超长冲程抽油机在低渗透油田的应用评价
2021-05-11杜向前罗聪英呼苏娟
赵 春，姚 洋，杜向前，赵 勇，梁 毅，辛 宏，雷 雨，张 磊，魏 韦，罗聪英，张 岩，呼苏娟
（1.中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院，陕西西安 710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710018；3.中国石油长庆油田分公司第三采油厂，宁夏银川 750006；4.中国石油长庆油田分公司陇东指挥部，甘肃西峰 745000）
长庆新建产储层主要是低渗透油藏和超低渗透油藏，以及页岩油，普遍采用丛式井组定向井开发，华庆超低渗透油田采用抽油机生产，平均日产液3.7 m3，系统效率19.8%，吨液举升耗电45.6 kW·h，低产液井应用常规抽油机采油系统效率低、能耗高、井筒偏磨严重，由于偏磨造成的油井维护性作业超过总油井作业工作量的1/3，逐步成为制约油田提质增效的瓶颈性问题。2011年以前投产油井抽油机机型偏大，七型以上机型超过一半，平均负载率50%左右，也是制约机采效率提升的一大难点。
柔性光杆超长冲程抽油机是近年来新兴的一种举升技术[1，2]，其结构与工作方式与传统游梁式抽油机相比有较大区别，在国内其他油田应用中发现，该抽油机具有举升效率高、节能降耗明显、系统稳定性高等技术优势[3，4]。
1 超长冲程抽油机技术原理
超长冲程采油系统是由长冲程智能抽油机、智能变频控制柜、柔性光杆、专用盘根盒、抽油杆杆柱、长冲程管式抽油泵等组成的成套采油设备[2，3]。
技术参数（见表1）：悬点最大载荷：60～240 kN；冲次：1～8 h-1；冲程：20～50 m；日产液量：0.5～24 t。
长冲程抽油泵技术工艺原理[5，6]，采用多级泵筒连接，泵体通过5根或多根10 m的泵相互串联形成，泵筒采用特殊工艺处理，耐磨和抗腐蚀性（见表2）。
表1 长冲程抽油泵参数列表
表2 长冲程抽油泵性能特点
2 超长冲程抽油机在低渗透油田的应用
建立超长冲程抽油机的运动学理论分析模型，对抽油机的悬点运动进行分析，计算出抽油机任意时刻的悬点加速度、速度，为优化设计提供基础，超长冲程抽油机的运动模型（见图1）。
图1 超长冲程抽油机的运动模型
根据电动机的启动特点，设定电动机的加速度模式为余弦曲线，故本抽油机悬点载荷的变化过程随着电动机加速度变化而变化，具体加速度变化曲线（见图2）。
令：t1=m0t2，则有：
式中：ts-运行一个冲次需要的时间；m0-变速与匀速的比例常数；t1-变速时间；t2-匀速时间。
图2 加速度变化曲线
2.1 计算悬点的加速度at
式中：K-最大加速度；ω-角速度；t1-变速时间；t2-匀速时间；V-速度；C-积分常数。
2.2 计算悬点最大加速度
式中：S1-悬点进行变速的行程；S2-悬点进行匀速运动的行程；2S-运行一个冲次的行程。
求得悬点加速度：
悬点速度：
计算结果揭示了该抽油机运动特性：加速度只是在启动和换向时才出现，且时间很短，其他时间加速度为零，说明抽油机运转平稳，动载荷大幅降低。
2.3 计算悬点的速度Vt
现将悬点在不同时间段的速度和加速度分述如下：
图3 超长冲程抽油机悬点速度曲线
表3 试验前后数据对比
表4 试验效果对比
表5 经济性对比估算表
从上述计算结果（见图3）可以看出，速度只是在启动和换向时才有变化，其他大部分时间速度不变，由此可见，该抽油机运转平衡，可大幅提高抽油泵的吸入效率，从而可提高抽油机的系统效率。
3 现场试验
在华庆超低渗透油田白505新区选取2口低产油井开展先导性试验。分别采用Φ44 mm/Φ38 mm超长冲程抽油泵、Φ25 mm柔性光杆58.4 m及Φ22 mm与Φ19 mm HY级抽油杆杆柱组合，以及超长冲程抽油机8型和10型机，试验前后基础数据（见表3）。
从对比数据看，2口井试验井在保持稳定的情况下，日均节电26.5 kW·h，吨液单耗降低了43.0%，泵效提升55.4%，试验效果对比（见表4）。
对试验前后的两种抽油机进行经济效益分析：单井总投入=抽油机价格+安装配套费用+抽油机维护费用+生产耗电费用
以抽油机使用期限10年为准，经计算得出，柔性光杆超长冲程抽油机虽然初期投资比普通游梁抽油机高出19万元，但由于其每年能节约检泵及能耗费用4.37万元，10年总投入可降低20.2万元，经济效益较为可观（见表5）。
4 主要认识及建议
（1）与常规游梁式抽油机相比，超长冲程抽油机采油技术在提高泵效、提高系统效率方面具有显著优势，尤其适用于超低渗透低液量油井提效。
（2）超长冲程抽油机智能采油技术在超低渗透油田首次真正实现“长冲程、低冲次”采油模式，冲程50 m、冲次1～8 h-1，改变传统七型抽油机最大冲程3 m、最低冲次2.5 min-1。
（3）通过应用超长冲程抽油机采油技术，2口试验井的产液单耗降低超过43%，技术经济性较好，可扩大试验规模。
