王立臣劉洪俊 李昌紅 熊躍武 郭佰人

1大慶油田采油九廠2大慶油田采油八廠3大慶油田采油一廠4大慶油田采油五廠5方興油田

新型抽油機選型技術(shù)

王立臣1劉洪俊2李昌紅3熊躍武4郭佰人5

1大慶油田采油九廠2大慶油田采油八廠3大慶油田采油一廠4大慶油田采油五廠5方興油田

大慶外圍低滲透油田由于儲量豐度低、滲透率低、產(chǎn)量低，產(chǎn)液變化規(guī)律不同于常規(guī)油田，為此，開展了低滲透油田新型抽油機選型技術(shù)研究。低滲透油田開發(fā)過程中，產(chǎn)液量不增加或增加幅度較小。抽油機井初期最大載荷利用率、扭矩利用率可按滿載設(shè)計，即：Pmax≤0.95[P]，Mmax≤0.90[M]。通過這種方法選擇的抽油機，初期能充分發(fā)揮機采設(shè)備的抽汲能力，油田開發(fā)后期也不會滿載。應(yīng)用新型低滲透油田抽油機井選型方法，為低滲透油田降投資、節(jié)成本、增效益提供了有效的新途徑。

裝機功率；系統(tǒng)效率；產(chǎn)液變化規(guī)律；抽油機選型

大慶外圍低滲透油田由于儲量豐度低、滲透率低、產(chǎn)量低，產(chǎn)液變化規(guī)律不同于常規(guī)油田，按照常規(guī)方法選配抽油設(shè)備，造成載荷利用率低，系統(tǒng)效率低，電機功率利用率低，導(dǎo)致投資高、能耗高，影響油田開發(fā)效益，制約了低滲透油田開發(fā)。為此，開展了低滲透油田新型抽油機選型技術(shù)研究，為低滲透油田降投資、節(jié)成本、增效益探索新途徑。

1 抽油機井產(chǎn)液、載荷變化趨勢

以A油田為例，闡述低滲透油田抽油機井產(chǎn)液、載荷變化趨勢。A油田開采葡萄花油層，有效孔隙度為18.6%。空氣滲透率0.73×10-3～184.4× 10-3μm2，屬中孔、中低滲儲層。原始飽和壓力平均為6.69MPa，體積系數(shù)平均為1.125，原始氣油比為35.49m3/t，油田壓力系數(shù)為1.37。

從油水相滲透率曲線可以看出，隨著含水飽和度的增大，油相滲透率下降很快，水相滲透率上升很慢，油水兩相流動范圍很窄，殘余油下的水相相對滲透率很小。

從采液指數(shù)曲線可以看出，含水100%時，采液指數(shù)也小于無水期采液指數(shù)，因此后期產(chǎn)液能力不會高于初期產(chǎn)液能力。

2 抽油機選型

以A油田為例，闡述新型低滲透油田抽油機選型技術(shù)的實踐與應(yīng)用。A油田氣體溶解系數(shù)4.28，天然氣壓縮因子0.96，油層溫度55.2～71.3℃，初期含水率13%，體積系數(shù)1.125，飽和壓力6.69MPa，油層有效壓力8.48～16.12MPa。

2.1 下泵深度計算

按照以下公式計算合理流壓

其中

式中pwfmin為油井最低允許流動壓力（MPa）；pb為飽和壓力（MPa）；pre為有效地層壓力（MPa）；α為原油溶解系數(shù)（m3/(m3·MPa)）；Z為天然氣壓縮因子；fw為油井含水率，小數(shù)；Bo為原油體積系數(shù)，無因次；T為油層溫度（K）。

計算得出，合理流壓為3～5MPa。

泵沉沒壓力計算公式為

其中，當(dāng)fw≤0.7時

當(dāng)fw＞0.7時

計算得出，泵沉沒壓力為1.9～2.4MPa。

下泵深度計算公式為

計算得出，泵下入深度應(yīng)在油層頂界以上110m。

2.2 泵徑、沖程、沖次選擇

根據(jù)單井產(chǎn)能預(yù)測平均產(chǎn)液為1.3～2.7t/d，最高3.1t/d，在不考慮氣影響的情況下，泵理論排量計算公式為V=1440πSND2/4。

從不同參數(shù)下泵的排量可看出，在選擇?32mm泵，按泵效30%計算，沖程2.5m、沖次4min-1可滿足生產(chǎn)需要。

該油田含氣量相對較小，通過采取加氣錨的防氣措施可消除氣影響，因此不考慮氣體對泵效的影響。泵徑選取為?32mm，沖程取1.5～5m，沖次取2～6min-1。

2.3 載荷扭矩計算

通過載荷扭矩計算公式，得到計算結(jié)果如下：直井下泵深度在1150～1400m，根據(jù)預(yù)測產(chǎn)能及泵效，選擇?32mm泵、沖程2.5m、沖次4～6min-1可滿足生產(chǎn)需要，此時最大載荷為30.01～37.43kN，扭矩4.29～8.57kN·m；下泵深度在1450～1700m時，最大載荷為37.84～45.45kN，扭矩5.27～10.24kN·m。

定向井下泵深度1150～1700m，根據(jù)預(yù)測產(chǎn)能及泵效，選擇?32mm泵、沖程2.5m、沖次4～6min-1可滿足生產(chǎn)需要，此時最大載荷為36.63～54.32kN，扭矩10.14～18.53kN·m。

2.4 抽油桿選擇

通過計算，對于直井下泵深度小于1170m的井，折算應(yīng)力在58.56～60.69N/mm2，選擇D級?16mm的桿，1170～1700m的井折算應(yīng)力為60.06～106.18N/mm2，選擇H級?19×16mm的桿。

2.5 機型選擇

2.5.1 初期裝機載荷、扭矩利用率確定

按API標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)構(gòu)件安全系數(shù)為3.3，軸件安全系數(shù)為5.0，以便滿足抽油機在特殊情況下（活塞卡、軸力與力偶等影響）也不致發(fā)生事故。因此，根據(jù)選擇游梁式抽油機的原則，同時考慮到抽油機長期可靠地工作，按照上述研究成果，低滲透油田抽油機井初期最大載荷利用率，扭矩利用率可按滿載設(shè)計，即：Pmax≤0.95[P]，Mmax≤0.90 [M]。這樣選擇抽油機，在初期設(shè)備能力能得到充分發(fā)揮，到后期也不會滿載。

通過計算不同抽油桿直徑、泵徑、沖程、沖次及泵掛深度在含水100%時抽油機的懸點載荷，比初期抽油機的懸點載荷的增加百分比為5.07%～5.28%，因此抽油機初期裝機載荷利用率上限為90.9%；曲柄扭矩的增加百分比為11.98%～16.08%，因此抽油機初期裝機扭矩利用率上限為77.5%

2.5.2 節(jié)能機選擇

直井下泵深度在1150～1400m，根據(jù)預(yù)測產(chǎn)能及泵效，選擇泵徑32mm，沖程2.5m、沖次4～6min-1可滿足生產(chǎn)需要，此時最大載荷為30.01～ 37.43kN，扭矩4.29～8.57kN·m，抽油機可選擇CYJW5—2.5—13HF型機，載荷利用率為60.0%～74.9%，扭矩載荷利用率為33.0%～65.9%；下泵深度在1450～1700m時，最大載荷為37.84～45.45kN，扭矩5.27～10.24kN·m，抽油機選擇CYJW5—2.5—18HF型機，此時載荷利用率為75.7%～90.9%，扭矩載荷利用率為29.3%～56.9%。

定向井下泵深度1150～1700m，根據(jù)預(yù)測產(chǎn)能及泵效，選擇?32mm泵、沖程2.5m、沖次4～6min-1可滿足生產(chǎn)需要，此時最大載荷為36.63～54.32kN，扭矩10.14～18.53kN·m；選擇CYJS6—2.5—26HB型抽油機，載荷利用率為61.1%～90.5%，扭矩載荷利用率為39.0%～71.3%。

節(jié)能機類型的選擇：通過經(jīng)濟效益分析，A油田節(jié)能機選擇雙驢頭抽油機和彎游梁抽油機。

2.6 電機選擇

2.6.1 電機額定功率計算

直井下泵深度在1150～1400m，沖次4～6min-1，扭矩4.29～8.57kN·m，計算所需電機功率為1.35～4.04kW，因此，選擇8.5/17kW電機；下泵深度在1450～1700m時，扭矩5.27～10.24kN·m，計算所需電機功率為1.66～4.82kW。

定向井下泵深度1150～1700m，沖次4～6min-1，扭矩10.14～18.53kN·m，計算所需電機功率為3.19～8.73kW。

2.6.2 電機型號選擇

（1）標(biāo)準(zhǔn)井測試。標(biāo)準(zhǔn)試驗井測試結(jié)果表明，雙驢頭抽油機與永磁電機組合時系統(tǒng)效率最高，而彎游梁抽油機與中、高轉(zhuǎn)差率電機組合時系統(tǒng)效率最高。

（2）電機選擇結(jié)果。依據(jù)上述分析計算及標(biāo)準(zhǔn)井測試情況，A油田定向井選擇15kW永磁電機，直井抽油機選擇8.5/17kW中、高轉(zhuǎn)差率雙速雙功率電機。

3 現(xiàn)場應(yīng)用及效益

不同類型抽油機的載荷、扭矩及耗電情況見表1。

表1 不同類型抽油機的載荷、扭矩及耗電

以上數(shù)據(jù)表明：目前各機型均未超額定載荷和額定扭矩，利用該方法對A油田抽油機機型進行了優(yōu)化，懸點載荷由88kN下降為54kN，下降了34kN；裝機功率由19.9kW下降為12.6kW，下降了7.3kW。采油工程投資節(jié)省3174.48×104元。目前投產(chǎn)的622口井，平均單井日耗電68kW·h，日節(jié)電71kW·h，功率利用率23.04%，系統(tǒng)效率7.29%。按日節(jié)電71kW·h，每度電0.5124元，年生產(chǎn)天數(shù)330d計算，622口油井年節(jié)約電費746.74×104元。兩項合計創(chuàng)經(jīng)濟效益3921.22× 104元。

4 結(jié)語

（1）低滲透油田開發(fā)過程中，產(chǎn)液量不增加或增加幅度較小。抽油機井初期最大載荷利用率、扭矩利用率可按滿載設(shè)計，即：Pmax≤0.95[P]，Mmax≤0.90[M]。通過這種方法選擇的抽油機，初期能充分發(fā)揮機采設(shè)備的抽汲能力，油田開發(fā)后期也不會滿載。

（2）應(yīng)用新型低滲透油田抽油機井選型方法，為低滲透油田降投資、節(jié)成本、增效益提供了有效的新途徑。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.011