抽油机井生产参数设计方法与优化调整对策

赵献刚 田红 韩荣华

【摘 要】针对抽油机井生产参数不合理造成能耗高、开发效果差的问题，分析了影响抽油机井系统效率的因素，提出了抽油机井参数优化设计方法。在产液量不变的前提下，结合油井的实際生产状况，合理优化机、杆、泵等抽汲参数，优选出一套最适合油井的生产参数，达到了提高机采井系统效率、节电降耗、降低生产成本的目的。

【关键词】抽油机井；生产参数；设计方法；优化调整；对策

油田开发中，油井生产参数不仅影响油井产量，还影响能耗。调整生产参数是以降低生产能耗、设备损耗、调整开发状况以及协调供排关系为目的，通过对比生产参数调整措施前后生产数据，可以找出了调整参数对油井产量和含水影响的变化规律，抽油机井调整参数后产量和含水都会相应发生变化，为抽油机的技术管理提供了可行依据。

1、抽油机井生产参数设计原理与方法

1.1设计原理。抽油机井参数优化方法在理论上总体设计思路是：将有杆泵抽油系统输人功率合理地划分为有效功率、地面损失功率、井下粘滞损失功率、井下滑动损失功率、溶解气膨胀功率5个部分，确定各种功率与影响因素的函数关系式，建立油井在各种不同物性参数、井斜参数、设备参数、生产参数条件下所对应的输入功率的数学计算公式。通过油田生产动、静态参数，设计出包括电机、管径、管柱钢级、杆柱组合、冲程、冲次、泵径和泵挂等检、下泵技术参数，根据上述设计结果编制出现场施工方案。

1.2设计方法。在产液量确定的前提下，以最低输人功率为设计原则，具体参数设计方法为：（1）将各种管径、杆柱钢级、泵径与泵挂、冲程、冲次等一一组合，每一种组合对应着一种系统效率，即对应着一种能量消耗和管、杆、泵的投入与年度损耗。（2）根据建模公式分别计算出每一种机采参数所对应的输入功率，得出每一种组合相对应的年度耗电费用。（3）以年耗成本最低的机采参数（管径、管长、杆柱钢级、泵径、泵挂深度、杆柱组合、冲程、冲次）为最佳参数组合。

2、抽油机井生产参数的优化调整对策

生产井抽油系统参数对其抽汲效果、免修期、能量损耗都有很大影响，以往油田中常规的做法是“中等冲次、自然泵径”，但这种方式的的系统效率低，管杆磨损大，而且随着油田的开发，高含水、提液井的增加，“长冲程、大泵径、低冲次”这种组合方式能够提高机械采油的系统效率，而且能够大大减小目前严重影响油田开发的偏磨问题。

2.1冲程的优选。增大冲程可以提高泵效，但并不是冲程越长越好，对于∮70mm以上的大泵径来说，由于其泵挂深度一般较浅，冲程损失小，而且大多采用机型较大抽油机生产，基本都能满足生产需要，对于小泵径生产的油井，在生产允许的范围内，可将抽油机的冲程调至最大。采用长冲程有以下优点：冲程大可按比例的增加泵的排量，在井内液流充足的条件下，可以降低动液面以提高油井产量，冲程增加后，由于减少了防冲距与冲程的比值，因而减少了气体的不良影响，可以提高抽油效率，活塞移动速度快，对于已受到磨损的泵，可以减少液体的漏失量，同时在某种程度上延长抽油泵的使用寿命。

2.2泵径的优选。抽油泵生产效率与抽油泵的柱塞面积（泵径）有关，当冲程损失量为抽油机光杆冲程的一半时抽油泵的效率最高，现场选型时不能盲目选用大直径的泵，应依据下泵深度和实测的示功图对比分析，当实际泵效大于60%时，才可以加大泵径。

2.3冲次的优选。冲次指在抽油机井中，抽油杆每分钟上下往复运动的次数。现在油田上用的抽油机，冲次都在4次以上。产量高的油井，喜欢冲次高的抽油机。因为产液量大，冲次跟不上趟，就是“小马拉大车”，影响产量。但是低产井的抽油机如果冲次降不下来，属“大马拉小车”，常常会出现空抽现象，抽油机的效率就会降低。根据近年来的现场实践和理论研究，大泵径、小冲次更适合现场的应用，在系统参数的实际选用时，当油井产液量、动液面、泵深确定的情况下，先确定油井的冲程。在冲次泵径平方的乘积成定值时，如何选举这两个参数，原则上不宜采取过低的冲次和过大的泵径，因为这样会使冲程损失太大，而且漏失的影响也会十分严重。

2.4供液不足井调小参数（沉没度小于50m）。对于供液不足的井，为了改善供排关系，达到供采协调的目的，对沉没度泵效较低的14口井调参数。平均单井日降液1.8t，日降油0.79 t。这部分井产液量变化不大，产油量略有下降，沉没度由原来的平均22.8m上升到目前的86.8m，上升了64m；综合含水由原来的83.6%上升到87.1%，上升了3.5个百分点。流压由1.55Mpa提高到2.09Mpa，上升了0.54 Mpa，供排关系得到了改善。

2.5优化参数提高抽油机井系统效率。要提高单井的系统效率，必须找到产量与沉没度的最佳结合点，进而合理匹配生产参数。我们根据单井生产情况，在保证油井最佳产能的前提下，确定合理的沉没度，对部分井进行了参数优化。油机井上提泵挂的优化措施通过在检泵中优化泵挂深度设计，在不影响单井生产能力的情况下，采取了上提泵挂措施，在降低抽汲负荷的同时，确定合理的沉没度，达到节能降耗的目的。

抽油机抽汲参数的优化：针对参数偏大区及负荷超载区的井，采取调小参数措施，使动液面恢复到合理范围，在减少设备损坏的几率的同时，也达到了节能效果。

2.6优化油井工作制度。对“低泵效、低产量、大冲次”供液差油井，在不影响产量的情况下，优化生产参数降低耗能。对含水大于99%、产量低的油井实施计关，提高生产效益；对间歇出油井摸索生产规律，实行间开生产；对“供液充足、泵径小、泵挂深”的油井，实施“下大泵、上提泵挂”措施，提高生产能力。

3、抽油机井生产参数优化效果评价

根据随机选取优化井的节能测试数据，结合优化前后消耗功率和系统效率曲线图的变化趋势进行技术分析。

3.1电机输入功率降低，能耗降低。在产液量不变的前提下，降低电机输人功率是提高系统效率、降低电能消耗的技术关键。通过对比优化前后单井吨液耗电变化曲线可知，优化后单井吨液耗电降低，由于个别生产井的生产水平略有波动，使得能耗也有上下波动，但整体能耗表现为下降趋势。

3.2产液量基本保持不变，系统效率提高。优化后生产井的产液量基本保持不变，且略有上升。通过系统效率的变化曲线可知，单井系统效率略有波动，但整体还是保持上升的趋势。

3.3抽油机井交变负荷降低，冲次降低。通过整体参数优化技术的实施，平均最大载荷由62.61 kN下降到55.40 kN，降低了7.21 kN；平均最小载荷由27.16 kN上升到29.32 kN，提高了2.16 kN；平均冲次由6.59 min-1下降到5.92 min-1，降低了0.67 min-1.交变载荷的降低，慢冲次抽汲，减缓了杆、管及泵的磨损和疲劳速度，能够使设备运行平稳，有利于延长油井的检泵周期。

4、几点结论

（1）抽油机井上调参后，抽油机井的负荷和扭矩利用率增大，在理论排量增加幅度相同的情况下，调冲次的负荷和扭矩利用率比冲程要增加很多，因此在冲程有余的情况下，应优先调整冲程。

（2）抽油机井的沉没度治理工作可以实现增产增效，合理的沉没度可使油井正常生产，减少异常井发生频率，降低检泵率。

（3）“长冲程、大泵径、低冲次”组合方式更适合油田目前的生产需要，系统参数整体优化后应根据现场生产情况进行合理调整，最大限度的提高系统效率。

（4）生产参数优化后抽油机井的冲次普遍降低，减小了交变载荷对杆管的冲击，电能损耗降低，提高了泵效，可有效延长抽油机整体工作寿命。

【参考文献】

[1]翟云芳.渗流力学[M].北京：石油工业出版社，1991.

[2] 德唐，郭冀义，郑新权.试井分析理论及方法[M].石油工业出版社，1998.