抽油机井参数调整的技术应用

2017-08-09张忠杰大庆油田技术监督中心

石油石化节能 2017年7期

张忠杰（大庆油田技术监督中心）

抽油机井参数调整的技术应用

张忠杰（大庆油田技术监督中心）

随着油田开采程度的加深，尤其针对抽油机井参数调整变化频繁的特点，采用边际成本、盈亏平衡原理以及石油工程相结合的方法，分析研究得出：抽油机参数调大油井，在不同油价、不同投入产出比下有效期内累计增油经济开采界限；参数调小井，在不同油价下有效期内累计降油经济开采界限；以及改捞油井，在不同油价下的临界经济产量。通过相应的调参措施，取得较好的经济效益。最终达到降低生产成本、提高投入产出比的目的，为油田经济开采提供了有效依据。

抽油机井；参数调整；边际成本；盈亏平衡原理；经济界限

DOI：10.3969/j.issn.2095-1493.2017.07.006

1 技术经济界限确定的基本原理

原油成本分为固定成本和可变成本。固定成本是在一定时期内，某范围内随油井的产油量（或产液量）变动而相对保持不变的成本项目。可变成本是在一定时期内，随油井的产油量（或产液量）的变动而变动的成本项目[1]。

每增产一个单位产品而使可变成本或总成本增加的数值，称为边际成本[2]。开始时，边际成本随产量扩大而递减，但产量扩大到一定程度，因收益递减规律作用而转为递增，这个转折点的边际成本为极限值，在此极限值产品成本与售价相等，无经济开采价值[3]。

边际成本包括增产单位原油变动成本和生产单位原油所需费用。公式为

式中：Mc——平均边际成本，元/t；

ΔCv——变动成本，元；

ΔQ——有效期内累积增油量，t；

Cm——作业费用及有效期内分摊的设备费，元/t；

a——原油商品率，%。

边际收益是指扣除税金后的油价，计算公式为

式中：Ms——吨油边际收益，元/t；

P——油价，元/t；

Tr——税金，元/t。

由盈亏平衡原理可知，当抽油机井在调整参数后有效期内的平均边际成本与扣除税后的油价之比等于投入产出比时，所对应的最低累计增油量即为参数调整增油量的经济界限[4]，即

式中：R——投入产出比。

由此可得参数调整后的累计增油量的界限为

在进行调整方案设计或决策时，需根据累计增油界限公式计算增油界限为依据进行调整。调整参数增大油井，预测的增油量需大于ΔQmin界限，才可以实施方案；若单井日产出量等于或小于日操作成本情况下，参数可以降低，预测的降油量需小于ΔQmax界限，才可以实施方案；参数无法降低井，无其它措施情况下，可以改捞油方式生产，当日产量低于计算临界产量时，才可以实施方案。

2 经济界限值在抽油机井参数调整中的应用

2.1 调整的计算方法

油田生产中抽油机井参数调整，主要包括冲程、冲速和泵径3个项目，调整冲程和冲速2个项目，主要影响参数调整工作量费用和调整后耗电费用；而调整泵径主要影响作业费用和耗电费用。参数调整工作量费用和换泵作业费用按关联交易价格计算；计算耗电费用主要考虑电动机消耗功率的变化导致耗电量的变化带来的费用，为了预测项目经费，选择调整前测量电动机耗电和计算调整后电动机功率折算耗电的办法，预算耗电增长或降低费用。其中，计算电动机功率应用功率和曲柄扭矩关系公式[5]：

式中：P——电动机功率，kW；

Me——曲柄轴等值扭矩，N·m；

n——冲速，min-1；

η——传动效率。

其中，曲柄轴等值扭矩为式中：Mmax为曲柄轴最大扭矩，N·m；k为不同方法确定的比例系数，简谐模型k=0.707；回归分析结果k=0.54；根据理论分析和实际资料的计算结果，并考虑到不平衡等因素，取k=0.6[6]。

其中，计算曲柄轴最大扭矩利用前苏联拉玛扎诺夫的经验公式：

式中：s——冲程，m；

Wmax——悬点最大载荷，N；

Wmin——悬点最小载荷，N。根据以上公式可知电动机功率为

其中，悬点的最大和最小载荷为（忽略惯性和摩擦载荷）：

式中：ρs——抽油杆密度，7850 kg/m3；

ρl——抽汲液密度，kg/m3；

Ar——抽油杆截面积，m2；

Ap——活塞截面积，m2；

L——抽油杆柱长度，m。

应用测量电动机单根电缆耗电计算电动机功率为

式中：P测——电动机功率，kW；

K——单耗电量，kWh/min。

应用公式（8）将调整前与调整后电动机功率相比：

其中，调整前电动机效率应与测量电动机功率近似相等，因此调后电动机功率为

根据公式（13）即可计算出调整后功率，应用调整前与调整后功率之差即可计算调整前后日耗电消耗情况。应用边际成本计算有效期内，市场油价下的累计调整界限。同时，根据理论排量、泵效和动液面等参数预测有效期内累计产油情况，即可判断方案是否可行。

2.2 抽油机井的参数调大增油界限

2.2.1 调整冲程的增油界限

油田采油工程推行“大冲程、小冲速”的参数设置，以便防止偏磨、抽油杆疲劳损失。因此在参数调大的选择中，调整冲程是首选项。

以1#井为例，调整前日产液11 t，含水15%，动液面711m，消耗功率9.2 kW。计划冲程由3.6m调整到5m，按商品率为95%、税率为14.5%、进行计算不同原油价格下增油界限。计算后得到1#井此次调整在不同投入产出比下累计增油下限与油价关系（图1）。该井油价每吨在1700～2500元时，投入产出比为1时累计增油下限为0.23～0.13 t。该井调整前后理论排量应由39.4m3/d上升到54.7m3/d，若调整前后泵效基本保持不变，含水稳定15%，日增油4.9 t。通过计算，该井适合调整，调整后该井日增油0.7 t，有效期内增油42 t，达到投入产出比在1∶2.5，取得了较好的效果。

图1 1#井增油下限与油价关系

2.2.2调整冲速的增油界限

为了降低井底流压，发挥地层供液能力，达到更好增油效果，增大冲速是增加理论排量最直接、最有效的办法。在冲程达到上限的情况下，调整冲速是最为合理的选择。

调整2#井，冲速由4min-1上调到6min-1，绘制不同油价、不同投入产出比情况下的增油图（图2）。从图中可以看出在油价每吨在1700～2500元时，增油下限为0.48～0.28 t。执行方案后，该井日增油0.6 t，有效期内增油达到54 t，投入产出比达到1∶1.25，取得了较好的效果。

图2 2#井增油下限与油价关系

2.2.3 调整泵径的增油界限

为了充分调动抽油机井潜力，在冲程、冲速无法调整的情况下，更换泵径是提高油井排量的有效做法。目前现场一般随作业更换泵径以便达到增油目的。

调整3#井泵径由38mm上调到44mm，绘制该井不同油价、不同投入产出比情况下的增油下限图（图3）。从图中可以看出在油价每吨在1700～2500元时，增油下限为1.09～0.64 t。该井预计有效期内增油38.4 t，达到增油下限。执行方案后，该井有效期内日增油4.2 t，累计增油达到542 t，投入产出比达到1∶5.1，取得较好的经济效益。

图3 3#井增油下限与油价关系

2.3 抽油机井的参数调小降油界限

单井日产出量等于或小于日操作成本情况下，可以通过降低参数降低日操作成本，计算采油井降低参数的降油界限，同时预测降油量，当降油量小于降油界限时，才可以实施方案；参数无法降低，无其它措施情况下，可以改捞油，当日产量低于计算临界产量时，才可以实施方案。

当抽油机井调整参数后有效期内的平均边际成本等于扣除税收后的油价时，所对应的最大降油量为参数调整降油量的经济界限：

应用以上原理分别计算了调整冲程、冲速和泵径的3口井在不同油价情况下的降油下限（图4）。

图4 不同油价下的降油界限

从图中可以看出调整的4#井冲速8min-1下调到4min-1的有效期内日降油界限为0.2 t，实际调整后该井有效期内日降油0.1 t，日节约费用130元，取得了一定的效果；5#井冲程油3m下调到2m，有效期内的日降油界限为0.3 t，该井调整后日产油量保持不变，日节约费用110.8元；6#井将泵径38mm下调到32mm，日降油界限为0.6 t，该井随作业更换泵径，不计算检泵费用，该井换小泵后，井底流压达到合理值，日产油上升了0.1 t，同时该井日节约费用96元，取得了较好的效果。

2.4 改捞油井的临界产量

当边际收益抵偿不了操作成本情况下，继续生产将亏本，说明此时的产量就是油井改捞油的临界产量。如下公式：