机采井提高系统效率技术研究与应用_王俊锋.pdf

2023 年 第 4 期 化学工程与装备 2023 年 4 月 Chemical Engineering&Equipment 147 机采井提高系统效率技术研究与应用 机采井提高系统效率技术研究与应用 王俊锋（大庆油田有限责任公司，黑龙江 大庆 163000）摘 要：摘 要：通过调查外围油田开发现状，了解到随着低渗透、致密油储层相继开发，低产井、定向井、水平井数量逐年增加，井况条件不断变差，低效运行问题突出。阐述了发明的盘形低速大扭矩永磁电机，平均系统效率提高 2.32%，综合节电率 14.69%；应用连续管采油作业一体化技术，采油作业班组人员减少 8人，作业效率提高 2 天/口。关键词：关键词：系统效率；老井；新井；举升 前 言 前 言 通过以抽油机井系统效率评价为抓手，以方案设计为源头，开展抽油机、抽油杆、抽油泵合理匹配及生产运行参数的优化调整，在新井设计和老井调参两方面实现系统效率持续提升。综合考虑水驱、聚驱、复合驱不同驱替方式采出液粘度，不同冲程、冲次、泵深等工况对系统能耗的影响，修正了传统电参数计算公式，实现抽油机系统不同组合下能耗的精细描述，为新井效益建产方案设计提供精准理论支持。建立抽油机系统优化及节能措施优选匹配模板，明确优化方向及措施界限。现场应用模板分类治理低效井 1536 口，其中抽油机运行参数调整、杆柱设计优化 388 口井，节电率15.8%；小节点优化措施 1148 口井，节电率 3.0%。1 老井升级改造 1 老井升级改造 经过多年的技术攻关与现场应用，等壁厚定子螺杆泵采油技术、抽油机柔性动态控制技术、抽油机不停机智能间抽技术成熟定型，成为目前油田机采井提质增效的主要技术手段，已具备工业化应用条件。1.1 等壁厚螺杆泵提效 为进一步提高螺杆泵举升性能，将等壁厚结构和短幅内摆型线相结合，对常规等壁厚螺杆泵进行型线优化和参数优选，研制定型了新型短幅内摆等壁厚螺杆泵，与常规泵相比检泵周期明显延长，系统效率得到有效提高，可在复合驱油井加大应用力。现场试验102口井，泵效61.6%，沉没度271m，系统效率 37.2%，最长免修期 987 天，与常规泵相比泵效提高 10.3%，系统效率提高 6.5%，节电率 10.8%。1.2 柔性动态控制技术 针对油田抽油机“大马拉小车”情况严重的问题，研发了抽油机柔性动态控制技术，把原来衡转速、变功率运行转变为变转速、衡功率运行，能够替代常规变频调参手段3，大幅降低峰值功率及波动幅度，实现系统随载荷变化的动态优化控制和高效运行（如表 1 所示）。累计应用 1146 口井，运行峰值功率降低 43.4%，系统效率提高 4.8%，节电率17.1%，减速箱最大振幅降低 76.2%。表 1 抽油机柔性动态控制技术运行统计表 表 1 抽油机柔性动态控制技术运行统计表 序号油井工况 应用效果 1 合理沉没度井 削峰填谷，提效节能 2 高沉没度井 耗电不升，提高举升能力 3 低沉没度井 产量不降，节能效果显著 4 高负载井 降低功率峰值，保证时率 1.3 不停机智能间抽 针对常规间抽井存在生产及管理难题，在抽油机柔性动态控制基础上，扩大应用范围，在产量递减快、产量波动的大排量抽油机井开展现场试验，攻关了抽油机不停机智能间抽技术。在新投产区块开展示范应用，利用常规电机和不停机控制装置取代节能控制柜和节能电机，进一步降低成本。常规间抽井存在问题：停机时间长、液面波动大，无法保证油井合理流压稳定生产，影响产量；雨季、冬季井场道路条件差，无法及时执行间抽制度，影响节能优势发挥；人工启停机工作量大，间抽制度执行和管理难度大。目前，已形成了不停机间抽控制系统和工作制度自动优化控制方法等核心技术，通过实时监测功图和功率，判断抽油泵充满度，自动调整连续运行和摆动运行时间，实现了油井全过程自动优化运行，保证了高效生产。采取四种办法：一是通过曲柄低耗摆动、停泵不停机，实现了无人值守的个性化、自动间歇采油，大幅降低管理难度和人力成本，以技术创新带动管理提升;二是实现了间抽井稳定流压生产，充分发挥了油井产能，工作制度实现分钟化周期管理，液面波动可控制在 20 米以内;三是提高泵效，大幅减少了低效工作时间，减少抽汲次数 30%以上，检泵周期大幅延长，节能效果显著；四是调参范围大，在不改变原有设备基础上能够使排量下调 95%以上，适用于日产液量 0.530m3油井全过程生产需求。目前，累计在用 6668 口井，与常规间抽相比，吨液百米耗电由3.23kWh下降到2.11kWh，泵效提高8.9%，系统效率提高 3.8%，节电率 22%，具备了全面替代在役间抽井应用条件。DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.04.012148 王俊锋：机采井提高系统效率技术研究与应用 1.4 永磁半直驱举升 皮带维护是抽油机井日常管理的重要内容，工作量大且影响传动效率。每年皮带更换调整工作量将近 100 万井次，人员工时约 120 万小时，维护费用 8661 万元（如表 2 所示）。为降低投资维护费用，设计新型永磁半直驱抽油机并开展现场试验。优化抽油机电机安装部分的结构，增加安全性能、降低抽油机成本；优化电机定位及连接结构等关键部位，提高安装精度和速度、降低安装维护费用；形成研、产、用一体化机制，扩大永磁半直驱抽油机应用规模。完成永磁半直驱抽油机研发，现场试验 15 口井，投资维护费用降低 10%以上。表 2 油田抽油机每年皮带维护费用表 表 2 油田抽油机每年皮带维护费用表 项目 年频次（万次）人员（万次）车辆（万次）年费用（万元）调松紧 72.2 144.4 72.2 更换 皮带 24.1 48.2 24.1 8661 2 新井效益建产 2 新井效益建产 2.1 超长冲程采油 针对外围机采井泵效低、杆管偏磨严重等问题，以长冲程、低冲次、大泵径机采系统为目标，在抽油机、抽油杆、抽油泵 3 个方面完成了技术创新，实现了超长冲程、超低冲次的高效举升理念。超长冲程抽油机：采用永磁同步电机和新型减速器一体化集成设计，直接驱动井下载荷，优化整机结构，提高传动效率。柔性光杆：内部采用多重钢丝缠绕结构，提高抗拉、抗弯强度；外部采用特殊高分子涂层，实现上、下冲程交变载荷下，与内部钢丝绳形变一致，保证可靠密封，延长使用寿命。超长冲程抽油泵：采用特殊加工工艺，实现多级泵筒无缝同轴连接。为解决载荷平衡和倒发电再利用问题，研发了机械式一机双井和电控式一柜双井两种类型的一拖二抽油机。前者两井载荷相互平衡，降低电机功率，减少一套动力系统，降低一次性投资，适用井距 930m，适用范围广；后者两井用电发电互相利用，节约电能，减少一台控制柜，降低一次性投资，适用井距范围灵活。与此同时，扩大超长冲程采油技术适用性：改进柔性光杆结构及加工工艺，提升承载能力，适应老区中、大排量井况；为满足外围泵挂 1500m 以上深井举升需求，拟配套应用碳纤维连续抽油杆，降低悬点载荷，保证系统运行可靠；研制多级柔性柱塞防卡抽油泵，满足不同驱替方式举升需求对示范区 108 口抽油机井进行数字化管理，提升运行效率和管理水平。现场试验 243 口井，冲程 44.2m，冲次 4.2h-1，泵深1344m，日产液 6.7m3，沉没度 318m，最长免修期达 1500 天，泵效由 21.9%提至 64.9%，系统效率由 10.8%提至 18.7%，节电率 55.4%，具备日产液 40m3以下油井推广应用条件。2.2 塔架式抽油机采油 塔架式抽油机改变了游梁式抽油机的平衡方式和传动方式，具有冲程长、传动环节少、装机功率小、机械效率高及调参方便等优点。现场应用各类塔架式抽油机 436 口井，平均日产液 42m3，与常规游梁抽油机相比，装机功率由 37kW下降到22kW，系统效率由24.2%提高到32.1%，节电率23.2%。（1）新型塔架式抽油机 目前在用塔架式抽油机种类较多，为了进一步提高其综合性能，设计研发了新型塔架式抽油机，目前在 X 采油厂应用 11 台，正在进行效果评价。（2）塔架式一机双井采油 随着井网加密以及平台井逐年增多，为进一步降低一次性投资和运行成本，开发研制了特别适合小井距使用的一机双井抽油机并开展了现场试验。一台抽油机同时驱动两口井，通过永磁电机正反转带动两口井抽油杆交替上下运行，实现两口井载荷互相平衡。两口井冲次相同，冲程可不同；可两口井同时运行，也可单井运行。2.3 共直流母线抽油机群控 前期试验应用的共直流母线抽油机群控技术，大幅减少了变压器数量和容量，实现多井能量回馈和错峰运行，取得较好的试验效果，对技术升级完善并扩大应用规模和应用范围。优化群控系统变压器功率、油井数量、生产参数等设计，进一步降低运行能耗和设备投资。完善控制方法，进一步提高功图、产量、动液面的准确性与适应性。通过采集动液面、电参、载荷、产量等参数，利用大数据进行漏失、结蜡等趋势性预警。开展 98 口井现场试验及跟踪评价，形成抽油机自动优化运行技术，节电率 21%。3 攻关技术研发应用 3 攻关技术研发应用 3.1 连续管采油作业 针对目前无杆采油电缆重复利用率低、清防蜡成本高和作业效率低的问题，攻关敷缆复合连。续管和内置电缆钢制连续管采油技术及作业装备研究应用，定型一体化技术系列和管理模式。研发 2 套无杆采油工艺及配套工具：通过技术集成及试验，优化机组和电缆结构，研制井口悬挂与密封、井底连接与穿越工具；开发智能控制系统，形成“机、泵、管、缆、控”智能一体化技术，实现一根连续管柱具备采油、供电、加热防蜡、信号传输多种功能；定型敷缆复合和内置电缆钢制连续管采油工艺。研发 2 套作业装备及配套工具：攻关同时满足敷缆复合和钢制连续管作业的注入头、扩容式滚筒、防喷系统等关键技术；研究井下连泵工具与作业工具快速转换、连接和管柱回接、加深、重复起下等技术；定型两车装和轨道式撬装化作业装备。3.2 低成本直驱抽油机智能举升 针对外围抽油机井降机型困难，一次性投资高，运行能耗高，日常维护工作量大，管理困难等问题，开展低成本直 王俊锋：机采井提高系统效率技术研究与应用 149 驱抽油机智能举升技术研究。工作原理：直驱抽油机传动系统通过电机正反转，带动减速箱齿轮和丝母旋转，进而带动滚珠丝杆、抽油杆和泵柱塞上下往复运动，举升井液至地面。技术优势：节省基础及安装，一次性投资降低 30%；维护保养点少，维护费用降低 40%；调参方便，无外露部件，实现更高效安全管理运行。3.3 大斜度井电动潜油隔膜泵举升 针对现有的无杆举升技术效率低、一次性投资大、受举升介质影响大等问题，开展了适用于水平井和大斜度径向井的电动潜油隔膜泵技术研究。形成日产液小于 10m3，扬程1600m 的适应大斜度井的电动潜油隔膜泵举升技术，现场试验 9 口井，系统效率 30%以上，免修期 2 年以上。3.4 难采储量高效举升 为解决常规举升工艺在难采储量无法实现高效举升的问题，攻关适用于平台井、水平井、小井眼井的高效举升工艺技术，配套智能化控制技术，降低投资和运行成本。初步形成难采储量高效举升工艺，建立 5 个示范区共 92 口井示范应用，与常规抽油机相比综合节电率 30%以上，平台井单井举升成本降低 20%以上。4 结 论 4 结 论（1）通过发明盘形低速大扭矩永磁电机，减少传动环节，提高传动效率，配套智能控制装置，实现了自动无级调参。目前已完成抽油机改造 611 口井，与改造前相比，平均系统效率提高 2.32%，综合节电率 14.69%，节能效果明显。有效解决了抽油机能耗高、维护工作量大等问题。（2）开展连续管采油作业一体化技术示范应用方案后，选择平台定向井和水平井，在 3 个区块开展 70 口井示范应用。系统效率提升 4.5%，节电率 50%以上；采油作业班组人员由 16 人减少至 8 人，作业效率由 3 天/口提高至 1 天/口。参考文献 参考文献 1 邓吉彬.抽油机井节能优化统一模型J.石油钻采工艺,2016,38(6):842-844.2 肖文生.大庆头台油田巧用“间抽”节支降耗J.石油机械,2016,44(10)