油井系统效率评价及优化决策

孙振华 陈芳 辛辉

摘 要：据油田生产用电统计，原油生产（采油、注水、集输）用电总量占油田总用电量的78%，抽油机井系统效率较低导致能耗费用在采油成本中占有较大比例。抽油机有杆泵采油系统具有结构简单、装置耐用、可靠性强、技术成熟的优点，约有92%的油井均采用这种方式生产。近年来，提高抽油机井系统效率已成为油田节能降耗、降低生产成本、提高经济效益的一个重要工作。抽油机井的系统效率存在理论最大值和实际最大值。 系统效率实现率可以反映抽油机井系统效率的管理水平。对于准确评价抽油机井系统效率，发挥系统最大的潜能，为指导提高系统效率工作提供了有效途径。

关键词：机械采油;系统效率;评价系统;提升潜力

油田目前有油井多采用机械采油方式。如果油田能将抽油机井系统效率提高10%，不仅可以降低油田的开发成本，还可以缓解当前电力紧张局面。对比分析不同时期系统效率指标，发现仅以绝对系统效率值作为考核指标，由于没有同一比较基准，不能准确反映机采系统投入与产出的关系。通过理论分析、实测计算表明，非均质油田抽油机井系统效率存在最大值。采用系统效率实现率指标，能够在同一基准上评价系统效率管理工作，并量化抽油机井系统效率提升潜力，完善机采系统节能降耗考核指标。

1 问题的提出

油田每年建立节能示范区，以促进油田系统效率提高、降低能耗。为更好地促进系统效率的提升，油田把系统效率作为考核指标进行管理。若仅以系统效率值作为考核指标，从系统效率值上不能反映所做工作的效果。虽然每年油田投入了大量的人力、物力，经过了种种努力进行系统效率优化，但从每年的系统效率值上看这些努力和投入好象是白白浪费。

由此表明，仅用系统效率值来评判1口井、或1个区块、或1个油田的系统效率管理工作，由于判断的基准不一致，导致统计的系统效率值不能充分说明问题，也不能体现1个区块、或1个油田的管理水平;并且也不能明确选取井类，采取有针对性的、提高系统效率的措施，以取得较好的效果。

2 系统效率评价指标选取

2.1系统效率定义

目前，对于抽油机井系统效率的定义多采用抽油机在提液过程中其有效功与系统输入能量的比值，即抽油机工作时将液体举升到地面耗能与电动机耗能的比值，即

由系统效率定义可知，在完成一定的生产目标的前提下，提高系统效率就是要减小系统无效做功、降低系统输入功率或者提高系统的有效功率。对于某一口抽油机井，由于摩擦的存在，在机械机构中必然存在能量损失，因此系统输入功率不可能无限制地降低，因而系统效率也不可能无限制地提高，其必然有一个最大值ηmax。同时，对于一定的地层条件，根据油井流入与流出动态研究，产量与举升高度之间存在一定的关系，因此油井的产量不可能无限制地提高，必然存在一个产量与举升高度的最佳组合。当产量、有效举升高度及液体的密度一定时，该井的有用功则是确定的，故系统效率同样也不可能无限制地提高，其必然有一个最大值ηmax。

2.2 系统效率评价指标

系统效率最大值是存在的，可以通过把抽油机井当前系统效率值与其最大值进行对比，形成一个统一的基准，纵向对比一个油田的系统效率，或者横向对比多个油田的系统效率，就能进行有效的分析，得到一致的结论，从而真实地反映不同油井的能耗状况和管理水平。本文利用系统效率最大值，通过抽油机井目前设备条件下的系统效率与其所能达到的最大系统效率ηmax比值来评价和对比系统效率工作，并把这个比值命名为系统效率实现率R，即

系统效率实现率可以用来评价抽油机井系统效率提升的潜力、节能的幅度，并可体现出各井在系统效率方面所做的工作的大小，系统效率管理水平的高低。

3 系统效率评价指标的计算

3.1 有效功率

某油藏岩石颗粒细小，储层孔喉细微，物性差，储层微裂缝发育，原始地层压力低，压力系数0.65～0.75，地饱压差2.94～6.38MPa。从非均质油田油井IPR曲线（如图1）及生产实践表明：非均质油藏的渗流特征在井底流压低于饱和压力时，油井产液量并非总是随着生产压差增大而上升，当井底流压降低到某一界限后，再降低井底流压（增大生产压差），其产液量不再继续上升，而是转为下降，说明非均质油田的油井产量不可能无限增大，存在一个最大的合理产量点Qmax，由抽油机井有效功率计算得到有效功率极大值Pemax。

3.2 输入功率

郑海金等人把抽油机井系统的各种损失功率划分为地面损失功率Pu、黏滞损失功率Pr、滑动损失功率Pk。则抽油机井输入功率为：

K为泵常数，m2/d;ηp 为泵效，%;Pd 为电机空载功率，kW;Fu 为光杆在上冲程中的平均载荷，kN;Fd 这光杆在下冲程中的平均载荷，kN;k1为传输功率的传导系数;k2 为光杆功率的传导系数。通过现场实际测试抽油机井当前系统效率值η，和通过式计算该井的系统效率最大值ηmax，把这数据代入可以得出该井的系统效率实现率。

4 优化实例分析

油田单井系统效率实现率计算可以看出：距其理论系统效率最大值差距最大，则其系统效率提升的潜力较大，可以通过流入动态研究，对其工作参数进行优化，使其达到一个较为合理的状态。通过采取优化调整措施，系统效率均有不同程度的提高，措施调整后实现率较高，进一步进行优化调整提高系统效率的空间在理论上可行，在实际中则由于现场条件所限，已很难进一步提高。

增大系统效率的方法可以从两个方面进行考虑，一是将有效功率增大，二是将无用功率减小。（1）上提泵挂，降低载荷.根据机采测试结果，油田在产井中沉没度大于300米的井开展了优化设计。（2）优化抽汲参数，提高泵效。通过采用小泵径、合理冲程、低冲次等措施，提高泵效，减小悬点载荷及扭矩，在保证产量不降的前提下减少能耗。根据机采测试结果，现场对抽汲参数过大的井合理安排優化参数，将Φ44mm管式泵更换为Φ38mm管式泵，冲次下调到2次/min，共实施18井次。（3）实施间开制度，保证供采平衡。油田有很多的低产低效的油井存在。这些井低产、低效、供液不足、沉没度较低，电机的无功消耗非常大，而且工作参数较小，无加深余地的油井，结合液面、功图等资料，对15口井采取油井间开的实施，减小开井的时间，缩减无功作业，降低油井能耗。（4）抽油机合理选型。作为机采井的主要设备，抽油机一旦选定后，一般后期不会更换，因此，方案设计过程中，结合油藏配产和油田采油工艺现状，选择合适的抽油机型号是至关重要的。同时，做好抽油机维护保养，定期进行抽油机维护保养。抽油机平衡度在80%-110%之间。

参考文献：

[1]优化抽油机井系统设计技术的应用与展望[J]. 郭吉民，张胜利，郭磊，谢巍，曾令兵，刘凤彩.石油钻采工艺. 2016（S1）