提高有杆泵系统效率技术的探索与实践

郭绍群

（吉林油田公司油气合作开发公司 吉林松原 138000）

提高有杆泵系统效率技术的探索与实践

郭绍群

（吉林油田公司油气合作开发公司 吉林松原 138000）

在油田开发中机械采油系统效率是关系到油井抽油设备是否能够高效、低耗的完成举升任务。在当前全国能源紧张的前提下，使油井举升在不投入或很少投入的条件下，实现高效举升是机械采油面临的重要任务。本文从机械采油提高系统效率相关因素分析入手，详细地论述了在油井举升过程中，关键参数的评价和优化的方法，为机采系统效率的提高提出了有效的途径。

机械采油是全国陆上油田最主要的采油方式，机采系统效率的高低直接涉及到油田开发的整体效益。目前，油井举升费用已占采油厂操作成本的40%；机采耗电已成为油田的耗能大户。机械采油系统效率的提高，已经是关系到油田今后能否实现低成本发展战略的问题。因此，提高机采系统效率其意义非常重要。本文比较系统地阐述了机采系统效率的评价、优化方法和有针对性采取的措施。通过应用提高有杆泵机械采油系统效率技术，达到有效降低采油成本，实现油田持续高效开发的目的。

1 机械采油系统效率相关因素分析

1.1 系统效率定义

应用机械采油方式是将电能转化为机械能传递给井下液体，从而把井下液体举升到井口。抽油机井的系统效率就是系统所给液体的有效能量(有用功)与系统输入能量（电机输入功率）之比值。即：

式中 P有------ 油井的有用功率，kW；

P入------ 抽油系统电动机输入功率，kW。

1.2 系统效率的分解

有杆泵举升系统效率分为地面效率和井下效率。通常以光杆悬绳器为界分开，悬绳器以上为地面效率；以下为井筒效率。在分析整个系统效率时采取分开分析的方法，可十分准确的进行评价。

1.3 抽油机系统运动规律

抽油机系统运动规律指各节点其位移、速度、加速度等参数在以一个冲次为周期的变化规律，掌握其运动规律能对抽油机系统进行力学分析，进而计算系统的能耗与效率。这也是评价系统效率的重要方面。

1.4 抽油机悬点载荷计算

油井的悬点载荷可以看作一个以曲柄转角为自变量的周期变化函数，一般参考书因没有精确计算悬点的运动规律，所以只提供了最大悬点载荷的经验公式。

对悬点载荷能产生明显影响的因素：杆柱重力、液柱重力、杆柱惯载、振动载荷、摩擦载荷。各项影响因素是不可避免的，在系统效率中是通过设计和优化可以大幅度减少的。

2 机械采油系统效率的评价

系统效率的评价是提高系统效率的首要环节，通过评价可找出影响系统效率提高的主要问题。并针对问题制定有针对性的解决对策。一般系统效率的评价分为单井评价和批量评价。对于重点井、新工艺试验井、措施井要采取单井评价的方法。

2.1 单井评价的方法

单井评价就是通过测得单个油井正常生产时各关键节点电参数和力学参数来进行评价。可参考《机械采油井系统效率测试方法》SY 5266-91。主要参数有：泵挂、泵径、杆柱尺寸、动液面、产液量、悬点载荷、电机功率、功率因数等。通过参数计算出井下效率、地面效率、电机效率等。最终找出影响系统效率的主要因素，并采取相应的措施进行调整。

2.2 批量评价的方法

对于众多的油田采油井，也可采取批量评价的方法来解决系统效率评价的一般问题。批量评价就是将相关评价系统效率静态资料、测试的数据形成相关数据库，通过电脑软件来进行批量快速评价，并通过软件逐步找出影响系统效率的主要因素，并采取相关的措施进行调整，来实现系统效率的高水平管理。

3 提高机采效率的技术方法

机采系统效率的提高是一个复杂的系统工程。涉及方方面面的环节，影响因素也较多。我们的调整从主要影响因素入手注重解决主要矛盾。一般来说在机型一定的情况下影响系统效率的主要矛盾是地面和井下的工作制度。解决好这个矛盾，机采效率会得到较大幅度的提高。

3.1 工作制度的选择和优化

有杆泵井的工作制度是涉及系统效率的主要因素，从满足油井抽吸入手，保证油井的流出和流入曲线相匹配。充分发挥地层的供液潜力，保证较高的生产能力，这是提高机采系统效率的前提条件。

3.1.1 确定合理的油井流入曲线

根据油井的IPR曲线确定合理的流压。合理的流压是充分发挥油井产量的基础条件，也是提高井筒效率的重要因素。通过试井资料、渗流力学、生产数据回归、多层指数合成等诸方法计算出油井采液指数。但在具体的应用中要结合油井井网的分布、压裂造缝的影响等因素，并通过计算机建立井底IPR曲线，为确定合理的工作制度奠定基础。

3.1.2 合理沉没压力的确定

合理的沉没压力是保证深井泵高效工作的重要条件，是提高井筒效率的重要因素，合理的沉没压力主要包括以下三方面的因素：(1)克服自由气和溶解气对泵效的影响;(2)第二、吸入部分（滤网、凡尔等）的阻力影响;(3)抽油管柱伸缩变形对泵效的影响。

自由气对泵效的影响主要是在套管环形空间已经出现油气分离状态，并占据液体的空间使泵效降低。沉没压力越高，占据的空间就越小自由气影响也就越小。溶解气也是随着沉没压力的高低，出现油气分离现象的大小。但是沉没压力过高直接反映为泵挂的加深管杆的增加，管杆弹性变形的增大反而影响综合泵效。因此沉没度的优化是一个很重要的问题。

3.1.3 对抽油参数（泵径、冲程、冲数、泵挂）进行优化

对上述参数的优化要遵循以下原则：（1）要设计每个举升周期中有效举升重量的比例最大；（2）尽量采用较大的冲程，而不是最大的冲程。

对上述参数的优化要建立数学模型对抽油参数进行优化。在优化的过程中应考虑如下因素：（1）减速箱一个冲程周期内平均输出扭矩和减速箱输出轴角速度的乘积最低为目标函数；（2）上述变量的变化对四连杆系统效率的影响、对抽油机内应力的影响；（3）抽油杆柱的振动载荷、惯性载荷、摩檫载荷的影响；（4）上述变量的变化对井下冲程的影响。

下图是扶余采油厂系统效率优化的结果输出画面。

这是一个三维立体图。X、Y代表冲程和冲数，Z代表系统效率，不同的线代表不通的泵径。从计算机优化的三维图形来看，泵径大的系统效率较高。

3.2 井下效率的提高

井下效率的提高也是提高机采系统效率的重要方面，主要有以下几项原则：

（1）保证油井有充足的供液能力。对近井地带有堵塞的井采取解堵的措施；对供液能力差的井采取合理调整注采关系等。

（2）在举升管柱的设计上尽量采用直径较小的高强度油杆，增大有效举升的比例。

（3）减小举升管柱的进液阻力。可采取对工艺管柱进行酸化的方法，清除滤砂器、凡尔通道的无机垢沉积，保证在泵下的防砂工艺液流畅通。

4 结论

提高有杆抽油系统效率是一项崭新的课题，我们就系统效率的评价和优化取得了一些认识，但这是远远不够的。机械采油系统效率的提高是一个任重而道远的工作，需要今后在理论和实践的研究上再做努力，也希望采油战线的技术人员搞好技术交流和技术协作，把这项工作进一步做好。

有杆泵；系统效率；技术