抽油机井合理平衡度界限研究与现场试验

2015-12-20孙艳大庆油田有限责任公司第二采油厂规划设计研究所

石油石化节能 2015年7期

孙艳（大庆油田有限责任公司第二采油厂规划设计研究所）

抽油机井合理平衡度界限研究与现场试验

孙艳（大庆油田有限责任公司第二采油厂规划设计研究所）

结合抽油机井生产实际，开展了抽油机井合理平衡度界限研究及现场试验，确定不同类型抽油机的最佳平衡度值以及合理平衡度区间；并针对供采协调井及供采不协调井分别采取相应的治理措施，通过合理调整举升系统参数，在提高单井平衡度的同时，进一步降低了能耗，为提高抽油机井整体平衡度合格率提供了借鉴。

抽油机平衡度技术管理

目前，油井举升方式主要以抽油机为主，若抽油机运转不平衡，会造成能耗相对增加，平衡度低于70%时与处于合理范围内相比，消耗功率增加20%以上，直接影响抽油机减速箱以及电动机系统效率和使用寿命。通过开展抽油机井合理平衡度研究，加大技术措施实施力度，取得了较好效果。

1 合理平衡度界限研究

抽油机井平衡度是影响整机工况和能耗的重要指标，但平衡度对于抽油机耗电的影响程度还不能定量。为此开展了抽油机井合理平衡度界限研究，指导平衡度调整工作，提高管理认识。

1.1 相同工况下平衡度对抽油机能耗的影响

依据1#抽油机井示功图，模拟不同平衡度下，减速器输出轴净扭矩曲线及对应的有功功率：在平衡状态下，电动机有功功率变化不大；在不平衡状态下，抽油机能耗提高。

以1#抽油机井为例，该井日产液1.5 t，含水21.0%，动液面1352 m；冲程2 m，冲速5 min-1，泵径Φ32 mm，泵挂深度1400 m；抽油机电动机功率22 kW。在平衡度60%、90%、110%、120%时，模拟了输出轴净扭矩曲线，见图1。

图1 不同平衡度的输出轴净扭矩曲线

结合理论研究，在该井进行了平衡度现场调整测试，从理论研究和现场测试结果分析，现场实测有功功率变化趋势与理论计算值趋势基本一致。

1.2 相同工况下抽油机机型对能耗的影响

在相同工况条件下，模拟了不同机型输出轴净扭矩曲线，以2#抽油机井为例，该井日产液5.5 t，含水65.3%，动液面1304 m；冲程3 m，冲速4 min-1，泵径Φ32 mm，泵挂深度1484 m；抽油机电动机功率22 kW。在平衡度95%时，模拟常规抽油机、异相抽油机、双驴头抽油机3种机型输出轴净扭矩曲线，见图2。

图2 不同机型的输出轴净扭矩曲线

理论研究及现场试验表明，抽油机的最佳平衡度区间为95%～100%，合理平衡度区间为85%～105%；双驴头抽油机较常规抽油机、异相抽油机分别节电11.1%、4.2%，节电效果较好，见图3。

图3 2#抽油机井不同平衡度有功功率关系曲线

2 提高抽油机平衡度合格率的措施

影响抽油机平衡的主要因素是悬点载荷与平衡配重位置的变化。在日常生产过程中变化单井液量、地面参数等因素，依据游梁式抽油机平衡扭矩与平衡特性，分析了冲程、冲速变化对单井平衡度的影响，见图4。

图4 冲程、冲速变化对单井平衡度的影响

由两图对比可以看出，冲程调整对单井平衡度影响较大，冲速调整对单井平衡度影响相对较小。结合理论研究及现场试验，针对供采协调井、供采不协调井分别采取相应的技术治理措施。

2.1 供采协调井

1）欠平衡井的技术治理措施。针对平衡块调到外侧仍不平衡的欠平衡井，通过调整地面参数、优化杆柱匹配组合措施进行治理，使平衡块调到头的不平衡井由年初的21口下降到目前的6口井，取得了较好效果。以3#抽油机井为例，该井措施前日产液13.0 t、冲程3.0 m、冲速7 min-1、泵径38 mm，属平衡块无法调整的欠平衡井。2007年4月对该井调整，在确保单井平衡度达到合理区域的同时，有功功率下降1.3 kW，系统效率提高3.7%，具体数据见表1。

2）过平衡井的技术治理措施。针对平衡块调到内侧仍不平衡的过平衡井，结合单井实际，通过预设平衡块的合理位置，依据公式计算出应调平衡块的质量，通过降低平衡块配重，达到治理过平衡井的目的。根据上、下冲程电动机做功相等原理，电动机电流和减速箱曲柄轴扭矩间存在正比例关系，则预先设定平衡块位置R，则W1可以通过公式求出：

表1 3#抽油机井优化前后效果对比

式中：

W1——应调平衡块在预定半径值时的配重，N；

R——预设平衡块半径，m；

S——实测驴头冲程，m；

IU、ID——驴头上、下冲程时最大电流，A；

Pmax、 Pmin——悬点最大、最小载荷，N。

3）举升系统优化技术。为进一步掌握抽油机井不同泵径、不同冲程、冲速匹配条件下，对系统运行状态，主要涉及到单井最大载荷、最小载荷、载荷比、最大扭矩，以及有功功率的影响，进行了抽油机举升系统参数合理匹配研究，供采协调的同时，在单井平衡度提高的条件下，进一步降低单井能耗，改善系统运行工况。

以4#抽油机井为例，该井措施前日产液9.3 t、冲程3.0 m、冲速7 min-1、泵径38 mm，属高冲速生产井。措施后日产液9.0 t、冲程3.0 m、冲速3 min-1、泵径44 mm，调整前后对比，单井平衡度提高2.6个百分点，有功功率下降3.3%，系统效率提高3.0%。针对高冲速生产井，在满足供采协调的条件下，通过优化调整，即作业换大泵降低冲速生产，改善了运行工况。截至目前共优化实施18井次，平均单井日节电24 kWh，平均单井系统效率提高了1.1%。

2.2 供采不协调井

1）地面参数匹配不合理井治理。依据单井模拟结果，地面参数调小后，有功功率下降较大；地面参数调整后，平衡随之变化，应对平衡重新调整，平衡度合格率为50%时较平衡度合格率为95%时有功功率增加4%左右。因此，针对部分井平衡度处于合理区域，但冲程、冲速匹配不合理，在调整地面抽汲参数组合后，及时进行平衡调整提高单井平衡度，在确保最优工况生产的同时，降低单井机采能耗。截至目前共计优化调小地面抽汲参数794井次，平均单井日节电18.1 kWh，平均单井系统效率提高了0.8%，调小参数井年可累计节电473.4×104kWh。

2）泵径偏大井治理。针对目前产液量较低，地面参数无调整余地的供采不协调井，作业中实施换小泵措施，一方面在提高单井泵效的同时，提高了系统效率；另一方面在确保单井在合理平衡度工况运转的同时，最大限度地降低了系统能耗。截至目前共计实施检换小泵89井次，平均单井日节电33.6 kWh，平均单井系统效率提高了1.2%，检换小泵井年可累计节电98.5×104kWh。