程曉佳（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

叢式井一機(jī)雙采工藝平衡系統(tǒng)分析

程曉佳（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

在外圍油田開發(fā)過程中，受地理?xiàng)l件的限制，為節(jié)約投資，叢式井應(yīng)用逐年增多。為減少叢式井生產(chǎn)中的能耗，降低一次性投資，開展了叢式井一機(jī)雙采工藝技術(shù)研究。平衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為叢式井一機(jī)雙采工藝的關(guān)鍵技術(shù)，是決定該工藝是否能實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的重要因素。從電動(dòng)機(jī)做功入手對(duì)常規(guī)抽油機(jī)、一機(jī)雙采工藝的平衡系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，確定了一機(jī)雙采工藝平衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使抽油機(jī)的平衡度達(dá)到了最優(yōu)，保證了一機(jī)雙采工藝技術(shù)研究的順利進(jìn)行。

一機(jī)雙采 平衡系統(tǒng) 節(jié)能降耗

叢式井井口位于同一個(gè)平臺(tái)，相鄰油井井口間距一般在7~10m，滿足1臺(tái)抽油設(shè)備同時(shí)抽汲2口井的基本條件。為減少叢式井生產(chǎn)能耗，降低一次性投資，開展了叢式井一機(jī)雙采工藝技術(shù)研究。

1 常規(guī)曲柄平衡抽油機(jī)

常規(guī)曲柄平衡抽油機(jī)通過在曲柄上加平衡塊，使得在下沖程時(shí)懸點(diǎn)載荷和電動(dòng)機(jī)一起對(duì)平衡塊做功，而在上沖程時(shí)，平衡塊儲(chǔ)存的能量釋放出來和電動(dòng)機(jī)一起對(duì)懸點(diǎn)做功，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的平衡。

圖1為典型的減速箱曲柄扭矩曲線，由曲線可以得出在這種平衡方式中，平衡重在曲柄軸上所產(chǎn)生的平衡扭矩隨曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)按正弦規(guī)律變化。在常規(guī)曲柄平衡抽油機(jī)中，受其實(shí)際結(jié)構(gòu)制約，曲柄不可能無限短，連桿也不可能無限長，致使在這種抽油機(jī)中懸點(diǎn)載荷作用到曲柄軸上的載荷扭矩并不按正弦規(guī)律變化，即其隨曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)而變化的規(guī)律偏離了正弦規(guī)律；加上因懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的速度和加速度所帶來的附加動(dòng)載荷的影響，使這種“偏離”越發(fā)加劇。因此，這種曲柄平衡抽油機(jī)的平衡效果并不理想。

統(tǒng)計(jì)某油田敖包塔作業(yè)區(qū)40口六型機(jī)井，平均有功功率為3.53k W，利用這個(gè)數(shù)據(jù)，設(shè)定抽油機(jī)沖速為5 m i n-1，則可估算抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)在一個(gè)沖程所做的功，即：E=P有功?t=42 360 N?m。

通過計(jì)算可以看出常規(guī)曲柄平衡抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)做功較大，能耗較高。

2 叢式井一機(jī)雙采工藝

叢式井一機(jī)雙采工藝?yán)脜彩骄谕黄脚_(tái)的條件，通過1臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)2口油井的桿柱交替上下運(yùn)動(dòng)，使得兩側(cè)油井載荷共同作用于動(dòng)力軸上，實(shí)現(xiàn)雙井互動(dòng)自平衡。圖2為叢式井一機(jī)雙采工藝結(jié)構(gòu)簡圖。

叢式井一機(jī)雙采工藝由于取消了旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)的減速器、連桿及曲柄傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，2口井通過動(dòng)力輪相聯(lián)接，使得兩側(cè)油井載荷共同作用于動(dòng)力軸上，實(shí)現(xiàn)雙井互動(dòng)自平衡，其平衡效果要好于常規(guī)曲柄平衡抽油機(jī)。

由于該工藝通過1臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)2口油井的桿柱交替上下運(yùn)動(dòng)，因此平衡1號(hào)井上沖程過程的功等于2號(hào)井下沖程所做的功，反之平衡2號(hào)井上沖

程過程的功等于1號(hào)井下沖程所做的功[1]。設(shè)定2口井的參數(shù)完全一致時(shí)：

1號(hào)井上沖程懸點(diǎn)做功[2]：

2號(hào)井下沖程懸點(diǎn)做功[2]：

式中：

Eu、Ed——懸點(diǎn)在上、下沖程做的功；——抽油桿柱在液柱中的重力，N；——占據(jù)整個(gè)油管流通面積的液體重力，N；

s——光桿沖程，m。

1號(hào)井上沖程、2號(hào)井下沖程時(shí)電動(dòng)機(jī)做功：

1號(hào)井下沖程、2號(hào)井上沖程時(shí)電動(dòng)機(jī)做功：

式中：

Emu1、Emd1——1號(hào)井電動(dòng)機(jī)在上、下沖程做的功；

Eu1、Ed1——1號(hào)井懸點(diǎn)在上、下沖程所做的功；

Eu2、Ed2——2號(hào)井懸點(diǎn)在上、下沖程所做的功。

通過進(jìn)行一機(jī)雙采工藝現(xiàn)場試驗(yàn)井的優(yōu)選工作，錄取敖包塔作業(yè)區(qū)7組14口井的井口間距及各項(xiàng)生產(chǎn)參數(shù)。根據(jù)各項(xiàng)參數(shù)，以六型機(jī)為例，設(shè)定泵深為1 300m，桿徑19m m，泵徑32m m，原油密度為0.8 6×103k g/m3，沖程為3m，則在一個(gè)沖程電動(dòng)機(jī)做功為：

由于1個(gè)發(fā)電機(jī)帶2口井，當(dāng)2口井參數(shù)完全一致時(shí)，相當(dāng)于1口井電動(dòng)機(jī)所做功的一半，為：

通過計(jì)算可以看出，其電動(dòng)機(jī)做功情況也要好于曲柄平衡抽油井。

3 系統(tǒng)評(píng)價(jià)

通過以上計(jì)算得出一機(jī)雙采工藝電動(dòng)機(jī)需做功來平衡油管內(nèi)的液柱做功，因此可以采用以下兩種形式（圖3）在抽油機(jī)上加載輔助平衡塊來平衡部分液柱做功，從而減少電動(dòng)機(jī)做功。

設(shè)定2口井的參數(shù)完全一致，輔助平衡塊上沖程做功為E1u，下沖程做功為E1d；那么1號(hào)井上沖程、2號(hào)井下沖程時(shí)電動(dòng)機(jī)做功：

1號(hào)井下沖程、2號(hào)井上沖程時(shí)電動(dòng)機(jī)做功：

輔助平衡塊上、下沖程做功相等，即：

由以上計(jì)算可以看出，在2口井生產(chǎn)參數(shù)完全相同的情況下，在抽油機(jī)加輔助平衡塊后電動(dòng)機(jī)在一個(gè)沖程內(nèi)所做的功仍為同時(shí)由于加輔助平衡塊后使整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，能耗損失加大，電動(dòng)機(jī)所做的無用功勢必增加，所以現(xiàn)有的平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)已比較合理，無需再進(jìn)行改進(jìn)。

[1]王全賓,肖文生.直線電機(jī)抽油機(jī)與游梁式抽油機(jī)工作性能對(duì)比[J],石油礦場機(jī)械,2 0 0 9(1 2):2 7-3 0.

[2]陳濤平,胡靖邦.石油工程[M].石油工業(yè)出版社,2 0 0 2:2 7 4-2 8 7.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.04.004

程曉佳，2008年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，石油工程專業(yè)，從事采油工程規(guī)劃等工作，E－m a i l：k e k e 6908 5@163.c o m，地址：黑龍江省大慶市大同區(qū)第七采油廠工程技術(shù)大隊(duì)，163517。

2012-02-14）