论文部分内容阅读
摘 要：油井的沉没度是衡量油井生产管理水平与工况优劣的重要指标，但是在长期的生产中，油井的沉没度都是根据经验而定，一个区块甚至整个油田都在使用一个固定值，这难免造成沉没度不合理现象，从而使油井系统效率较低，造成大量的能源浪费，同时加剧了机械损耗，甚至影响油井正常生产。因此，研究适应新时期油井生产需要，以提高机采井系统效率、降低生产成本和机采井能耗为目标的合理沉没度具有重要的现实意义。
关键词：沉没度 系统效率 能耗
合理的沉没度能够提升油井的管理水平，使油井在确保抽油系统正常运作的前提下，消耗较低的油藏能量和电力，来获取最大产量和最高经济效益；同时降低能耗，延长油井检泵周期，降低油田开发成本，有利于油藏的开发管理，保持合理的井底流动压力，使油井和地层达到供采平衡。目前现场上油井合理沉没度的确定，基本上都是靠经验值，这样做是很不科学的，因为随着油井生产的进行与各种措施的实行，油层的供液状况、油藏流体物性参数、抽油设备的生产状况都在不断发生变化，如果不对油井的生产参数做相应的调整，势必影响油井的正常生产，甚至发生油井故障。
一、抽油机井沉没度与重点指标的关系
1、沉没度与系统效率的关系
抽油井系统效率是衡量抽油井的综合指标，也是反映抽油机工作水平高低的重要参数，常規的系统效率计算方法为[1]：
?=Q×H×ρ×g/86400×P（1）
式中：?有效功率，KW；Q油井产液量，m3/d；H有效扬程，m；ρ油井液体密度，t/m3；g重力加速度，m/s2；P抽油机的有功功率。
油井有效扬程：H=Hd+1000Po-Pc）/ρ×g（2）
式中：H有效扬程，m；Hd油井动液面深度，m；Po井口油压，MPa；Pc井口套压，MPa。
油井动液面深度：Hd=L-Hm（3）
式中：Hd油井动液面深度，m；L油井泵挂深度，m；Hm油井沉没度，m。
整理得出系统效率公式：?={Q×（L-Hm）×ρ×g+1000×Q×（Po-Pc）}/86400×W（4）
由上式可看出：提高抽油井的有效扬程可以提升系统效率。而决定有效扬程高度是油井的动液面深度，也就是说大限度地降低井液进泵所需的沉没度，就能提高了举升系统效率。
需要注意的是并非是越小越好，油井的沉没度过低，泵在供液不足的状况下抽汲时，会产生液击现象，并导致额外的冲击载荷，液击使杆管最大载荷与最小载荷的差值增大，此外油井沉没度小，油套环形空间内的液体就少，对油管的径向束缚力就小油管的径向摆动就会相对剧烈，易引起杆、管断脱。
2、沉没度与泵效的影响
影响泵效的因素很多总的来说可以归纳为四个方面：一是抽油杆和油管在抽油机上下冲程过程中，油管和抽油杆受交变载荷产生弹性伸缩，导致泵效下；二是受气体或供液不足影响，充满系数降低导致泵效下降；三是由于漏失的影响，抽油机泵阀、泵筒与活塞间隙以及油管柱产生的漏失，泵充满系数下降，导致泵效下降；四是经地面脱气与降温后液体体积收缩的影响[2]-[7]。
3、沉没度与百米吨液耗电的关系
百米吨液耗电是衡量抽油机井能耗情况最重要技术指标，也是反映抽油机井节能水平高低的一项重要指标。
百米吨液耗电：
X=100×W/（Q×H）（5）
式中：X百米吨液耗电，kWh/102m.t；W——吨液耗电，kWh/t；Q油井实际日产液量，m3/d；H有效扬程，m。
W=P×24/Q（6）
式中：Q油井实际日产液量，m3/d；P有功功率，kW。
由上述公式可以看出：抽油机吨液百米耗电与抽油机井有功功率、有效扬程及产液量有一定比例关系。
二、实例分析
以A井为例，按照上述公式分别以泵效和系统效率作为目标函数绘制沉没度与泵效和系统效率的关系曲线，把两条曲线绘制在同一个坐标系下，如下图所示。
表一：A井基础数据
原油密度
（kg/m3） 0.8887 油层中深（m） 2000 含水率（%） 46
原油粘度
（mpa.s） 36.9 动液面（m） 1869 产液量（m3/d） 4.2
生产气油比（m3/m3） 6 油层压力（Mpa） 10.94 产油量（t/d） 2.2
套管内径（mm） 139.7 泵径（mm） 44 套管深度（m） 2587
图1：沉没度与泵效和系统效率的关系曲线的关系曲线
从上图可以明显看出，随着沉没度的增加，泵效先增加，达到最大值后再增加沉没度泵效会略有下降；随着沉没度的增加，系统效率也是先增加，达到最大值后，再增加沉没度，系统效率逐渐下降；泵效和系统效率不能在同一点取得最大值，当沉没度为340米时泵效取得最大值，而使系统效率取得最大值时的沉没度为170米，因此系统效率比泵效先达到最优值，即最优泵
（下转第页）
（上接第页）
效时的沉没度并不是最经济有效的沉没度。
图2：沉没度与百米吨液耗电和系统效率的关系曲线的关系曲线
由图可见，当沉没度小于170m时，系统效率随沉没度增加而增加；沉没度大于100m时，系统效率随沉没度增加而降低。最高系统效率出现在沉没度为100～200m的区间。百米吨液耗电随沉没度增加整体呈上升趋势，最低耗电出现在沉没度为100～210m的区间。
四、现场应用
利用上述理论，自2013年以来现场对沉没度不合理井实施参数优化8井次，油井优化后初期平均单井增油0.3t/d，液面下降86m，系统效率提高0.95个百分点，日均节电12度；现场应用表明，5口井均取得了良好的增油和节能效果，同时还有助于延长油井的检泵周期，降低生产成本。
五、结论
1.沉没度相同时，含水越高，油井泵效越高，含水越高，泵效达到最大值时，所需沉没度越小。
2.系统效率随沉没度增加先升后降，最高系统效率出现在沉没度为170～340m的区间。
3.沉没度在200～250m处的平均百米吨液耗电较低并且平均系统效率较高，是较为合理的沉没度范围。
参考文献：
[1]王鸿勋，张琪.采油工艺原理[M].北京：石油工业出版社，1989.
[2]陈东辉，周胜龙.抽油机变频装置合理沉没度摸索试验及增产节能效果分析[J].大庆石油地质与开发，2005，24（增刊）：61-63
[3]窦宏恩.提高有杆抽油系统效率的新理论与新技术[J].石油机械，2001，5：45-47.
[4]叶连波，刘玉梅.提高机采井系统效率的理论与措施[J].油气井测试，2004，4：15-17，106-107.
关键词：沉没度 系统效率 能耗
合理的沉没度能够提升油井的管理水平，使油井在确保抽油系统正常运作的前提下，消耗较低的油藏能量和电力，来获取最大产量和最高经济效益；同时降低能耗，延长油井检泵周期，降低油田开发成本，有利于油藏的开发管理，保持合理的井底流动压力，使油井和地层达到供采平衡。目前现场上油井合理沉没度的确定，基本上都是靠经验值，这样做是很不科学的，因为随着油井生产的进行与各种措施的实行，油层的供液状况、油藏流体物性参数、抽油设备的生产状况都在不断发生变化，如果不对油井的生产参数做相应的调整，势必影响油井的正常生产，甚至发生油井故障。
一、抽油机井沉没度与重点指标的关系
1、沉没度与系统效率的关系
抽油井系统效率是衡量抽油井的综合指标，也是反映抽油机工作水平高低的重要参数，常規的系统效率计算方法为[1]：
?=Q×H×ρ×g/86400×P（1）
式中：?有效功率，KW；Q油井产液量，m3/d；H有效扬程，m；ρ油井液体密度，t/m3；g重力加速度，m/s2；P抽油机的有功功率。
油井有效扬程：H=Hd+1000Po-Pc）/ρ×g（2）
式中：H有效扬程，m；Hd油井动液面深度，m；Po井口油压，MPa；Pc井口套压，MPa。
油井动液面深度：Hd=L-Hm（3）
式中：Hd油井动液面深度，m；L油井泵挂深度，m；Hm油井沉没度，m。
整理得出系统效率公式：?={Q×（L-Hm）×ρ×g+1000×Q×（Po-Pc）}/86400×W（4）
由上式可看出：提高抽油井的有效扬程可以提升系统效率。而决定有效扬程高度是油井的动液面深度，也就是说大限度地降低井液进泵所需的沉没度，就能提高了举升系统效率。
需要注意的是并非是越小越好，油井的沉没度过低，泵在供液不足的状况下抽汲时，会产生液击现象，并导致额外的冲击载荷，液击使杆管最大载荷与最小载荷的差值增大，此外油井沉没度小，油套环形空间内的液体就少，对油管的径向束缚力就小油管的径向摆动就会相对剧烈，易引起杆、管断脱。
2、沉没度与泵效的影响
影响泵效的因素很多总的来说可以归纳为四个方面：一是抽油杆和油管在抽油机上下冲程过程中，油管和抽油杆受交变载荷产生弹性伸缩，导致泵效下；二是受气体或供液不足影响，充满系数降低导致泵效下降；三是由于漏失的影响，抽油机泵阀、泵筒与活塞间隙以及油管柱产生的漏失，泵充满系数下降，导致泵效下降；四是经地面脱气与降温后液体体积收缩的影响[2]-[7]。
3、沉没度与百米吨液耗电的关系
百米吨液耗电是衡量抽油机井能耗情况最重要技术指标，也是反映抽油机井节能水平高低的一项重要指标。
百米吨液耗电：
X=100×W/（Q×H）（5）
式中：X百米吨液耗电，kWh/102m.t；W——吨液耗电，kWh/t；Q油井实际日产液量，m3/d；H有效扬程，m。
W=P×24/Q（6）
式中：Q油井实际日产液量，m3/d；P有功功率，kW。
由上述公式可以看出：抽油机吨液百米耗电与抽油机井有功功率、有效扬程及产液量有一定比例关系。
二、实例分析
以A井为例，按照上述公式分别以泵效和系统效率作为目标函数绘制沉没度与泵效和系统效率的关系曲线，把两条曲线绘制在同一个坐标系下，如下图所示。
表一：A井基础数据
原油密度
（kg/m3） 0.8887 油层中深（m） 2000 含水率（%） 46
原油粘度
（mpa.s） 36.9 动液面（m） 1869 产液量（m3/d） 4.2
生产气油比（m3/m3） 6 油层压力（Mpa） 10.94 产油量（t/d） 2.2
套管内径（mm） 139.7 泵径（mm） 44 套管深度（m） 2587
图1：沉没度与泵效和系统效率的关系曲线的关系曲线
从上图可以明显看出，随着沉没度的增加，泵效先增加，达到最大值后再增加沉没度泵效会略有下降；随着沉没度的增加，系统效率也是先增加，达到最大值后，再增加沉没度，系统效率逐渐下降；泵效和系统效率不能在同一点取得最大值，当沉没度为340米时泵效取得最大值，而使系统效率取得最大值时的沉没度为170米，因此系统效率比泵效先达到最优值，即最优泵
（下转第页）
（上接第页）
效时的沉没度并不是最经济有效的沉没度。
图2：沉没度与百米吨液耗电和系统效率的关系曲线的关系曲线
由图可见，当沉没度小于170m时，系统效率随沉没度增加而增加；沉没度大于100m时，系统效率随沉没度增加而降低。最高系统效率出现在沉没度为100～200m的区间。百米吨液耗电随沉没度增加整体呈上升趋势，最低耗电出现在沉没度为100～210m的区间。
四、现场应用
利用上述理论，自2013年以来现场对沉没度不合理井实施参数优化8井次，油井优化后初期平均单井增油0.3t/d，液面下降86m，系统效率提高0.95个百分点，日均节电12度；现场应用表明，5口井均取得了良好的增油和节能效果，同时还有助于延长油井的检泵周期，降低生产成本。
五、结论
1.沉没度相同时，含水越高，油井泵效越高，含水越高，泵效达到最大值时，所需沉没度越小。
2.系统效率随沉没度增加先升后降，最高系统效率出现在沉没度为170～340m的区间。
3.沉没度在200～250m处的平均百米吨液耗电较低并且平均系统效率较高，是较为合理的沉没度范围。
参考文献：
[1]王鸿勋，张琪.采油工艺原理[M].北京：石油工业出版社，1989.
[2]陈东辉，周胜龙.抽油机变频装置合理沉没度摸索试验及增产节能效果分析[J].大庆石油地质与开发，2005，24（增刊）：61-63
[3]窦宏恩.提高有杆抽油系统效率的新理论与新技术[J].石油机械，2001，5：45-47.
[4]叶连波，刘玉梅.提高机采井系统效率的理论与措施[J].油气井测试，2004，4：15-17，106-107.