不停机间抽技术在K 油田的应用

2024-03-09吴宇滢大庆油田有限责任公司第三采油厂

石油石化节能 2024年2期

吴宇滢（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

近年来，随开发地层能量的不断降低，单井生产能力也不断下降，三低井数量不断增加。受油藏低孔低渗特征及原始压力影响，低产低效油井液面恢复慢，难以始终维持稳定的产量，容易引发抽空现象[1-2]。当地层抽空现象出现后，沉没度趋近于零，供液能力降低，抽油泵泵效无法保证，抽油机拖动抽油杆作低效无效运动，浪费能耗。同时，在泵充满程度差的情况下，液击现象较为显著，抽油杆在下冲程时会产生更大弯曲，杆管偏磨加剧，影响杆管使用寿命[3]。对于低产低效井，油井间抽无疑是最直接也有效的工况调整措施。任传晓[4]在分析了间抽液面变化规律和能耗变化基础上，提出了综合考虑地面处置费用、集输费用、作业费用等因素的间抽经济效益方法；郝伟东[5]以IPR 曲线研究为基础，建立了间抽井动液面深度、能耗以及产量的仿真模型，获得了间抽决策控制图；王文涛[6]结合低渗透油田在开采过程中动液面变化特点，研究了低渗透、超低渗透开采区块油井沉没度及间抽周期变化规律，确定了间抽控制系统方案；张杰[7]对间抽油井的渗流特性和灰色特性进行分析，运用幂模型确定了间抽井合理的开井和关井时间。

K 采油厂不断加大间抽规模并开展间抽制度优化工作。近2 a 累计实施间抽1 022 井次，累计节电673.35×104kWh，间抽措施节电占全年措施节电贡献率为37.20%。但目前采用的采用的间抽制度主要以停8 h抽16 h、停16 h抽8 h、停24 h抽24 h、停4 h抽20 h 等刚性启停周期为主，仍达不到间抽制度的精细化实施要求。为进一步加大措施挖潜力度，提升间抽质量，拟采用不停机间抽技术，实现间抽产量最大化和效益最大化。

1 现状介绍及问题提出

1.1 目前间抽现状

在节能挖潜的大背景下，近年K 油田均加大了节能措施的应用力度。据统计，K 油田有机采井7 000 余口，通过技术和管理措施，已连续2 a 节能超900×104kWh，实现了良好的节能效果。如图1所示，目前，间抽井仍是所有节能措施里最佳的一项节能措施，间抽技术节能量约占年节能总量的1/3，远超其他如节能电动机、节能控制箱、调小参数等措施的节能效果。间抽措施仅需要对工作制度进行调整，节电效果、措施效益明显。

1.2 存在问题和改进方向

间抽井通过间停和间开的交替周期运行，保持地层供液和抽油泵举升之间的平衡，达到节电目的。间抽周期的确定，主要依据静压测试曲线获取的压力数据，确定液面恢复速度。如图2 典型间抽井流压测试曲线，单井液面恢复速度呈先快后慢的特点，说明关井初始阶段地层供液能力强，随后逐渐减弱；而液面下降呈现先快后慢的规律，说明泵抽初始阶段泵效高，处于高效抽汲的状态，随着流压降低泵效下降，液面下降速度逐渐变慢。

图2 典型间抽井流压测试曲线Fig.2 Test curve of flow pressure for typical interval pumping well

为了便于执行，对于单井间抽，现场通常采取长停机时间，长启抽时间的间抽制度，俗称整停整启。这种制度下，对于低产间抽井来说，往往随抽油时间的延长，泵效衰减明显[8]，导致间抽的产量明显小于连抽的产量，即以牺牲部分产量为代价，换取节电效果。

考虑在液面恢复初期恢复速度快，液面能在短时间内恢复到较合理的高度，从而在启抽后短时间内获得较高泵效，从而可以得到理想产量。因此，考虑采用零停零启的间抽制度为间抽井优化改进方向，在该间抽制度下，启停机时间缩短，充分利用停抽初期液面快速恢复和启抽初期高泵效的特点，使抽油机一直维持高水平生产。

2 不停机间抽技术

不停机间抽技术将时钟和间摆功能进行了整合，通过控制间抽启停时间和摆动幅度参数控制油井运行[9-11]，能够满足“高频次、短周期”的运行方式需求，保持动液面小幅度波动，降低了产量影响，同时解放了劳动力，保障间抽措施高效实施。

2.1 不停机间抽技术原理

不停机间抽技术通过抽油机底座上传感器，检测、分辨出抽油机悬点位于上冲程或下冲程，识别间抽信号、冲次、电流平衡度及功率平衡度信号，计算确定区别摆动幅度，达到“停泵不停井”的目的。

2.1.1 光杆行程的确定

抽油机驴头上下行的初始，由于液柱载荷交替作用于柱塞和油管，产生λ的冲程损失，λ=λr+λt（λr、λt分别表示抽油杆和油管的伸长或缩短长度），多级抽油杆的冲程损失λ可根据式（1）计算。只有当悬点行程SA大于冲程损失λ，柱塞才开始移动。考虑实际工况泵漏失很难避免，这将使得实际λ小于理论λ，同时考虑公式计算误差和尽量减小光杆行程以便实现节能，将摆动时悬点行程SA设计为理论λ的50%。

式中：λ为冲程损失，m；fp为柱塞截面积，m2；ρl为液体密度，kg/m3；Lf为动液面深度，m；g为重力系数，9.8 N/kg；E为钢的弹性模数，2.06×1011Pa；L为抽油杆柱总长度，m；ft为油管金属截面积，m2；m为抽油杆柱级数；Li为第i级抽油杆长度，m；fri为第i级抽油杆截面积，m2。

2.1.2 摆动角度的确定

把B点绕游梁支点的弧线运动近似地看做直线运动，可将曲柄连杆运动简化为曲柄滑块运动，见图3。此时，a点位移可根据式（2）算得。

图3 曲柄滑块运动简图Fig.3 Schematic diagram of crank slider movement

式中：SA为悬点行程，m；a、b为游梁前臂和后臂长度，m；r为曲柄长度，m；ϕ为曲柄转角，rad；k为曲柄与连杆长度比，。

当曲柄由任意位置1 运动到位置2 时，曲柄角度由ϕ1转到ϕ2，|ϕ1-ϕ2|即为摆动角度。由SA=|SA1-SA2|≤0.5λ，在λ、ϕ1、r、l、a、b等均已知的情况下，即可得到ϕ2值，从而得到摆动角度。

2.2 不停机间抽制度优化

通过分析不同产液级别井液面恢复速度和泵效变化规律，按照间抽产量与连抽产量相等为原则，如公式（3），计算对应的不停机间抽制度下的间停、间抽时长，从而获得不同采油参数下的的间抽制度。

式中：Q0、Q1为连抽和间抽时的抽油泵理论排量，m3/d；η0、η1为连抽和间抽时的抽油泵泵效；T0为连抽时长，d；t1为间抽井启抽时长，d。

Q0、η0、T0为连抽时参数，根据生产日报获取；Q1为间抽生产时的理论排量，为了缩短启抽时长，以便更快的采油，增加产量，考虑将不停机间抽时抽油泵的理论排量适度调大，为了保证抽吸稳定，冲次调大0.5～2 次/min 为宜。η1为间抽井启抽时抽油泵的泵效，该泵效测算时，利用各产液级别下沉没度与泵效关系回归曲线得出，由于抽汲液面会发生变化，对应的泵效也会发生变化，因此测算时取平均值，典型沉没度与泵效回归关系曲线见图4。在上述参数已知情况下，即可得出间抽井启抽时长t1。

图4 沉没度与泵效回归关系曲线Fig.4 Fitting curve between submergence and pump efficiency

对于停抽时间，在连抽液面基础上，设计一个液面波动幅度，为保证液面恢复速度，一般为上下±10 m，则液面恢复高度即为20 m，根据式（4）计算对应的停抽时间。

式中：t2为停抽时长，h；q为连抽日产液量，m3/d；k为100 m 油套环空液柱的体积，取0.8 m3。

3 现场应用

K 油田在X1井进行了不停机间抽技术现场试验，通过低压测试持续跟踪X1油井沉没度变化规律，将沉没度折算为流压，数据见图5；利用连续量油装置持续跟踪油井产量，利用数字化监测技术跟踪能耗变化，监测数据见表1。由表1 可知，连抽过程中液面稳定，流压保持在2.5～2.6 MPa；执行停6 h 抽18 h 间抽制度，液面恢复161 m，波动幅度较大，影响产量；经研究决定，将原整停整启的间抽制度改为不停机的零停零启间抽制度，间抽制度按停0.5 h 抽1 h 执行，同时将冲次调大0.5 次/min，间抽过程中液面保持在连抽液面以下，产量略有增加，节电量低于人工间抽。