新型抽油机选型技术

王立臣刘洪俊 李昌红 熊跃武 郭佰人

1大庆油田采油九厂2大庆油田采油八厂3大庆油田采油一厂4大庆油田采油五厂5方兴油田

新型抽油机选型技术

王立臣1刘洪俊2李昌红3熊跃武4郭佰人5

1大庆油田采油九厂2大庆油田采油八厂3大庆油田采油一厂4大庆油田采油五厂5方兴油田

大庆外围低渗透油田由于储量丰度低、渗透率低、产量低，产液变化规律不同于常规油田，为此，开展了低渗透油田新型抽油机选型技术研究。低渗透油田开发过程中，产液量不增加或增加幅度较小。抽油机井初期最大载荷利用率、扭矩利用率可按满载设计，即：Pmax≤0.95[P]，Mmax≤0.90[M]。通过这种方法选择的抽油机，初期能充分发挥机采设备的抽汲能力，油田开发后期也不会满载。应用新型低渗透油田抽油机井选型方法，为低渗透油田降投资、节成本、增效益提供了有效的新途径。

装机功率；系统效率；产液变化规律；抽油机选型

大庆外围低渗透油田由于储量丰度低、渗透率低、产量低，产液变化规律不同于常规油田，按照常规方法选配抽油设备，造成载荷利用率低，系统效率低，电机功率利用率低，导致投资高、能耗高，影响油田开发效益，制约了低渗透油田开发。为此，开展了低渗透油田新型抽油机选型技术研究，为低渗透油田降投资、节成本、增效益探索新途径。

1 抽油机井产液、载荷变化趋势

以A油田为例，阐述低渗透油田抽油机井产液、载荷变化趋势。A油田开采葡萄花油层，有效孔隙度为18.6%。空气渗透率0.73×10-3～184.4× 10-3μm2，属中孔、中低渗储层。原始饱和压力平均为6.69MPa，体积系数平均为1.125，原始气油比为35.49m3/t，油田压力系数为1.37。

从油水相渗透率曲线可以看出，随着含水饱和度的增大，油相渗透率下降很快，水相渗透率上升很慢，油水两相流动范围很窄，残余油下的水相相对渗透率很小。

从采液指数曲线可以看出，含水100%时，采液指数也小于无水期采液指数，因此后期产液能力不会高于初期产液能力。

2 抽油机选型

以A油田为例，阐述新型低渗透油田抽油机选型技术的实践与应用。A油田气体溶解系数4.28，天然气压缩因子0.96，油层温度55.2～71.3℃，初期含水率13%，体积系数1.125，饱和压力6.69MPa，油层有效压力8.48～16.12MPa。

2.1 下泵深度计算

按照以下公式计算合理流压

其中

式中pwfmin为油井最低允许流动压力（MPa）；pb为饱和压力（MPa）；pre为有效地层压力（MPa）；α为原油溶解系数（m3/(m3·MPa)）；Z为天然气压缩因子；fw为油井含水率，小数；Bo为原油体积系数，无因次；T为油层温度（K）。

计算得出，合理流压为3～5MPa。

泵沉没压力计算公式为

其中，当fw≤0.7时

当fw＞0.7时

计算得出，泵沉没压力为1.9～2.4MPa。

下泵深度计算公式为

计算得出，泵下入深度应在油层顶界以上110m。

2.2 泵径、冲程、冲次选择

根据单井产能预测平均产液为1.3～2.7t/d，最高3.1t/d，在不考虑气影响的情况下，泵理论排量计算公式为V=1440πSND2/4。

从不同参数下泵的排量可看出，在选择Ø32mm泵，按泵效30%计算，冲程2.5m、冲次4min-1可满足生产需要。

该油田含气量相对较小，通过采取加气锚的防气措施可消除气影响，因此不考虑气体对泵效的影响。泵径选取为Ø32mm，冲程取1.5～5m，冲次取2～6min-1。

2.3 载荷扭矩计算

通过载荷扭矩计算公式，得到计算结果如下：直井下泵深度在1150～1400m，根据预测产能及泵效，选择Ø32mm泵、冲程2.5m、冲次4～6min-1可满足生产需要，此时最大载荷为30.01～37.43kN，扭矩4.29～8.57kN·m；下泵深度在1450～1700m时，最大载荷为37.84～45.45kN，扭矩5.27～10.24kN·m。

定向井下泵深度1150～1700m，根据预测产能及泵效，选择Ø32mm泵、冲程2.5m、冲次4～6min-1可满足生产需要，此时最大载荷为36.63～54.32kN，扭矩10.14～18.53kN·m。

2.4 抽油杆选择

通过计算，对于直井下泵深度小于1170m的井，折算应力在58.56～60.69N/mm2，选择D级Ø16mm的杆，1170～1700m的井折算应力为60.06～106.18N/mm2，选择H级Ø19×16mm的杆。

2.5 机型选择

2.5.1 初期装机载荷、扭矩利用率确定

按API标准要求，结构件安全系数为3.3，轴件安全系数为5.0，以便满足抽油机在特殊情况下（活塞卡、轴力与力偶等影响）也不致发生事故。因此，根据选择游梁式抽油机的原则，同时考虑到抽油机长期可靠地工作，按照上述研究成果，低渗透油田抽油机井初期最大载荷利用率，扭矩利用率可按满载设计，即：Pmax≤0.95[P]，Mmax≤0.90 [M]。这样选择抽油机，在初期设备能力能得到充分发挥，到后期也不会满载。

通过计算不同抽油杆直径、泵径、冲程、冲次及泵挂深度在含水100%时抽油机的悬点载荷，比初期抽油机的悬点载荷的增加百分比为5.07%～5.28%，因此抽油机初期装机载荷利用率上限为90.9%；曲柄扭矩的增加百分比为11.98%～16.08%，因此抽油机初期装机扭矩利用率上限为77.5%

2.5.2 节能机选择

直井下泵深度在1150～1400m，根据预测产能及泵效，选择泵径32mm，冲程2.5m、冲次4～6min-1可满足生产需要，此时最大载荷为30.01～ 37.43kN，扭矩4.29～8.57kN·m，抽油机可选择CYJW5—2.5—13HF型机，载荷利用率为60.0%～74.9%，扭矩载荷利用率为33.0%～65.9%；下泵深度在1450～1700m时，最大载荷为37.84～45.45kN，扭矩5.27～10.24kN·m，抽油机选择CYJW5—2.5—18HF型机，此时载荷利用率为75.7%～90.9%，扭矩载荷利用率为29.3%～56.9%。

定向井下泵深度1150～1700m，根据预测产能及泵效，选择Ø32mm泵、冲程2.5m、冲次4～6min-1可满足生产需要，此时最大载荷为36.63～54.32kN，扭矩10.14～18.53kN·m；选择CYJS6—2.5—26HB型抽油机，载荷利用率为61.1%～90.5%，扭矩载荷利用率为39.0%～71.3%。

节能机类型的选择：通过经济效益分析，A油田节能机选择双驴头抽油机和弯游梁抽油机。

2.6 电机选择

2.6.1 电机额定功率计算

直井下泵深度在1150～1400m，冲次4～6min-1，扭矩4.29～8.57kN·m，计算所需电机功率为1.35～4.04kW，因此，选择8.5/17kW电机；下泵深度在1450～1700m时，扭矩5.27～10.24kN·m，计算所需电机功率为1.66～4.82kW。

定向井下泵深度1150～1700m，冲次4～6min-1，扭矩10.14～18.53kN·m，计算所需电机功率为3.19～8.73kW。

2.6.2 电机型号选择

（1）标准井测试。标准试验井测试结果表明，双驴头抽油机与永磁电机组合时系统效率最高，而弯游梁抽油机与中、高转差率电机组合时系统效率最高。

（2）电机选择结果。依据上述分析计算及标准井测试情况，A油田定向井选择15kW永磁电机，直井抽油机选择8.5/17kW中、高转差率双速双功率电机。

3 现场应用及效益

不同类型抽油机的载荷、扭矩及耗电情况见表1。

表1 不同类型抽油机的载荷、扭矩及耗电

以上数据表明：目前各机型均未超额定载荷和额定扭矩，利用该方法对A油田抽油机机型进行了优化，悬点载荷由88kN下降为54kN，下降了34kN；装机功率由19.9kW下降为12.6kW，下降了7.3kW。采油工程投资节省3174.48×104元。目前投产的622口井，平均单井日耗电68kW·h，日节电71kW·h，功率利用率23.04%，系统效率7.29%。按日节电71kW·h，每度电0.5124元，年生产天数330d计算，622口油井年节约电费746.74×104元。两项合计创经济效益3921.22× 104元。

4 结语

（1）低渗透油田开发过程中，产液量不增加或增加幅度较小。抽油机井初期最大载荷利用率、扭矩利用率可按满载设计，即：Pmax≤0.95[P]，Mmax≤0.90[M]。通过这种方法选择的抽油机，初期能充分发挥机采设备的抽汲能力，油田开发后期也不会满载。

（2）应用新型低渗透油田抽油机井选型方法，为低渗透油田降投资、节成本、增效益提供了有效的新途径。

（栏目主持 杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.011