提高机采井系统效率方法研究
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摘 要:分析机采井系统效率的影响,探讨提高机采井系统效率的措施。抽汲参数对系统效率的影响很大,优化抽汲参数,可提高抽油机井的系统效率。
关键词:抽油机 系统效率 影响因素
统计某外围特低渗油田,抽油机井系统效率仅为5.31%,而大庆油田平均抽油机系统效率为24.84%,大庆外围油田为11.54%,如果能找到影响抽油机井系统效率的主要因素,制定合理的提高措施,将系统效率提高2个百分点。提高机采井系统效率是降本增效的有效途径。
一、影响因素
(1)电机。①电机设备性能。由于电机运行时间长,造成线圈老化,机械磨损增加,降低了电机的输出功率。②电机负载率的影响。电机负载率过低时,电机效率和功率因数下降,电机处于“大马拉小车”现象,严重影响抽油机系统效率。选择抽油机电机的“光杆功率法”,即根据光杆功率合理选择抽油机电机额定功率,对负载率低的电机进行“大调小”,可以达到提高抽油机电机负载率,实现节能的目的。
(2)控制柜。电机启动扭矩增加,导致电机负载率下降。通过利用晶闸管自动调节电压、电流的特性制成的软启动节能控制柜具有节能的功能。
(3)抽油机传动部分。抽油机的皮带传动、减速箱和四连杆机构的能量传递损耗造成电机能耗增加。皮带的张紧度、四连杆润滑点及减速箱的润滑效果影响着系统效率的提高。
(4)抽油机平衡率。抽油机工作时,悬点载荷及平衡块在曲柄轴产生的扭矩应与电机输入给曲柄轴产生的扭矩相平衡。当抽油机不平衡时,上下冲程电机电流峰值增加,导致电机耗能增加,降低机采井系统效率。
(5)井口回压、套压的影响。油井井口回压的存在,增加了上冲程时的悬点载荷力,当井口回压增加时,相当于增加了抽油杆的重力,上冲程悬点载荷增加,导致电机耗能增加。井口回压过高,悬点载荷增大,亦可造成泵的漏失,影响机采井系统效率。当套压过大,降低了泵举升的有效扬程,导致机采井系统效率下降。
(6)沉没度。沉没度与泵效有密切关系,随着沉没度的增加,泵效增加,当沉没度达到一定值时,泵效增加趋于变缓。含水在90% 以上的井,合理沉没度应保持在200m-250m,含水低于80%的井,沉没度在350m-400m,泵效达到最大。
(7)冲程损失。冲程损失越大,产量损失也越大,泵效就降低的越多。通过油管锚定,消除管和杆同时伸缩引起的泵筒和活塞之间的相向运动,减少冲程损失,提高系统效率。
二、提高系统效率方法
2.1 调整抽油机平衡率
平衡率对抽油机井能耗和系统效率都有一定影响。对同一口井,平衡率在85%～100%之间的要比平衡率小于85%的井系统效率高1%～3%。
2.2提高有效功率
抽汲参数一定时,有效功率主要受有效扬程和泵效的影响。随着有效扬程的提高,有效功率随之提高,系统效率也相应提高。根据抽油机的工作特点及能量守恒定律,抽油机井的输入功率等于有效功率(P有效)与损失功率(△P)之和,其关系见公式(1)。P?姿=P有效+△P,(1)
由于损失功率基本一定,当有效功率过低时,势必造成系统效率偏低。因此,提高系统效率必首先提高有效功率。提高有效功率需要提高泵效及有效扬程。
(1)通过提高泵效来提高有效功率。不考虑漏失条件下,泵效、泵充满度?茁、余隙比Ks计算公式分别由公式(2)、(3)、(4)计算:
式中:SP―活塞有效冲程,m;S―光杆冲程,m;?茁―泵充满度,%;B―抽汲液体体积系数;Fgo―泵内的气油比;KS―余隙比;VS―活塞在下死点时,吸入阀与排出阀之间的泵筒容积(称余隙容积);VP―上冲程活塞让出容积。
通过优化抽汲参数,提高活塞的有效冲程达到提高泵效的目的;而泵的充满度与抽汲液体的泵内的气油比及泵的余隙比有关。一是KS值越小,?茁值就越大。若要使KS值小,应使VS尽量小或增大活塞冲程以提高VP。因此,在保证活塞不撞击固定阀的情况下,应尽量减小防冲距,以减小余隙比;二是气油比值越小,?茁值就越大。可以使用气锚,使气体在泵外分离,以防止和减少气体进泵。我们发现低渗透油田沉没度为零的井以及示功图显示供液不足的井占问题井的比例较大。要通过压裂技术、微生物吞吐技术、注气配套技术等技术手段,改善低渗油藏的供液能力,提高泵效,进而提高油井的有效功率。
(2)通过提高有效扬程来提高有效功率。抽油机系统的有效扬程由动液面深度、油管压力、套管压力及井液密度决定,其计算公式(5)。机型及抽汲参数对有效扬程没有影响,如果要提高有效扬程,必须提高动液面深度和油管压力、降低套管压力。研究表明,有效扬程不是越高越好,当泵挂深度一定时,随着有效扬程的增加,导致沉没度减小,泵效降低,致使产液量降低,从而影响系统效率的提高。因此,针对不同的区块,为提高抽油机井的系统效率,应该确定合理的有效扬程。
式中:H0―动液面深度(m);Po―油管压力(MPa);Pc―套管压力(MPa)。
2.3优化抽汲参数,提高系统效率
(1)当冲次保持不变时,抽油机系统效率随着冲程的增加而升高;当冲程保持不变时,抽油机系统效率随着冲次的降低而增加。随冲程长度增加,冲次下降,能耗降低。在原始数据不变的前提下,配以3.0m冲程、3.0(r/min)冲次时,系统效率比3.0m冲程、4.5(r/min)冲次的工况可以提高2个百分点;系统效率比2.5m冲程、4.5(r/min)冲次的工况可以提高近4个百分点。
(2)杆柱组合不同,抽油机井系统效率不同。较重的抽油杆柱能耗大、光杆功率增大、井下效率降低;当冲程、冲次及泵径不变,仅仅改变杆柱组合,对系统效率影响不大。
(3)泵径不同,抽油机系统效率不同。随着泵径的增大,系统效率降低,抽油系统所需输入功率增大,从而导致电机额定功率的增加。如果油层供液充足,随着泵径的增大,井下功率将会增加,井下效率将会增加。
三、结束语
调整抽油机平衡率,系统效率可提高1%～3%。优化工作参数(泵径、冲程、冲次),采用大泵长冲程慢冲次生产,使抽油机载荷与电机功率合理匹配;优化管杆结构,确定泵挂深度,保持油井合理的沉没度,深抽井油管下部应使用油管锚固定;优化沉没度,含水在90% 以上的井,合理的沉没度应保持在200m-250m ,含水低于80%的井,沉没度在350m - 400m,泵效达到最大。应用永磁电机,配套使用变频控制柜,节能减速器,配套小功率永磁电机,及节能变压器等节能新工艺、通过提高泵效、有效扬程等措施来提高有效功率,是提高系统效率的有效途径。
参考文献:
[1] 李道品.低渗透油田高效开发决策论[M].北京:石油工业出版社,2003.
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