影响系统效率的主要因素与提高途径探讨

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  摘 要:本文从机采井供排关系方面分析了影响系统效率的主要因素,通过应用节能减速装置、电泵转抽等措施提高了机采井系统效率。对油田节能降耗具有一定的借鉴作用。
  关键词:系统效率;沉没度;抽油机;泵效
  中图分类号:N945
  前 言
  机采井的系统效率是机采井能源利用水平的主要指标。对以机采井为主要生产方式的油田而言,实现降本增效的一个重要的途径就是提高机采井的系统效率。国内外研究资料表明:抽油机井系统效率的理论上限为49%,理论下限41%。通过应用节能减速装置、电泵转抽、参数优化,合理沉没度等措施提高了机采井的系统效率。对油田节能降耗具有一定的借鉴作用。
  1 影响机采系统效率因素
  抽油机井能量传递分为地面和地下多个环节,以光杆悬绳器为界,可将系统分为地面和井下两部分。地面部分又可细分为电机、减速箱及皮带、四连杆四环节;井下部分可细分为密封盒、抽油杆、抽油泵、管柱四部分,地面井下共八部分,抽油机井系统的功率损失分布于八个环节之中。重点从供排关系方面分析影响系统效率的主要因素。由于断块构造的复杂性、地层的非均质性和污染程度的不同,往往不能准确地预测油井产能。有些油井受注采关系的影响,投产后能量下降很快;有些井注水见效,产能又有所回升。这些动态变化都造成了一些油井供排关系的不协调,出现高沉没度或供液不足的现象,很大程度上影响着油井机采系统效率。
  1.1高沉没度造成机采系统效率低
  对于供液能力充足的井,如果参数过低,会造成油井沉没度高、生产压差小、动液面上升,影响产液量。2013年对油田15口沉没度超过400 m的抽油井进行了测试,平均系统效率为35.4%,其中12口井采取了提液措施,平均系统效率则达到了44.6%。所以,无论从挖潜增油还是从提高系统效率的角度讲,高沉没度井实施有效提液都很有必要。
  1.2 供液不足造成系统效率低
  供液不足是指油井抽汲参数过高、泵径偏大、泵挂较浅或采油方式欠合理。油井供液不足生产时,沉没度相对较低,深井泵沉没压力过小,造成泵的充满系数过低,泵效降低。泵效的降低直接导致系统有效功率降低,参数过高导致系统能耗增加,这些都会降低油井系统效率。供液不足井主要原因表现在以下方面:(1)机型过大,部分井由于产量预测偏高或产量递减速度快,出现“大马拉小车”的现象,使设备使用效率降低。因为机型越大,其内部结构越大,相应的轴承损失、齿轮损失以及组件变形损失也越大。在低产量井上,产液量与机型不匹配,会造成过多能量浪费。(2)冲次过高。一些由于产量递减快,泵径小,或者是由于动力设备性能的限制不能满足下调要求,造成冲次过高。在相同液量及扬程条件下,冲次过高,系统能耗就会增加,因为冲次增高杆柱的摩擦载荷、振动载荷,设备的机械损耗都会增加,引起系统效率的降低。(3)油层埋藏深,深抽力度小,这些井表现为泵径大、泵深浅,造成供液不足,使油井产能得不到充分发挥,有效扬程小,系统效率低。深抽工艺由于受抽油机悬点负荷和抽油杆强度的制约,下泵深度受到一定的限制,难以满足合理沉没度需要。另外,油井深抽力度大时,冲程损失增加过大而达不到增产目的。通过合理增加泵深,减少冲程损失,满足沉没度要求,可以提高泵效,增加有效功率。(4)采油方式不合理造成能耗高,系统效率低。油田一些电泵井由于供液不足,造成产量下降。过测试8口电泵井平均系统效率仅为9.1%。(5)普通电机转速高,不能满足供液不足井下调冲次要求,导致系统能耗高。一些井供液不足而仍然维持高冲次生产,造成机采系统能耗高,系统效率低。
  2 提高机采系统效率的技术对策
  2.1 对供液不足井,提高系统效率
  供液不足井一般为参数过高造成,通过利用合理沉没度设计技术对油井的生产参数进行优化,选择出最佳方案,通过降低参数减少地面、井筒损耗,达到提高系统效率的目的,根据油井产能、井筒及地面条件、地层因素,主要采取了下调冲次、机型优化、采油方式优化、合理深抽措施。(1)下调冲次优化参数。供液不足井一般为天然能量开采或注水不见效井,生产到一定期限后动液面相对稳定,在冲程不变时,冲次越高系统效率越低,能耗越高。通过完善抽油机井冲次优化技术,平均系统效率提高了6.1%。(2)节能调速装置。在抽油机的电机和变速箱之间安装一个减速装置,通过加大传动比,降低中间传动皮带轮的运行速度,实现减速,进一步降低抽油机的冲次,使抽油机的电机输入功率降低,实现节能功效。系统效率提高3.7%。收到明显效果,超严重供液不足井通过大幅度下调冲次,对延长检泵周期非常有利。(3)抽油机机型优化。对地层能量下降快,一部分原始地层能量高的井由于生产需要使用12型或以上大型长冲程抽油机生产,能量下降后开始在供液不足状况下生产,出现了“大马拉小车”现象,造成了设备浪费和能耗升高。对严重供液不足且使用12型及以上长冲程大机井实施了机型优化措施。系统效率提高4.18%。(4)采油方式优化.电泵井供液能力与潜油电泵的排量、扬程不匹配,导致潜油电泵长期在小排量下工作,使电泵运行效率低。还有一部分井频繁欠载,生产时率低,检泵周期短,此时仍采用电泵采油方式生产,综合效益较差。因此,对产液量低于60t的油井考虑用大泵深抽代替小排量电泵。(5)泵径、泵深优化,加大深抽力度。随着泵深的增加,油井载荷增大,冲程损失增加,系统的井筒损耗将不断增加,但由于部分油井油层埋藏深,液面深,通过合理增加泵深可以满足沉没度要求,达到提高泵效,增加有效功率的要求,从这一方面说,合理深抽,有效功率增加幅度较大,也可以达到提高系统效率的目的,节能深抽需要解决两个问题:一是油井深抽力度大时,冲程损失对生产的影响较明显,有些井甚至因冲程损失过大达不到提液目的;二是减少杆柱冲击载荷,提高杆柱安全性和抽油机平衡度。通过优化杆管泵组合以及应用深抽节能技术完成深抽措施8口井,系统效率提高4.2%。
  2.2 对高沉没度井采取提液措施,提高系统效率
  对于沉没度大于300m的高沉沒度抽油机井,优先实施投入较低的调参提液措施,通过增加油井产夜量,降低动液面提高有效扬程,虽然使输入功率有所上升,但系统效率得到提高,且增产效果明显。利用优化设计软件设计实施提液, ,平均单井系统效率提高2.3%。
  3 结 论
  (1)改善油井供排关系,是提高机采系统效率的首要因素,通过系统科学的研究油井产能与抽汲参数的关系,可以做到合理开发,挖掘油井生产潜力。(2)应用节能新设备、新工艺可以一定程度的减少设备损耗,应用节能减速装置、低速电机、节能抽油机均使机采系统效率提高,适用于大幅度下调冲次,现场推广效果良好。
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