【正文】 井 536 口 ，潛油電泵井 101 口，機(jī)采井系統(tǒng)效率低 下 ，一直困擾著塔河油田 各大采油廠 。為了保障油氣產(chǎn)量、減少采油成本 ，因此 塔河油田機(jī)采系統(tǒng)工藝優(yōu)化研究 亟待解決 。 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。 本文 通過(guò)理論 研究與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，對(duì)塔河油田 油藏地質(zhì)流體特征和機(jī)采井生產(chǎn)現(xiàn)狀和系統(tǒng)效率現(xiàn)狀進(jìn)行分析 ， 并由此 提出 機(jī)采工藝優(yōu)化方案， 改善系統(tǒng)效率地面硬件措施和井下技術(shù)工藝，從而提高塔河油田機(jī)械采油井系統(tǒng)效率，達(dá)到節(jié)能降耗 、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。 （ 2） 針對(duì)塔河油田部分低泵效機(jī)采井，開(kāi)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。 （ 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(xiě)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。若單井實(shí)耗功率按 10kW、 年開(kāi)井時(shí)間按 350d計(jì)算，則全國(guó)抽油機(jī)井年耗電 84 108kW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 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。 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(wèn)題 [4]不斷出現(xiàn) ， 為此，積極開(kāi)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。 塔河油田油藏非常復(fù)雜：開(kāi)發(fā)層位既有奧陶系碳酸鹽巖，又有石炭系、三疊系砂巖。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。因此，更多的 是 采用理論分析方法來(lái)提高抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率。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]。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(guò)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(lái)十分方便 [11～ 15]。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) 。 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]。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]。 2020 年，華北油田分公司開(kāi)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(chēng)為 SysEff 系統(tǒng) )[21]。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(jiàn)表 11。 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)。塔河油田由于 油藏 的復(fù)雜性，開(kāi)發(fā)層位既有奧陶系碳酸鹽巖，又有石炭系、三疊系砂巖 。 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]。 因此，針對(duì)塔河油田機(jī)采井開(kāi)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。 （ 2） 針對(duì)塔河油田部分低泵效機(jī)采井，開(kāi)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。 （ 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(xiě)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。 塔河油田油藏地質(zhì)特征 塔河油田由于油藏的復(fù)雜性，開(kāi)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。目前塔河油田開(kāi)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。塔河采油一廠的西達(dá)里來(lái)、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(lái)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。由于埋藏深度深，隨著采出程度和儲(chǔ)層能量的下降，開(kāi)發(fā)中后期必然存在深抽問(wèn)題。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。塔河油田奧陶系油藏類(lèi)型比較特殊，具有“兩超、五高”的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)充分說(shuō)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(kāi)發(fā)沒(méi)有可借鑒的成熟技術(shù)方法。 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(guò)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)。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(wú)論稀油還是稠油，在儲(chǔ)層中均具有羅好的流動(dòng)性。 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。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%。 （ 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。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(jiàn)，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(kāi)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。調(diào)查分泵徑的產(chǎn)液量、泵效、泵深、動(dòng)液面、沉沒(méi)度情況見(jiàn)表 22和表 23。 西南石油大學(xué)工程碩士研究生學(xué)位論文 7 表 23 稠油井分泵徑生產(chǎn)情況匯總表 泵徑 (mm) 泵 深 (m) 產(chǎn) 液 (t/d) 泵 效 (%) 動(dòng) 液 面 (m) 沉 沒(méi) 度 (m) 范圍 平均 范圍 平均 范圍 平均 范圍 平均 平均 56/38 ～ 2920 ～ ～ 0～ 2694 70/44 ～ 2824 ～ ～ 0～ 2056 平均 從表 23 可以得出，稠油抽油機(jī)井平均產(chǎn)液量 ，平均泵深 ，平均泵效 %。這主要是由于稠油井摻稀量計(jì)算在產(chǎn)液量?jī)?nèi)，因而泵效較高 。從電機(jī)應(yīng)用情況，高轉(zhuǎn)差電機(jī)占主導(dǎo)地位。造成的原因是目前在用抽油機(jī)的啟動(dòng)性能較好，因而所需的啟動(dòng)功率與正常有功功率的比較低，因而有一定的調(diào)整余地。見(jiàn)表 24。調(diào)查其不同泵型的產(chǎn)液量、泵效、泵深情況見(jiàn)表 25 和表 26。 表 26 塔河油田潛油電泵井稠油井分排量生產(chǎn)情況統(tǒng)計(jì)匯總表 排量 m3/d 開(kāi)井 數(shù) 目 (口 ) 調(diào)查井?dāng)?shù) (口 ) 泵 深 (m) 產(chǎn) 液 (t/d) 泵 效 (%) 范圍 平均 范圍 平均 范圍 平均 50 4 4 2501～ 36～ ～ 80 11 11 2442～ ～ 110 ～ 100 17 17 ～ 3506 ～ 168 ～ 120 11 11 ～ 3527 54～ ～ 150 20 20 2800～ 38～ ～ 200 2 2 2499～ 104～ ～ 65 65 從表 26 可以得出，稠油潛油電泵井平均產(chǎn)液量 ，平均泵深 ，平均泵效 %。這主要是由于稠油井摻稀量計(jì)算在產(chǎn)液量?jī)?nèi)，因而泵效較高 。 由于塔河油田抽油機(jī)井的平均下泵深度達(dá)到 2500 米，因而在上沖程完成加載過(guò)程期間，會(huì)產(chǎn)生較大的抽油桿的彈性伸長(zhǎng)，伸長(zhǎng)量在 米～ 米之間 ,預(yù)計(jì)在抽油機(jī)的地面沖程 30%～ 55%，因而其泵效如高出這個(gè)界限則是不正常的；另外通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，抽油機(jī)井泵效高的井，其動(dòng)液面深度較小，因而可以認(rèn)為，大多數(shù)井的工況為抽帶噴。 對(duì)于稠油區(qū)塊，由于流體粘度較高，采用摻稀生產(chǎn)，平均粘度雖有所下降，但隨流體在井筒內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)，溫度下降，到達(dá)井筒中上部時(shí)的粘度 仍會(huì)較高，由于粘度造成的摩擦負(fù)荷不僅不可忽視，高者會(huì)達(dá)到 104N 以上的水平，勢(shì)必造成與稀油區(qū)塊相比，在相同產(chǎn)液量條件下，能耗水平較高。 由于在現(xiàn)有的工藝技術(shù)水平條件下，抽油桿作為抽油機(jī)舉升的主要?jiǎng)恿鲃?dòng)部件，彈性損失的存在的必然的，而且彈性損失將隨著桿長(zhǎng)度的增加而增加。 另外，新的深井泵深抽舉升工藝的研究，目前仍在理論研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)階段，暫時(shí)還難以取得突破性的進(jìn)展。 通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，多數(shù)抽油機(jī)井電機(jī)的有功功率利用比較合理，但仍有一部分井的功率利用率在 20%以下，對(duì)于這部分井的電機(jī)仍有下調(diào)裝機(jī)功率的余地。 (2) 選井原則 ① 選井 覆蓋 不同機(jī)采方式、不同產(chǎn)能、不同泵掛 等狀況； ② 選取能夠連續(xù)正常生產(chǎn) 30天以上的機(jī)采井 ， 不選連抽 帶噴的機(jī)采井； ③ 優(yōu)先選取 2020年應(yīng)用新工藝機(jī)采井，包括側(cè)流泵、自動(dòng)補(bǔ)償泵、側(cè)流減載泵、16型抽油機(jī)、永磁無(wú)刷電機(jī)等。 表 31 按不同機(jī)采方式不同產(chǎn)能選井列表 生產(chǎn)方式 日產(chǎn)液 t/d 井?dāng)?shù) 抽油機(jī)井 010 3 1030 19 3060 13 ≥ 60 2 小計(jì) 37 電潛泵井 050 1 50100 5 ≥ 100 2 小計(jì) 8 合計(jì) 45 表 32 按不同機(jī)采 方式不同泵掛井列表 生產(chǎn)方式 泵掛 m 井?dāng)?shù) 抽油機(jī)井 ＜ 2020 15 20203000 14 30004000 6 ≥ 4000 2 小計(jì) 37 電潛泵井 ＜ 2020 4 ≥ 2020 4 小計(jì) 8 合計(jì) 45 西南石油大學(xué)工程碩士研究生學(xué)位論文 11 機(jī)采系統(tǒng)主要測(cè)試內(nèi)容 與計(jì)算方法 有桿抽油系統(tǒng) 包括： 原動(dòng)機(jī) (電機(jī) )、抽油機(jī)、抽油桿、抽油泵、井下管柱和井口裝置等 [27]。在能量每一次傳遞時(shí)都會(huì)損失一定的能量。 為了準(zhǔn)確的獲得系統(tǒng)各部分的能耗數(shù)據(jù)，需要采用一定的測(cè)試儀器，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)電機(jī)、減速器的轉(zhuǎn)速及功率進(jìn)行實(shí)測(cè)，并結(jié)合光桿示功圖、動(dòng)液面以及油壓、套壓、產(chǎn)液量和含水率等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。其目的主要是測(cè)試輸入功率，計(jì)算地面效率、井下效率及系統(tǒng)效率。η 4還可以再分解，但暫時(shí)沒(méi)做這一 工作，從而得到： 432145 ??????? ?????? (1)抽油機(jī)井效率計(jì)算方法 ① 有效功率 864002 gHQP ???? ? （ 31） 式中： 2P — 有效功率， kW； Q — 油井產(chǎn)液量， m3/d； H — 有效揚(yáng)程， m； ? — 油井液體密度， t/m3； g — 重力加速度， g =。 ③光桿功率 6 0 0 0 03 sdd nfSAP ???? （ 33） 式中： 3P — 抽油機(jī)井光桿功率， kW； A — 示功圖的面積， mm2； dS — 示功圖減程比， m/mm； df — 示功圖力比， N/mm； sn — 光桿實(shí)測(cè)平均沖次， min1。 ⑤ 抽油機(jī)的井下效率 %10032 ?? PPw? (35) 式中： w? — 抽油機(jī)系統(tǒng)井下效率 ， %； 2P — 抽油機(jī)井的輸入功率， kW； 3P — 抽油機(jī)井的光桿功率， kW。 ⑦平均系 統(tǒng)效率 機(jī)械 采油井的平均系統(tǒng)效率計(jì)算，采用輸入功率加權(quán)平均法計(jì)算，