抽油机井冲次的优化研究佟丽丽

抽油机井冲次的优化研究佟丽丽

佟丽丽李静崔伟平

大庆油田有限责任公司第七采油厂第二油矿716队黑龙江大庆163000

摘要：抽油机井的冲次是其重要的工作参数，其设置是否合理直径影响着油井的工作状态。本文在不改变抽油机和油井原有结构情况下，在满足基本泵效前提下仅通过调整油井运行冲次，通过对功图、电参数数据实时采集，对油井产液量实时分析，建立产液、能耗、运行冲次之间模型，得出抽油机最优运行冲次，并通过数据采集、反馈，自动作出调整，使抽油机始终保持在最优的运行状态。试验数据表明，油井冲次冲次寻优后可使产液基本不变，平均节电15%~25%，初步实现了进一步提质增效、节能降耗的目的。

关键词：抽油机井；冲次；优化措施

引言

游梁式抽油机是长庆油田最主要的采油设备。由于长庆油田是超低渗透开发油藏，单井产量普遍较低，机采系统效率只有20%左右，低于全国平均水平。不合理的生产参数导致系统效率提升困难，能量损耗严重。若冲次过大，抽汲能力大于供液能力，不能达到供排平衡，造成供液不足引起空抽现象；同时由于液面较低，井筒内温场下移，原油溶解能力下降，结蜡周期缩短，导致抽油杆上行阻力过大疲劳杆断，下行阻力过大弯曲磨损。若冲次过小，供排过盛，导致液面持续升高；同时抽油杆上行液体进入泵筒对柱塞下部产生向上的浮力增大，下行液体进入游动凡尔阻力增大，都会引起抽油杆横向弯曲引起偏磨，缩短了抽油杆的使用寿命。因此，科学合理地选择冲次，改善抽汲状况和系统受力，减少油杆偏磨次数，延长检泵周期，提高机采系统效率显得十分必要。

1抽油机井冲次寻优

1.1研究思路

首先确定合理产液量，将油井稳定运行时的产液量作为设计产液量，然后再改变电机转速逐步调整冲次，在调整过程中采集数据，寻找出最优的运行状态。具体思路为：先使油井按照50Hz工频运行一天，待产液稳定后，将此稳定产液量作为设计配产，紧接着使油井电机从50Hz到20Hz（能够长时间运行的最低频率）按步长5Hz递减逐步各运行一遍，每个频率运行时间相等，时间间隔相同，采集运行期间功图和电参数据，分析数据得到每个运行频率下油井的产液、能耗等数据，初步建立模型，从模型中选择油井最优的运行方式，如满足一定产液下的运行能耗最低，或者满足供排协调下的产液最优等。当控制目标发生变化时，系统会自动调整冲次满足运行方式最优，同时通过新的运行数据修正模型，更好地指导下步的运行调整，确保油井工况始终保持在最优的状态。

1.2冲次寻优方法

先依据油藏配产使油井电机按照50Hz工频运行一天的产液量作为设计配产，采集50Hz工频运行数据，进行数据分析，得出其产液能耗规律，紧接着将输入频率按阶梯步长5Hz下调，即45Hz运行，运行相同时间，采集数据时间间隔相同，采集此时油井运行数据，进行数据分析，得出此变频情况下的产液能耗规律，仍继续按5Hz下调频率，逐步进行直至频率为20Hz；全部运行一遍后，依据收集到的数据和分析的结果初步建立油井产液、能耗与运行方式之间的模型，然后根据模型判断哪种运行方式下的能耗最低，或者哪种运行方式下满足的产液最优，使其按照此运行方式运行。运行一段时间后，如果该频率运行方式下的产液量发生变化（连续三次产液都超出初始数值多少以上，且此三次数据自身之间相差在10%以内）并超过配产要求，为了达到刚好满足配产情况，则将频率下调5Hz运行，如果产液量仍高于配产，则继续将频率下调5HZ运行，直至产液量等于配产，不满足要求，此时将频率回调5Hz，使产液量刚好满足配产要求，此时对应的频率为满足配产要求的最低频率，即满足配产时的电机最低转速，耗电最少，也即在满足配产下实现了能耗最少的目标；如果频率降至最低时产液量仍然高于配产，则使油井按照最低频率运行，使其能耗最低。产液量下降时的调控流程与此类似。需要强调的是，每口油井都依据其自身条件计算出相应的最低产液量（依据最小工作方式和最低的充满程度以及漏失等数据），如果调整过程中油井产量始终低于最低产量，说明油井供液已非常差，则需要进行加深泵挂作业或实施间开工作方式。

3防止共振冲次局部设定法

抽油杆柱组合可假设为弹簧体，上冲程时，初期抽油杆柱和液柱为静变形期开始变形蓄能，当静变形结束时，抽油杆柱和柱塞上行，抽油杆柱产生一次振动；下行程时，在静变形结束后，柱塞和抽油杆柱上卸去液柱重量，振动又发生一次。抽油杆在一次循环过程中会有2次振动发生，当抽油杆柱的自振频率与抽油杆的运动频率成整数倍或相同相近时，会产生共振现象，振动的油管以及抽油杆使杆管接触产生磨损，抽油杆的使用寿命将会大大缩短。单级杆柱和多级杆柱的固有频率（自振频率）计算方程分别为

式中：n0，n0′分别为单级和多级杆柱的固有频率，r/min；L为下泵深度，m；a为声波在抽油杆柱中传播的速度，m/s，理论值为5100m/s；Fc为多级杆柱频率修正系数，随杆柱组合变化。多级杆柱频率修正系数的计算采用迭代算法，利用EXCEL的单变量求解可以得到。求解三级混合抽油杆柱Fc的方程为

对于二级组合抽油杆柱，A3=L3=0，则计算Fc的三角方程变为

其中：

式中：L为全杆长度，m；Ai为第i级杆的横截面积，m2；Ei为第i级杆的弹性模量，Pa；ρi为第i级杆的密度，kg/m3；ai为第i级杆中的应力传播速度，m/s。当E1=E2=E3，且a1=a2=a3时，式（3）适用于全钢多级抽油杆Fc的求解，一般为1.0-1.2，单级杆柱为1.0。为了防止共振现象的产生，单级杆柱的固有频率n0和多级杆柱的固有频率n0′应选取冲次n的c/2倍，其中c为大于1的奇数。

结语

1）合理冲次的选择，能够有效改善抽汲状况、减小抽油机悬点载荷及油杆横向受力，提高机采系统效率及抽油泵效，同时可以减少油杆偏磨次数，延长油杆寿命，延长油井检泵周期，降低检泵频次。

2）通过防止共振冲次设定法优选局部冲次，通过冲程冲次有利区设定法确定冲次上限，通过举升效率关系曲线法得出合理冲次选择范围，综合3种方法可针对单井进行合理冲次的优选，能够很好地解决油田生产中冲次设定模棱两可的问题。

参考文献：

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