低效抽油机井治理措施

陈伟平 闫静 张庆生 张博铭（大庆油田有限责任公司第二采油厂）

据统计，萨南油田低产低效抽油机井有1210口，占抽油机井总井数的18.5%，平均系统效率仅为13.4%，低于平均水平16个百分点，如何实现低产井高效举升，对于油田难采储量有效开发意义重大。通过对抽油机各系统的能耗状况分析，从管理的范畴，以系统效率作为管理目标使抽油机井的科学管理达到更高的境界。通过实施该治理措施可以实现用有限的投入来产出最大的效益。

1 抽油机井系统效率分析

1.1 系统效率理论计算

抽油机井系统的效率分为两部分[1]，即地面效率和井下效率。以光杆悬绳器为界，悬绳器以上的机械传动效率和电动机运行效率的乘积为地面效率，悬绳器以下到抽油泵为井下效率，即

式中：η地面为地面效率，%；P光为光杆功率，kW；P入为电动机功率，kW；η井下为井下效率，%；P水为举升液体所需功率，kW。

1.2 系统效率低效

通过系统效率理论，应用系统工程原理，把抽油机井生产系统分成3个管理区，11个子系统。借鉴抽油机井的理论分析结果，统计近5年2万口抽油机井各子系统对系统效率的影响；通过计算得出相应系统效率占比，对影响各子系统效率的因素进行分析，给出相应对策（表1）。

通过理论计算各个子系统对系统效率影响系数以及查阅相关资料，得出配电管理区对系统能耗影响占比27.5%，主机管理区对系统能耗占比28.5%，井下运行参数管理区对系统能耗占比44%。

其中各个管理区块中，对系统效率影响较大的有配电箱、电动机、平衡、泵径及供排关系的调整，合计对系统效率占比92.6%。

2 低效抽油机井原因分析及治理

2.1 配电管理区分析

配电管理区中主要节点是节能电动机及节能配电箱。抽油机拖动装置的设计是依据满足抽油机曲柄旋转扭矩[2]的要求来设计电动机。

1）均方根扭矩的计算方法。依据净扭矩曲线计算其均方根扭矩，即

式中： Te为均方根扭矩，kN·m；N为等分区间数；Tni为瞬时扭矩值，kN·m；i为时间，s。

例如：CYJY10-3-37HB的抽油机，其减速箱额定扭矩（曲柄最大均方根扭矩）为37 kN·m。

表1 抽油井能耗管理区分解及分析

表2 电动机调整后结果

2）电动机扭矩的计算方法表示如下：

式中：M为电动机扭矩，N·m；P为电动机功率，kW；nd为电动机名牌转速，r/min。

3）抽油机额定（实际）扭矩折算成所需电动机扭矩的计算方法表示如下：

式中：Md为抽油机额定（实际）扭矩折算成所需电动机扭矩，N·m；d为电动机皮带轮直径，mm；D为减速器大轮直径，mm；k为减速器总传动比（CYJ10-3-37HB， k=28）； n为抽油机冲速，min-1。

以上公式中只需满足式（2）大于式（3）即M＞Md，就可保证电动机与抽油机在最佳合理匹配状态下运行。

通过与采油队结合，选取匹配不合理井24口；通过实施电动机对调，平均单井系统效率提高1.4个百分点以上。

以2口井为例，从运行情况上看，2口井的消耗功率都有所降低，系统效率有了一定的提高，其平均有功节电率达到了15.87%，取得了预期的效果（表2）。

2.2 抽油机主机管理区分析

抽油机主机管理区中影响系统效率较大的是平衡调整，平衡率[3]直接体现出电动机的工作状态。当抽油机不平衡时会引起电动机负荷不均匀，造成功率浪费，降低系统效率。对平衡率在70%～110%之间的4678口抽油机井的电流进行分级并对系统效率进行统计，绘制出抽油机平衡率与系统效率的关系曲线（图1）。

图1 系统效率与平衡率关系曲线

统计数据显示电流比在84%～99%为最佳合理平衡率范围（表3）。

平衡率过低或过高都将影响系统效率水平，统计分析抽油机平衡率低于83%时，系统效率低于合理区3.3个百分点；平衡率大于100%时，系统效率低于合理区3.3个百分点。

在现场试验中，通过电流法测试调整了25口井。当电流法调整到合理区后，进行功率法验证，确定了电流平衡率的合理区间为85%～95%。

2.3 井下运行参数管理区分析

抽油机井下运行参数管理区中，供排关系管理影响系统效率占比33.4%，可控空间非常大。通过系统效率计算公式可以看出，影响系统效率最大的参数即为动液面，但液面越高，系统效率是否越好呢？现场通过流压控制试验证明，流压即液面也有最佳合理区间。

2.3.1 合理流压

统计流压范围在0.5～11 MPa之间的4957口抽油机井的系统效率值得出系统效率与流压的关系曲线（图2。）

图2 系统效率与流压关系曲线

由表5可知，当流压低于2.5 MPa时，系统效率平均值为28.5，低于全场指标1.5个百分点；当流压在2.5～7 MPa之间时，系统效率平均值为31.6，高于全场指标1.6个百分点；当流压大于7.5 MPa时，系统效率平均值为26.9，低于全场指标3.1个百分点。因此，抽油机井系统效率的最佳流压值[4]应在2.5～7 MPa之间。

表5 系统效率与流压关系

2.3.2 供排关系

抽油泵单日理论排量计算公式为

式中：Q——理论排量，m3；

D——泵径，mm；

S——冲程，m；

n——冲速，min-1。

由公式（4）可知，在泵径一定的条件下，抽油机的理论排量与冲程、冲速的乘积( )Sn成正比的关系。

统计不同泵径的系统效率与Sn的关系并绘制曲线（图3）。

表6 低效抽油机井调整措施前后对照

从图3可以看出，ϕ44、ϕ57、ϕ70、ϕ83 mm的抽油泵对应的Sn最佳值分别为23、21、19、18；随着泵径的增加，Sn的最佳值逐渐减小，因此得出：对于ϕ57 mm及以下泵径偏小的抽油机在冲速高的情况下系统效率值高，对于ϕ70 mm及以上泵径偏大的抽油机在采取高冲程、低冲速的运行参数下系统效率值高。

2.4 低效抽油机井治理

在低效抽油机井数据分析的基础上，对低系统效率、高能耗井通过节能技术组合应用分析，优化电动机拖动组合设备；采取针对性的管理措施，加大设备和生产运行参数优化调整力度，抽油机井能耗与系统效率指标均有大幅改善（表6）。

3 结论

1）通过对抽油机井系统效率理论分析、生产数据数理统计及现场试验，科学合理地确定了抽油机系统调整措施的最佳匹配区间，对抽油机井日常生产节能具有指导性的意义。

2）目前低产低效抽油机井有1210口，占抽油机井总井数的18.5%，平均系统效率仅为13.4%，若能够对这些低效井进行治理，抽油机井平均系统效率将提高3.07%，日节电71.6 kWh，具有广泛的经济效益和推广前景。

3）更换节能设备对抽油机井能耗的降低及系统效率的提升具有显著的效果，建议在成本可控的情况下，继续加大节能产品的使用力度，降低油田生产成本。

[1]王鸿勋.采油工艺原理[M].北京：石油工业出版社，1982：2-16.

[2]陈碧秀.实用中小电机手册[M].上海：上海科学技术出版社，1986：13-35.

[3]成大先.机械设计手册[M].4版.北京：化学工业出版社，2002：45-78.

[4]王洪勋，张琪.采油工艺原理[M].2版.北京：石油工业出版社，1989：56-61.

沙漠绿岛石西油田