优化补孔井设备匹配降低机采能耗研究

翟茜茜（大庆油田有限责任公司第五采油厂）

油田获得稳定产量的渠道是开源节流，即利用增产措施控制产量递减速度，利用技术手段和科学管理减少能耗损失，两者结合，才能取得最大的经济效益和确保油田可持续发展。作为低渗透油田代表，某油田在经过50多年开发后，可采储量动用程度较大，补孔、压裂等增产措施实施力度逐年加大，随之而来的能耗增长矛盾也日益突出。如何在保证产量的前提下实现节能降耗，追求效益最大化，是油田管理者与技术人员迫切需要解决的问题[1]。为此，某矿对2017年某一补孔计划井A井进行产量合理预估，遵循地下地上整体考虑原则，科学选用抽汲设备，优化拖动设备匹配，对措施井的能耗控制进行摸索实践。

1 A井基本概况

A井是2001年6月投产的1口二次加密调整井，位于某区纯油区东部。全井射开萨Ⅲ组油层15个小层，全井射开砂岩厚度14.1 m，有效厚度2.4 m。2014年5月，对该井的葡423、葡Ⅰ422、葡Ⅰ421，葡Ⅰ111、112、113及葡Ⅱ组、萨Ⅱ组油层进行补孔，共补开砂岩厚度32.5 m，有效厚度8.7 m。补后日产液30.1 t，日产油4.2 t，综合含水率86%，流压4.63 MPa。A井补孔前后效果对比见表1。

表1 A井补孔前后效果对比

2 补孔后抽汲设备的选型与参数匹配

2.1 抽汲设备的能力预测与机型选择

A井补孔后产量预测为40 t，按补孔前参数匹配，泵效将达到227%，补孔前的工作参数已不能满足补孔后油井生产的要求。如果补孔后注水受效需要放产，为使地面参数还有放产余地，所以补孔的同时决定将泵径换到70 mm生产。由于补孔时为6型机，匹配70 mm泵径，最大载荷59.56 kN，最小载荷14.84 kN，抽油机载荷利用率已达99.3%。抽油机负荷极大，扭矩利用率为75.1%，电动机负荷较大，而大冲速不论对设备还是管柱都不利。为了解决这一矛盾，2014年8月决定对该井更换大机型。

为了避免抽汲设备能力过剩造成能耗过高，首先要对不同机型的悬点最大、最小载荷进行预测[2]。

1）计算抽油杆截面积、杆重、液柱重。抽油杆截面积为0.000 49 m2；杆在空气中重力为31 317 N；杆在液中重力为27405N；液柱重力为26223 N。

2）不同机型设定下的最大载荷、最小载荷计算。10型抽油机的最大载荷为56 311 N；最小载荷为26 309 N。14型抽油机的最大载荷为55 184 N；最小载荷为26 603 N。

3）预测不同机型的载荷利用率（表2）。

表2 A井不同机型载荷利用率预测

从表2可以看出，预装14型抽油机的载荷利用率较低，且电动机的装机功率需求较大；10型抽油机相比14型更能充分发挥设备潜力，更节能，因此确定更换10型抽油机。

2.2 优选抽汲参数

根据预测产液，为了使该井在合理区生产，泵效要保证在40%～70%。据此，从表3的9种参数组合里选定4个满足泵效合理区间的组合（A、B、D、G组）。根据在满足油井产量的前提下，选择能耗较低的参数匹配，尽量采用长冲程、低冲速进行生产的原则，最终确定冲程3 m、冲速6 min-1为最佳优选方案（表4）。

表3 A井不同机型载荷利用率预测

3 拖动设备的选择与匹配

A井补孔前采用双速电动机，装机功率为37 kW，已使用5年；配电箱采用CJK普通配电箱，已使用15年，节电率较安装初期有所降低。该井日耗电量高于所在矿同机型的同产液级别抽油机，能耗较大。补孔后，随着连通水井提水措施，产液量增加，必将增加日耗电量，因此,决定结合换机型时匹配合适的拖动设备（表5）。

3.1 电动机类型选择

抽油机拖动装置节能技术分为两类：一类是节能电动机，主要有永磁电动机、高转矩电动机、变频调速电动机和一体化拖动装置[3]；另一类是节电箱，主要是控制电动机定子绕组Y-Δ转换调压和采用功率因数控制器调压以及无功功率补偿[4]。对该井而言，抽油机受其机械特性的影响，启动转矩较大，需要很大的启动电流，要满足该井的启动电流要求，若选用常规电动机则额定功率必须达到37 kW。因此，应选用能在瞬时达到启动电流要求的电动机，降低耗电量，最适合的就是高启动转矩电动机系统，该系统具有以下优点[5]：

◇电动机启动转矩高；

◇电动机有两种输出转速，每种速度均可带动抽油机一次平稳启动并长期运行；

◇电动机所带配电箱具有短路保护和过载、断相保护作用。

表4 A井换大机型效果对比

表5 A井换机型前与同产液级别能耗对比

结合某矿当年的节能设备更换计划，选用了某厂家的高启动转矩电动机系统(机箱一体式电动机)，更换拖动设备后，启动电流平稳。在生产参数放大后，运行电流上升幅度不大，降低了电动机额定功率，提高了功率利用率，减少了电动机空耗，改变了低效运行状态，日耗电降低1.68 kWh，单耗降低1.44 kWh/t，节能效果明显（表6）。

表6 A井更换电动机效果对比

4 结论

1）在保证产能的条件下，通过对不同型号抽油机安装后的载荷计算，可以确定与补孔措施井产能最匹配的抽汲设备，配合参数调整措施，避免造成能耗过高的情况。

2）合理选择补孔井拖动设备的节能方式，提前制定设备更换计划，可以实现增产和降耗的双赢。