丛式井一机双采工艺平衡系统分析

程晓佳（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

丛式井一机双采工艺平衡系统分析

程晓佳（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

在外围油田开发过程中，受地理条件的限制，为节约投资，丛式井应用逐年增多。为减少丛式井生产中的能耗，降低一次性投资，开展了丛式井一机双采工艺技术研究。平衡系统的结构设计作为丛式井一机双采工艺的关键技术，是决定该工艺是否能实现节能降耗的重要因素。从电动机做功入手对常规抽油机、一机双采工艺的平衡系统进行分析研究，确定了一机双采工艺平衡系统的结构设计，使抽油机的平衡度达到了最优，保证了一机双采工艺技术研究的顺利进行。

一机双采 平衡系统 节能降耗

丛式井井口位于同一个平台，相邻油井井口间距一般在7~10m，满足1台抽油设备同时抽汲2口井的基本条件。为减少丛式井生产能耗，降低一次性投资，开展了丛式井一机双采工艺技术研究。

1 常规曲柄平衡抽油机

常规曲柄平衡抽油机通过在曲柄上加平衡块，使得在下冲程时悬点载荷和电动机一起对平衡块做功，而在上冲程时，平衡块储存的能量释放出来和电动机一起对悬点做功，实现抽油机的平衡。

图1为典型的减速箱曲柄扭矩曲线，由曲线可以得出在这种平衡方式中，平衡重在曲柄轴上所产生的平衡扭矩随曲柄的转动按正弦规律变化。在常规曲柄平衡抽油机中，受其实际结构制约，曲柄不可能无限短，连杆也不可能无限长，致使在这种抽油机中悬点载荷作用到曲柄轴上的载荷扭矩并不按正弦规律变化，即其随曲柄转动而变化的规律偏离了正弦规律；加上因悬点运动的速度和加速度所带来的附加动载荷的影响，使这种“偏离”越发加剧。因此，这种曲柄平衡抽油机的平衡效果并不理想。

统计某油田敖包塔作业区40口六型机井，平均有功功率为3.53k W，利用这个数据，设定抽油机冲速为5 m i n-1，则可估算抽油机电动机在一个冲程所做的功，即：E=P有功⋅t=42 360 N⋅m。

通过计算可以看出常规曲柄平衡抽油机的电动机做功较大，能耗较高。

2 丛式井一机双采工艺

丛式井一机双采工艺利用丛式井在同一平台的条件，通过1台电动机带动2口油井的杆柱交替上下运动，使得两侧油井载荷共同作用于动力轴上，实现双井互动自平衡。图2为丛式井一机双采工艺结构简图。

丛式井一机双采工艺由于取消了旋转电动机驱动抽油机的减速器、连杆及曲柄传动机构，2口井通过动力轮相联接，使得两侧油井载荷共同作用于动力轴上，实现双井互动自平衡，其平衡效果要好于常规曲柄平衡抽油机。

由于该工艺通过1台电动机带动2口油井的杆柱交替上下运动，因此平衡1号井上冲程过程的功等于2号井下冲程所做的功，反之平衡2号井上冲

程过程的功等于1号井下冲程所做的功[1]。设定2口井的参数完全一致时：

1号井上冲程悬点做功[2]：

2号井下冲程悬点做功[2]：

式中：

Eu、Ed——悬点在上、下冲程做的功；——抽油杆柱在液柱中的重力，N；——占据整个油管流通面积的液体重力，N；

s——光杆冲程，m。

1号井上冲程、2号井下冲程时电动机做功：

1号井下冲程、2号井上冲程时电动机做功：

式中：

Emu1、Emd1——1号井电动机在上、下冲程做的功；

Eu1、Ed1——1号井悬点在上、下冲程所做的功；

Eu2、Ed2——2号井悬点在上、下冲程所做的功。

通过进行一机双采工艺现场试验井的优选工作，录取敖包塔作业区7组14口井的井口间距及各项生产参数。根据各项参数，以六型机为例，设定泵深为1 300m，杆径19m m，泵径32m m，原油密度为0.8 6×103k g/m3，冲程为3m，则在一个冲程电动机做功为：

由于1个发电机带2口井，当2口井参数完全一致时，相当于1口井电动机所做功的一半，为：

通过计算可以看出，其电动机做功情况也要好于曲柄平衡抽油井。

3 系统评价

通过以上计算得出一机双采工艺电动机需做功来平衡油管内的液柱做功，因此可以采用以下两种形式（图3）在抽油机上加载辅助平衡块来平衡部分液柱做功，从而减少电动机做功。

设定2口井的参数完全一致，辅助平衡块上冲程做功为E1u，下冲程做功为E1d；那么1号井上冲程、2号井下冲程时电动机做功：

1号井下冲程、2号井上冲程时电动机做功：

辅助平衡块上、下冲程做功相等，即：

由以上计算可以看出，在2口井生产参数完全相同的情况下，在抽油机加辅助平衡块后电动机在一个冲程内所做的功仍为同时由于加辅助平衡块后使整个装置的结构复杂化，能耗损失加大，电动机所做的无用功势必增加，所以现有的平衡系统设计已比较合理，无需再进行改进。

[1]王全宾,肖文生.直线电机抽油机与游梁式抽油机工作性能对比[J],石油矿场机械,2 0 0 9(1 2):2 7-3 0.

[2]陈涛平,胡靖邦.石油工程[M].石油工业出版社,2 0 0 2:2 7 4-2 8 7.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.04.004

程晓佳，2008年毕业于大庆石油学院，石油工程专业，从事采油工程规划等工作，E－m a i l：k e k e 6908 5@163.c o m，地址：黑龙江省大庆市大同区第七采油厂工程技术大队，163517。

2012-02-14）