衡块重量大、紧固螺栓腐蚀等原因，平衡的调节比较困难，致使游梁式抽油机平衡状态较差。皮带机采用重力平衡，可靠性高，平衡块化整为零，平衡调整方便，平衡效果好，同时也减轻人工劳动强度。

图2 不同类型抽油机平衡度对比

Fig.2Comparisonbetweenbalancesofdifferentoilpumpingunits

2.2平衡调整前后的变化

2.2.1 有效功率的变化 平衡度调整可以减小电

机功率的均方根值，也就是减少电能与机械能之间的来回转换，从而减少由于能量转换而产生的能耗。

目前统计了J油田J17块部分油井调平衡情况，见表1。其中抽油机有效功率的计算方法见式(1)：

(1)

式中：Pc为电动机有效功率，kW；Q为油井日产液量，m3/d；H为有效扬程，m；ρ为原油密度，kg/m3；g为重力加速度，9.8m/s2；其中，有效扬程H的计算方法为：

式中：Hd为动液面深度，m；po为井口油压，MPa；pt为井口套压，MPa。

表4为平衡调整前后有效功率对比。

表4 平衡调整前后有功功率对比Table 4 Comparison between active power before and after adjusting balance

由表4可以看出，通过抽油机井平衡的调整，抽油机井平衡度变好，日产液量略有增加，抽油机的有效功率增加。

负功率越大表明抽油机平衡情况越差，电机瞬间负载冲击大，电网电压波动大，使抽油机启动困难，运行时损耗增大。同时负功率也给测试带来许多不便，增加了测试误差，使电能平衡测试工作难度增大。J17-P42和J17-P56两口井在平衡调整前存在负功现象，通过改善抽油机井的平衡度，负功现象好转甚至消失[7]。

2.2.2 示功图的变化 跟踪了J17-P53井平衡度调整前后的示功图变化，结果见图3。

图3 平衡度调整前后示功图的变化对比

Fig.3Comparisonofindicatordiagramsbeforeandafteradjustingbalance

J17-P53井调整后平衡度变好，由图3可以看出，抽油机井载荷循环比(载荷循环比为一个冲程内最小载荷与最大载荷的比值)由0.435降至0.361，抽油机运行状况变得平稳，达到了节能的效果。另外，J17-P53井调整后示功图的面积增加，表明泵的充满程度增加，从而提高了该井的泵效[8-9]。

2.2.3 调整前后用电量的变化 表5统计了J17-P51、J17-P53、J17-P42和J17-P56 4口井在调整平衡前、后5 d内用电量的平均值。

表5 抽油机井平衡调整前后用电量的对比Table 5 Comparison of electricity before and after adjusting balance

由表5可以看出，J17-P51、J17-P53、J17-P42和J17-P56 4口井在平衡调整前的平衡度均非常低，调整后除J17-P56井外，其余3口井的平衡度均进入80%～110%，J17-P56井调整后的平衡度虽不在平衡范围内，但是平衡度亦变好很多，4口井的日均电量明显下降，平衡度增加10%～50%，用电量节省11.2～23.2 kW·h，节省电量3.9%～14.2%[10-11]。

2.3平衡率调整周期

2012年12月调整5口井平衡度，统计了该5口油井平衡度调整后平衡度偏差随生产时间的变化关系，结果见图4。

图4 调整平衡度后平衡度偏差随时间的变化

Fig.4Thechangeofbalancewithtimeafteradjusting

由图4可以看出，随着时间的延长，抽油机井平衡度偏差在稳定一段时间后逐渐变大，对于蒸汽吞吐后新转抽的油井，如J17-P50井的平衡度在稳定了6 d后平衡度偏差绝对值大于25%，需要调整平衡度；对于原油黏度较大的井，如J10-23-X6井，在调整平衡度2 d后，平衡度偏差逐渐变大；其他3口油井的平衡度在稳定了10 d以上后逐渐变差，J17-P13井可以在23 d内维持较好的平衡度[12-13]。

新一轮注汽结束后，建议开采1周后开始调节；对于黏度较大的井，由于平衡度稳定时间较短，应当加强平衡度录取频率，增加调整频率，及时调整平衡度；对于生产较稳定，黏度适中的油井，每间隔21～28 d调节1次[14-15]。

3 结论

(1) 蒸汽吞吐转抽后的油井平衡度处于动态变化中，在0～80 d内平衡度较差，在81～240 d内平衡度较好，在大于240 d后平衡度又变得较差。

(2) 抽油机平衡度受地质因素、温度和抽油机类型的影响，但是与抽油机使用天数关系不大。

(3) 调整抽油机井的平衡的调整可以增加油井有效功率，增加泵的充满程度，提高泵效。

(4) 平衡度增加10%～50%，用电量节省11.2～23.2 kW·h，节省电量3.9%～14.2%；随着平衡度差值变大，抽油机井用电量增加。当平衡度为80%～100%时，用电量最低。抽油机处在欠平衡时比过平衡时省电。

(5) 新一轮注汽结束后，建议开采7 d后开始调节，对于黏度较大的井，应当加强平衡度录取频率，增加调整频率；对于生产较稳定，黏度适中的油井，每间隔21～28 d调节1次。

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(编辑 宋官龙)

Balance of Oil Pumping Unit Based on the Field Data of J Oilfield

Lyu Peng1, Xiu Xiaowei2

(1.DongshengGroupCo.Ltd.,ShengliOilfiled,DongyingShandong257000,China; 2.OilExploitationCenter,ShengliOilfiled,DongyingShandong257000,China)

Influencing factors, changes after adjusting balance, cycle of adjusting balance were researched through analyzing field data. The results show that the balance of oil pumping unit is becoming worse with the increase of oil viscosity and decrease of temperature. The balance of oil wells that just turned into pumping from blowing is bad between 0 and 80 days, fine between 81 and 240 days, and bad again longer than 240 days. The balance of oil pumping unit has no connection with service time of oil pumping unit. The balance of belt type pumping unit is better than that of beam pumping unit. The active power, pump efficiency is improved after adjusting the balance. The electricity consumption is saved by 3.9%～14.2%, that is 11.2～23.2 kW·h with balance improved by 10%～50%. The better the balance is, the more electricity is saved. It is suggested to adjust the balance of the wells that just turned into pumping after one week, while, multiply the adjustment frequency for the high viscosity wells, and 3～4 weeks for the low moderate viscosity wells that operates steadily.

Oil pumping unit; Balance; Influencing factors; Electricity consumption

1006-396X(2014)01-0060-06

2013-05-06

：2013-06-14

吕鹏(1987-)，女，硕士，助理工程师，主要从事稠油油田开发的基础工作研究；E-mail：lvpeng0887@163.com。

TE345

： A

10.3969/j.issn.1006-396X.2014.01.012