【正文】 0 深抽配套 ........................................................... 61 塔河油田深抽工藝技術(shù)指標(biāo) ........................................... 58 第 6 章 結(jié)論與建議 ................................................. 64 致 謝 ............................................................ 65 參考文獻(xiàn) ........................................................... 66 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果 ................................. 68 西南石油大學(xué)工程碩士研究生學(xué)位論文 1 第 1 章 緒論 研究的目的意義 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前機(jī)械采油井已達(dá) 10萬口 ， 在油田開發(fā)中約占油井總數(shù)的 90％左右 ，其產(chǎn)量占機(jī)械采油井總產(chǎn)量的 80%左右，而且 系統(tǒng)的年耗電量占油田總耗電量的 1/3。若單井實(shí)耗功率按 10kW、 年開井時(shí)間按 350d計(jì)算，則全國(guó)抽油機(jī)井年耗電 84 108kW h。如果能使抽油機(jī)井系統(tǒng)效率提高 5％，則全年 可 節(jié)電 108kW h，按電價(jià) /度 計(jì)算年節(jié)電經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)到 108元 [1～ 3]。 這不僅能夠節(jié)省企業(yè)的生產(chǎn) 成本，同時(shí)也 極大地 提高 了 企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。 隨著油田開發(fā)進(jìn)入特高含水期 ， 機(jī)采井的能耗費(fèi)用在原油生產(chǎn)成本中的比例逐年上升。 特別是 多數(shù)油田 抽油機(jī)井的機(jī)采系統(tǒng)效率低、能耗高及單井年耗電量高等問題 [4]不斷出現(xiàn) ， 為此，積極開展機(jī)采井 工藝參數(shù) 優(yōu)化技術(shù)的研究顯得尤為重要。 在保證 油田經(jīng)濟(jì)效益 的前提下 ， 以能耗最低為原則 ， 通過合理優(yōu)化桿柱、管柱、泵型、沖程及沖次等抽汲參數(shù) ， 以提高機(jī)采井的系統(tǒng)效率， 使 機(jī)采井 生產(chǎn)處于最優(yōu)狀態(tài)。 塔河油田油藏非常復(fù)雜：開發(fā)層位既有奧陶系碳酸鹽巖，又有石炭系、三疊系砂巖。并且其原油物性差異大：既有輕質(zhì) 油，又有粘度高、比重大的稠油、超稠油。因此，對(duì)于塔河油田機(jī)采井工藝 特別是低系統(tǒng)效率井 進(jìn)行優(yōu)化十分必要。 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 由于抽油機(jī)井系統(tǒng)效率測(cè)試分析方法現(xiàn)場(chǎng)工作量大 ， 所以無法進(jìn)行大量推廣應(yīng)用 。因此，更多的 是 采用理論分析方法來提高抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率。 理論分析方法就是結(jié)合抽油機(jī)井的具體情況，建立系統(tǒng)效率與技術(shù)裝備、油井參數(shù)之間關(guān)系的模型，并以此為基礎(chǔ)，分析各種因素對(duì)系統(tǒng)效率的影響，指導(dǎo)技術(shù)裝備與抽汲參數(shù)的設(shè)計(jì)。有關(guān)提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的理論分析方法以及應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外有大量的相關(guān)研究文獻(xiàn) [5～ 9]。 上個(gè)世紀(jì) 30年代到 50 年代初，由于受到當(dāng)時(shí)條件的制約，理論研究是建立在對(duì)有桿抽油系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)之上，然而這一理論與實(shí)際情況相差較大。因此，發(fā)展了一些計(jì)算抽油桿柱負(fù)荷以及有效沖程的經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)公式 [10]，這些公式經(jīng)過不斷修正、完善，由于計(jì)算簡(jiǎn)捷并且具有一定的精度，所以保留至今，其中有些方法轉(zhuǎn)化成了圖表形式，使油田工作者使用起來十分方便 [11～ 15]。 在 20 世紀(jì) 60 年代中期，美國(guó) 首次提出用數(shù)字計(jì)算機(jī)對(duì)抽油井動(dòng)態(tài)進(jìn)行診斷分析技術(shù) [16]。這種技術(shù)利用光桿實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合波動(dòng)方程計(jì)算井下泵工況，計(jì)算有桿 抽油系統(tǒng)井下指標(biāo) 。 1967 年 3月 API 采油設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)首次出版了 APIRP11L“ 有桿抽油設(shè)備計(jì)算推薦作法 ” 。 此后 ， 又于 1972年 3 月 、 1977 年 2 月、 1979 年 3 月及 1986 年 6 月先后修改再版了四次 [17]。 塔河油田機(jī)采井工藝優(yōu)化 2 1987 年周繼德 [18]在分析各種抽油設(shè)計(jì)方法和對(duì)油田實(shí)際情況進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，提出的一種新的設(shè)計(jì)抽油參數(shù)的方法。我國(guó)在 20世紀(jì) 90年代初期個(gè)別油田和石油院校還以 Gibbs 波動(dòng)方程為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè) [19]。 1991 年大慶石油學(xué)院的張佳民等 [20]結(jié)合大慶油田生產(chǎn)和管理需要，提出“系 統(tǒng)最佳工況預(yù)估方法”，用預(yù)測(cè)法確定了游梁式抽油機(jī)工作參數(shù)，并在大慶油田得到了驗(yàn)證。 2020 年，華北油田分公司開發(fā)研制了“抽油機(jī)井系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件”和“抽油機(jī)井運(yùn)行參數(shù)敏感性分析軟件” (總稱為 SysEff 系統(tǒng) )[21]。 據(jù)報(bào)道，國(guó)外采用節(jié)能抽油機(jī)后的系統(tǒng)效率一般在 30%～ 47%， 而 我國(guó)抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率在 12%～ 30%之間。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料的檢索和調(diào)研 [22～ 25]， 我國(guó)部分油田抽油機(jī)井系統(tǒng)效率情況見表 11。 表 11 國(guó)內(nèi)部分油田系統(tǒng)效率統(tǒng)計(jì)表 油 田 統(tǒng)計(jì)時(shí)間（年） 系統(tǒng)效率（ %） 備 注 國(guó)外 30～ 47 采用節(jié)能抽油機(jī)后的高限 中國(guó) 12～ 30 專家估計(jì) 大慶 1986 1996 2020 18 平均 試驗(yàn)區(qū)塊 平均 孤東采油廠 2020 212口井測(cè)試平均 華北油田 2020 平均 歡喜嶺油田 2020 76口井優(yōu)化后統(tǒng)計(jì) 胡慶油田 2020 平均 長(zhǎng)慶馬嶺油田 2020 平均 新疆石西油田 2020 （莫北 2區(qū)塊） （莫北 5區(qū)塊） （莫 009區(qū) 塊） 實(shí)測(cè)平均（油層埋藏深度3800～ 4000m，泵掛 2500m左右） 文留油田 平均 克拉瑪依油田 優(yōu)化井統(tǒng)計(jì) 從上表可以看出，我國(guó)油田 機(jī)采井 系統(tǒng)效率普遍偏低。 因此，結(jié)合油田 各自的 生產(chǎn)實(shí)際，不斷 探索提高 抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率，一直是國(guó)內(nèi)外采油工程師 不懈 追求的目標(biāo)。 西南石油大學(xué)工程碩士研究生學(xué)位論文 3 研究的區(qū)域背景 塔河油田構(gòu)造位于沙雅隆起阿克庫(kù)勒凸起西南斜坡上，阿克庫(kù)勒凸起西鄰哈拉哈塘凹陷，南接滿加爾凹陷。塔河油田由于 油藏 的復(fù)雜性，開發(fā)層位既有奧陶系碳酸鹽巖，又有石炭系、三疊系砂巖 。 其原油物性 差異大 ： 既有輕質(zhì)油 ， 又有粘度高、比重大的稠油 和 超稠油 。 對(duì)于塔河油田稠油油藏， 其生產(chǎn)特點(diǎn)是普遍采用有桿泵舉升工藝，即采用常規(guī)管式泵和抽稠泵兩種機(jī)采方式，井筒降粘方式 則 主要為摻稀和電加熱兩種輔助工藝技術(shù) [26]。油的粘稠與否往往對(duì)抽油井工作參數(shù)的選擇起到了很大的影響，所以現(xiàn)有的稀油井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法不適用于稠油井。 因此，針對(duì)塔河油田機(jī)采井開展系統(tǒng)效率測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，找出影響系統(tǒng)效率和泵效的主要因素，提出機(jī)采井工藝優(yōu)化方案，以提高機(jī)采井系統(tǒng)效率和泵效，減少企業(yè)的生產(chǎn)成本 顯得尤為重要。 主要 研究?jī)?nèi)容 論文的主要研究?jī)?nèi)容： （ 1）通過對(duì)塔河油田現(xiàn)有機(jī)采井生產(chǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行分析， 塔河油田現(xiàn)有抽油機(jī)工作效率特點(diǎn)及地面井下工作效率計(jì)算方法 。 （ 2） 針對(duì)塔河油田部分低泵效機(jī)采井，開展系統(tǒng)效率測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，找出影響系統(tǒng)效率和泵效的主要因素，提出機(jī)采工藝優(yōu)化方案，提高機(jī)采系統(tǒng)效率和泵效。 （ 3） 加強(qiáng)新型深抽技術(shù)及配套工藝研究， 進(jìn)一步有效解決油田生產(chǎn)實(shí)際難題。 （ 4） 根據(jù)各區(qū)塊原油物性差異和機(jī)采井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，結(jié)合油藏地質(zhì)特征，編寫機(jī)采井技術(shù)指標(biāo)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及生產(chǎn)管理規(guī)范，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐，不斷提高機(jī)采 工藝管理水平。 塔河油田機(jī)采井工藝優(yōu)化 4 第 2 章 塔河油田機(jī)采井生產(chǎn)現(xiàn)狀 塔河油田油藏特征 塔河油田構(gòu)造位于沙雅隆起阿克庫(kù)勒凸起西南斜坡上，阿克庫(kù)勒凸起西鄰哈拉哈塘凹陷，南接滿加爾凹陷。 塔河油田油藏地質(zhì)特征 塔河油田由于油藏的復(fù)雜性，開發(fā)層位既有奧陶系碳酸鹽巖，又有石炭系、三疊系砂巖，其原油物性差異大，既有輕質(zhì)油。又有粘度高、比重大的稠油、超稠油。目前塔河油田開發(fā)的油藏以碳酸鹽巖儲(chǔ)層為，油藏經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和油氣運(yùn)移，儲(chǔ)集條件、構(gòu)造條件均十分復(fù)雜，認(rèn)識(shí)其成藏條件十分困難。 （ 1）砂巖油藏地質(zhì)特征 砂巖儲(chǔ) 層一般埋深 4400～ 5100m，壓力系數(shù)為 ～ ，地層溫度梯度 ～℃ /100 m，滲透率一般為 56～ 416 103μ m2。塔河采油一廠的西達(dá)里來、阿克庫(kù)勒、塔河 1區(qū)、 2 區(qū)、 9 區(qū)三疊系及塔河采油二廠的 11區(qū)、評(píng)價(jià) 2 區(qū)和阿克來蘇北油田，其生產(chǎn)支為石炭系、三疊系砂巖油藏，不同區(qū)塊原油密度、粘度不同。原油以中質(zhì)油為主，油藏普遍存在邊底水。由于埋藏深度深，隨著采出程度和儲(chǔ)層能量的下降，開發(fā)中后期必然存在深抽問題。 （ 2）碳酸鹽巖油藏地質(zhì)特征 塔河油田奧陶系油藏是受裂縫以及在其基礎(chǔ)上的多期巖溶控制 的，多套縫洞體系在三維空間上形成的碳酸鹽巖巖溶縫 — 洞型復(fù)合油氣藏，其有效的儲(chǔ)集 — 滲流空間是寬度不同的裂縫及與其相連通的大小不等的溶洞，即儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能主要受裂縫和溶蝕性孔洞發(fā)育的影響。塔河油田碳酸鹽巖油氣藏的儲(chǔ)集空間包括裂縫型、裂縫 — 孔洞型、裂縫— 溶洞型，儲(chǔ)集體之間連通關(guān)系復(fù)雜，油水關(guān)系復(fù)雜。 奧陶系儲(chǔ)層是塔河油田的主力產(chǎn)層，也是研究開發(fā)的重點(diǎn)。塔河油田奧陶系油藏類型比較特殊，具有“兩超、五高”的特點(diǎn)。即：超深、超稠；高溫、高壓、高粘、高礦化度、高含硫化氫。這些特點(diǎn)充分說明塔河油田既不同于國(guó)外的碳酸鹽巖油藏 ，也不同于我國(guó)的任丘及其它碳酸鹽巖油藏，其開發(fā)沒有可借鑒的成熟技術(shù)方法。另外，由于儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能平面上具有極強(qiáng)的非均質(zhì)性，目前的碳酸鹽巖油藏的勘探開發(fā)仍是世界性的技術(shù)難題。 塔河油田碳酸鹽巖油藏主要分布在塔河油田采油一廠的塔河 2 區(qū)、 3 區(qū)、 4 區(qū)、 5區(qū)、評(píng)價(jià) 1區(qū)部份井和生產(chǎn)層位，以及采油二廠的塔河 6 工我、 7 區(qū)、 8 區(qū)、 10區(qū)的部份井和生產(chǎn)層位，原油物性差異大，原油以重油為主，原油在儲(chǔ)層內(nèi)具有較好的流動(dòng)性，西南石油大學(xué)工程碩士研究生學(xué)位論文 5 在從地下經(jīng)井筒向地面流動(dòng)的過程中，隨著溫度的降低，原油粘度增大，逐漸失去流動(dòng)性，因而大 部分 井需要采取降粘生產(chǎn)。 塔河油田油藏流體特征 （ 1）原油性質(zhì) 塔河油田油藏原油主要儲(chǔ)存于三疊系的砂巖儲(chǔ)層和奧陶系的碳酸鹽巖儲(chǔ)層中。三疊系的砂巖油藏中的原油為稀油，奧陶系的碳酸鹽巖油藏中的原油為稠油，無論稀油還是稠油，在儲(chǔ)層中均具有羅好的流動(dòng)性。 砂巖油藏的原油以中質(zhì)油和輕質(zhì)油為主，原油密度一般在 ，含硫、凝固點(diǎn)低、中等含蠟，其中有個(gè)別含蠟、含硫較高區(qū)塊。 碳酸鹽巖油藏的原油以重油為主，個(gè)別區(qū)塊為中質(zhì)原油。塔河油田采油一廠的原油密度一般在 ～ ，油層原油平均粘度為 ，地面脫水原油的粘度最高可達(dá)到 274700 (60℃ )，膠質(zhì)含量平均為 %，瀝青質(zhì)含量一般不大于 20%。塔河油田采油二廠的原油密度一般在 ～ ，油層原油平均粘度為 ～ ，平均含硫 %，含蠟以中低含蠟為主。油藏存在水驅(qū)動(dòng)作用，飽和壓力 ～ ，氣油比為 40～ 60m3/m3，一般不具有酸敏、速敏、水敏性，但存在強(qiáng)應(yīng)力敏感性。地面脫水原油的粘度 (30℃ )～ (50℃ )，膠質(zhì)含量平均為 %，瀝青質(zhì)含量一般不大于 20%。奧陶系中的稠油有普遍的溫度敏感性 .另外含水率的變化和氣體含量的大小對(duì)稠油粘度有一定的影響 . （ 2）天然氣性質(zhì) 塔河油田天然氣主要為溶解氣，具有相對(duì)密度高，甲烷含量低和重?zé)N含量高的性質(zhì)，甲烷含量 %，平均含 N2為 %，含 CO2為 %，平均相對(duì)密度為 。 （ 3）地層水性質(zhì) 塔河油田的地層水為 CaCO3水型， pH值為 ，呈弱堿性。采油一廠地層水平均礦化度為 104mg/L，地層水平均密度為 ；采油二廠 地層水平均礦化度為 104mg/L，地層水平均密度為 。塔河油田地層水屬高礦化度鹵化水，油藏處于一個(gè)較封閉的地下水動(dòng)力環(huán)境。 塔河油田機(jī)采井現(xiàn)狀 抽油機(jī)井現(xiàn)狀 （ 1）抽油機(jī)井生產(chǎn)情況 到 2020 年 6月 ,塔河油田目前共有抽油機(jī)井 536 口，統(tǒng)計(jì) 492 口井的機(jī)型與泵徑的配合情況見表 21。 塔河油田機(jī)采井工藝優(yōu)化 6 表 21 492口井機(jī)型泵徑匹配表 機(jī) 型 泵 徑 (mm) 32 38 44 56 57 70 56/38 70/44 合計(jì) 14型 10 61 124 58 20 1 63 132 469 16型 1 1 4 6 18型 1 1 16型曳引式抽油機(jī) 1 1 800型皮帶式抽油機(jī) 1 1 900型皮帶式抽油機(jī) 1 7 1 1 1 11 20型皮帶機(jī) 1 1 22型皮帶機(jī) 1 1 24型 1 1 小 計(jì) 11 70 125 58 20 1 67 140 492 由表 21可見，塔河油田主流機(jī)型為 14型抽油機(jī)共有 469口，占調(diào)查井?dāng)?shù)的 %；主流泵型為液力反饋抽稠泵，共有 201 口井，占調(diào)查井?dāng)?shù) %；同時(shí)可知，碳酸鹽巖油藏開發(fā)井?dāng)?shù)最多，這部分井絕大數(shù)為摻稀降粘生產(chǎn)，少數(shù)井摻入化學(xué)降粘劑。