侯宇 張婉情 王洋 孫延安 汪清波 鞏宏亮 戚興 張凱波 鄭東志 董巧玲 徐福軍

（1.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院；2.黑龍江省油氣藏增產(chǎn)增注重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

隨著某油田開(kāi)發(fā)的不斷深入，低產(chǎn)低滲井逐年增多[1]，針對(duì)常規(guī)游梁式抽油機(jī)效率低、桿管偏磨嚴(yán)重、管理難度大等問(wèn)題，開(kāi)展了超長(zhǎng)沖程采油技術(shù)研究，取得了良好的應(yīng)用效果。隨著超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)推廣應(yīng)用規(guī)模逐年擴(kuò)大，如何優(yōu)化調(diào)整運(yùn)行參數(shù)使舉升效率提高是一個(gè)十分重要的研究方向[2-3]。

1 超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)概況

超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)以長(zhǎng)沖程、低沖次、大泵徑機(jī)采系統(tǒng)為目標(biāo)，在機(jī)、桿、泵3個(gè)方面完成了技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了“超長(zhǎng)沖程，超低沖次”的舉升理念[4]。

1.1 技術(shù)原理及構(gòu)成

通過(guò)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)，經(jīng)行星減速器同軸減速后帶動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)柔性繩、井下抽油桿及超長(zhǎng)沖程抽油泵完成整個(gè)采油過(guò)程[5]，超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖1。

1）動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：采用永磁同步電動(dòng)機(jī)和行星減速器一體化集成設(shè)計(jì)，直接驅(qū)動(dòng)井下載荷，優(yōu)化整機(jī)結(jié)構(gòu)，提高傳動(dòng)效率。

2）柔性光桿：內(nèi)部采用多重鋼絲纏繞結(jié)構(gòu)，提高抗拉、抗彎強(qiáng)度；外部采用特殊高分子涂層，實(shí)現(xiàn)上、下沖程交變載荷下，與內(nèi)部鋼絲繩形變一致，保證可靠密封，延長(zhǎng)使用壽命。

3）超長(zhǎng)沖程抽油泵：針對(duì)50 m超長(zhǎng)沖程抽油泵運(yùn)輸和下井困難問(wèn)題，研發(fā)了多級(jí)泵筒連接工藝技術(shù)，采用特殊加工工藝，實(shí)現(xiàn)泵筒連接內(nèi)徑同心度小于0.02 mm，內(nèi)孔與連接螺紋同軸度小于0.01 mm，多級(jí)泵筒無(wú)縫同軸連接。

圖1 超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)

1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1）系統(tǒng)效率高：超長(zhǎng)沖程、超低沖次的運(yùn)行方式，沖程損失比例小，僅為常規(guī)抽油機(jī)的1/13，大幅提高泵效[6]。

2）檢泵周期長(zhǎng)：同排量情況下，超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)每天沖次僅為常規(guī)游梁式抽油機(jī)的1/60，桿管磨損次數(shù)顯著降低。

3）清蠟效果好：配備專(zhuān)用井筒刮蠟器，隨抽油桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)對(duì)全井筒進(jìn)行清蠟。

4）管理效率高：通過(guò)控制裝置直讀日產(chǎn)液量、動(dòng)液面、電參及功圖等參數(shù)，降低人工成本。

1.3 技術(shù)系列化

目前，超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)已形成產(chǎn)品系列化，共有4種機(jī)型，技數(shù)參數(shù)見(jiàn)表1，滿足井斜角≤30°、泵掛深度≤1 500 m、日產(chǎn)液量≤40 m3機(jī)采井舉升需求，如表1所示。

2 運(yùn)行參數(shù)調(diào)節(jié)方法

2.1 沖程調(diào)節(jié)

與游梁式抽油機(jī)相比，超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的主要特點(diǎn)在于沖程1～50 m范圍內(nèi)無(wú)級(jí)可調(diào)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，考慮到井下防沖距及滾筒安全繩等長(zhǎng)度要求，一般將沖程設(shè)定在48 m左右[7]，沖程調(diào)節(jié)操作可直接在控制柜操作面板及觸摸顯示屏上完成。

2.2 沖次調(diào)節(jié)

超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)沖次在1～8次/h無(wú)級(jí)可調(diào)[8]，具體是通過(guò)改變上行繩速、下行繩速、上等待時(shí)間及下等待時(shí)間運(yùn)行參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其計(jì)算公式為：

式中：n為沖次，次/h；T上行為上行程時(shí)間，s；T下行為下行程時(shí)間，s；T上等待為上死點(diǎn)等待時(shí)間，s；T下等待為下死點(diǎn)等待時(shí)間，s；S為沖程，m；v上行為上行繩速，m/s；v下行為下行繩速，m/s。

2.2.1 繩速調(diào)節(jié)

游梁式抽油機(jī)常規(guī)工作運(yùn)行參數(shù)為沖程3 m，沖次6次/min，經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，光桿運(yùn)行速度為0.6 m/s。超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)目前現(xiàn)場(chǎng)柔性光桿運(yùn)行速度為0.06～0.21 m/s，平均繩速0.12 m/s，與游梁式抽油機(jī)相比，光桿運(yùn)行速度大幅降低。

柔性光桿上、下行程運(yùn)行速度是通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)上、下運(yùn)行頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。控制柜顯示主界面見(jiàn)圖2，點(diǎn)擊主界面“上行頻率”、“下行頻率”數(shù)字處，輸入需要調(diào)節(jié)的頻率即可。需注意單次調(diào)節(jié)頻率勿大于10 Hz，以免對(duì)機(jī)器造成損傷，如需進(jìn)行大幅調(diào)速，可通過(guò)少量多次的操作方式完成。

式中：k為比例系數(shù)；f上行為上行頻率，Hz；f下行為下行頻率，Hz。

圖2 控制柜顯示屏主界面

2.2.2 等待時(shí)間調(diào)節(jié)

超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)可通過(guò)調(diào)節(jié)等待時(shí)間實(shí)現(xiàn)間歇采油[9]。控制柜顯示屏安裝參數(shù)設(shè)定界面見(jiàn)圖3，在顯示屏上點(diǎn)擊“菜單”鍵，進(jìn)入“安裝參數(shù)設(shè)置”頁(yè)面，單擊“上等待時(shí)間”及“下等待時(shí)間”，輸入需要調(diào)節(jié)的等待時(shí)間即可完成調(diào)節(jié)。

圖3 控制柜顯示屏安裝參數(shù)設(shè)定界面

表1 超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)不同型號(hào)下的額定載荷對(duì)比

表2 不同運(yùn)行繩速現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

表3 不同等待時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

表4 相同日產(chǎn)液量下不同沖次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

3 不同運(yùn)行參數(shù)對(duì)舉升效果影響測(cè)試

超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用節(jié)能提效效果明顯，適用于φ38 mm、φ44 mm、φ51 mm、φ70 mm、φ80 mm五種抽油泵，推廣數(shù)量逐年攀升，但目前缺少統(tǒng)一的參數(shù)優(yōu)化調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)[10]。為進(jìn)一步挖掘設(shè)備潛力，提升舉升效率，在A采油廠B井開(kāi)展了不同運(yùn)行參數(shù)下舉升效果現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，本次試驗(yàn)保持泵徑、泵深、沖程不變，主要探究不同運(yùn)行繩速、等待時(shí)間對(duì)泵效及系統(tǒng)效率的影響，為超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)參數(shù)優(yōu)化調(diào)整提供指導(dǎo)方向及理論支撐。

3.1 不同運(yùn)行繩速對(duì)舉升效果影響測(cè)試

保持沉沒(méi)度、沖次及等待時(shí)間不變，通過(guò)調(diào)節(jié)上、下運(yùn)行繩速，測(cè)量B井日產(chǎn)液量及日耗電量變化，不同運(yùn)行繩速現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試見(jiàn)表2，隨著上行繩速提高、下行繩速下降，泵效由63.11%提高至65.26%，系統(tǒng)效率由16.87%提高至17.38%。

3.2 不同等待時(shí)間對(duì)舉升效果影響測(cè)試

保持沉沒(méi)度、沖次及運(yùn)行繩速不變，通過(guò)調(diào)節(jié)上、下等待時(shí)間，測(cè)量B井日產(chǎn)液量及日耗電量變化，不同等待時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試見(jiàn)表3，隨著上等待時(shí)間縮短、下等待時(shí)間延長(zhǎng)，泵效由66%提高至66.61%，系統(tǒng)效率由18.18%提高至18.59%。

3.3 相同日產(chǎn)液量下不同沖次對(duì)舉升效果影響測(cè)試

根據(jù)上述現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果可知，在保持沖次不變的前提下，通過(guò)調(diào)節(jié)上、下運(yùn)行繩速及上、下等待時(shí)間，可有效提高泵效及系統(tǒng)效率，由于優(yōu)化過(guò)程中理論排量沒(méi)有發(fā)生變化，泵效提高會(huì)導(dǎo)致實(shí)際日產(chǎn)液量提升，降低井下沉沒(méi)度。為保證油井處于合理流壓狀態(tài)生產(chǎn)，應(yīng)在保持日產(chǎn)液量不變的前提下，通過(guò)優(yōu)化調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，系統(tǒng)效率進(jìn)一步提高，由19.15%提高至19.43%，相同日產(chǎn)液量下不同沖次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試見(jiàn)表4。

4 結(jié)論

1）在根據(jù)井下液面恢復(fù)速度確定超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)沖程及沖次情況下，應(yīng)適當(dāng)提高上行繩速、降低下行繩速，減少超長(zhǎng)沖程抽油泵上行過(guò)程漏失量，提升舉升效果。

2）在確定超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)沖程、沖次及運(yùn)行繩速情況下，應(yīng)適當(dāng)縮短上等待時(shí)間、延長(zhǎng)下等待時(shí)間，保證泵筒內(nèi)井液充分進(jìn)入柱塞上方，為超長(zhǎng)沖程抽油泵上行過(guò)程提液做準(zhǔn)備，提升舉升效果。

3）在超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化調(diào)整后，為保證處于合理流壓下生產(chǎn)，應(yīng)在泵效提高的前提下繼續(xù)適當(dāng)延長(zhǎng)下等待時(shí)間，保持日產(chǎn)液量不變，降低運(yùn)行沖次，提高油井生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)能耗，進(jìn)一步提升舉升效果。

4）當(dāng)油井供液能力較強(qiáng)時(shí)，可在降低沖次的前提下適當(dāng)提高沖次，擴(kuò)大超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)排量適應(yīng)性。

5）進(jìn)行的試驗(yàn)均在目前設(shè)備允許繩速情況下，即最大0.21 m/s，與常規(guī)游梁式抽油機(jī)光桿運(yùn)行速度相比還有很大的空間。下步可繼續(xù)擴(kuò)大設(shè)備允許繩速，通過(guò)試驗(yàn)找到參數(shù)調(diào)整臨界點(diǎn)，確定最佳運(yùn)行繩速，進(jìn)一步優(yōu)化超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。