機(jī)井系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)與管理標(biāo)準(zhǔn)的研究

1、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)與管理標(biāo)準(zhǔn)的研究姜杰，馬強(qiáng)（中油遼河油田公司 金馬油田開發(fā)公司，遼寧 盤錦 124010）摘要：對(duì)目前現(xiàn)場應(yīng)用的抽油機(jī)井系統(tǒng)效率管理標(biāo)準(zhǔn)及指標(biāo)進(jìn)行了分析，提出了系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率的概念，并分析了其意義，建立了系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率的計(jì)算方法，給出了用該指標(biāo)實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)與管理的現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)例。關(guān)鍵詞：抽油機(jī)井；系統(tǒng)效率；實(shí)現(xiàn)率；管理標(biāo)準(zhǔn)中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 文章編號(hào)：Production well system efficiency valuation and manage standum researchJiang Jie , Ma Qiang（Exploration

2、Company of Jinma Oilfield，Liaohe Oilfield，PetroChina，Panjin 124010）abstract: After analyzing on the present production well system efficience manage standards and indication, bring the concept of system efficience realization, and analyzing its meanings, set up the system efficience realization cacu

3、lation method, providing the realized application examples through these indications. key words: production well , system efficience, realization ,manage standard, indication提高抽油機(jī)井機(jī)采系統(tǒng)效率工作由于具有增產(chǎn)降耗、延長系統(tǒng)使用壽命、降低操作成本等作用，近年來受到各油田廣泛重視。為了解系統(tǒng)效率狀況，各油田主要采取對(duì)抽油機(jī)井進(jìn)行能耗普測(cè)工作，并根據(jù)系統(tǒng)效率值的高低在油井、區(qū)塊或油田之間進(jìn)行對(duì)比和評(píng)比。然而，由于抽油井系統(tǒng)

4、效率受液體黏度、供液能力等很多因素影響，使得各井的系統(tǒng)效率各不相同，現(xiàn)有的系統(tǒng)效率指標(biāo)并不能反映井或區(qū)塊的管理水平，這給系統(tǒng)效率的管理帶來了難題。1 系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)與管理標(biāo)準(zhǔn)及在應(yīng)用中存在的問題目前，與抽油井系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)與管理相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有三個(gè)1-3。SY/T5266機(jī)械采油井系統(tǒng)效率測(cè)試方法規(guī)定了機(jī)械采油井系統(tǒng)效率測(cè)試方法；SY/T6275-1997石油企業(yè)節(jié)能監(jiān)測(cè)綜合評(píng)價(jià)方法規(guī)定了抽油機(jī)井節(jié)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)方法與合格指標(biāo)，其中系統(tǒng)效率是能量利用水平指標(biāo)，平衡度是抽油機(jī)運(yùn)行指標(biāo)，電機(jī)功率因素是電機(jī)運(yùn)行指標(biāo)；SY/T6374-1998機(jī)械采油系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行規(guī)定了有桿泵抽油井經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求的設(shè)備運(yùn)

5、行評(píng)價(jià)判別指標(biāo)與系統(tǒng)運(yùn)行的效率指標(biāo)，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行規(guī)定系統(tǒng)效率達(dá)到2025為合格，大于25%為優(yōu)良，原油黏度、滲透率、泵掛深度對(duì)機(jī)械采油井系統(tǒng)效率的影響按照SY/T6275執(zhí)行。各油田主要參照上述行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)效率測(cè)試、評(píng)價(jià)及管理。測(cè)試評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)是系統(tǒng)效率值或噸液百米能耗。對(duì)生產(chǎn)相對(duì)平穩(wěn)的同一油田而言，系統(tǒng)效率的高低反映了油田的技術(shù)裝備性能及管理水平；但從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容看，沒有提供油井或油田間系統(tǒng)效率管理水平橫向?qū)Ρ仍u(píng)價(jià)的指標(biāo)。例如兩個(gè)油田系統(tǒng)效率分別是25%和30%，按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同樣都是監(jiān)測(cè)合格及系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)良，但顯然兩者的管理是有差別的，從系統(tǒng)效率值上，也看不出兩個(gè)油田提高系統(tǒng)效率的潛力

6、，難以判斷兩者管理水平的高低。即應(yīng)用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)效率管理及評(píng)價(jià)出現(xiàn)的一些問題是：1）對(duì)于某些低產(chǎn)井或特低產(chǎn)井，無論采用何種節(jié)能設(shè)備或技術(shù)，無論怎樣加強(qiáng)生產(chǎn)管理，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其系統(tǒng)效率值永遠(yuǎn)都達(dá)不到合格的要求，按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)判斷，其潛力仍很巨大。2）按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可以進(jìn)行普測(cè)，了解各油田、區(qū)塊、油井的系統(tǒng)效率，但測(cè)得的系統(tǒng)效率值不能反映提高系統(tǒng)效率的潛力和方向，不能預(yù)測(cè)開展提高機(jī)采效率工作能夠取得的經(jīng)濟(jì)效益。3）目前應(yīng)用1 140 V高壓電機(jī)較多，因其對(duì)測(cè)試人員和儀器的高危險(xiǎn)性，這部分油井很少進(jìn)行普測(cè)，如何評(píng)價(jià)這部分，測(cè)試不了或未做測(cè)試的區(qū)塊及油井的系統(tǒng)效率水平，尚沒有合適的解決方法。2 基于實(shí)現(xiàn)

7、率概念的系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)與管理方法及其實(shí)現(xiàn)2.1 系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率的概念系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率（用R表示）定義為抽油機(jī)井在目前的生產(chǎn)條件下的系統(tǒng)效率值（用表示）與在主要設(shè)備-抽油機(jī)不變的情況下完成相同的生產(chǎn)目標(biāo)理論上能夠?qū)崿F(xiàn)的最佳的系統(tǒng)效率值（用best表示）之比，定義式為：R =/best×100%。從系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率的定義可以看出，對(duì)生產(chǎn)相對(duì)穩(wěn)定的同一油井或同一油田，其最佳的系統(tǒng)效率值是變化不大的，系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率的高低主要取決于該井或該油田系統(tǒng)效率的高低，因而系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率直接反映了該油井或油田的系統(tǒng)效率管理水平。2.2 系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率的計(jì)算方法按照“一種有桿泵機(jī)械采油工藝參數(shù)確定方法”4,5，

8、對(duì)一口在一定的產(chǎn)液量、動(dòng)液面、油套壓的前提下的抽油機(jī)井，其電機(jī)的輸入功率及系統(tǒng)效率可按下列公式進(jìn)行預(yù)測(cè)：pu = f( pd , Fu , Fd, S, n ) （1）pr = f(S, n,i , Li, m) （2）i Li = f(o,Ti ,Tt, Qt, fw, Tw) （3）Tt = f(Qd, H,T0,Ti, pe) （4）pr = f( fk, qr,Lp, S, n ) （5）pe = f(, Qo,Pb, Pt,Ps ) （6）pef= Qttgh /86400 （7）pi = pu + pr + pk+ pef - pe （8）= pef /pi = pef / (pu

9、 + pr + pk+ pef - pe) （9）式中，pu-地面損失功率，kw；Fu和Fd-光桿在上、下沖程中的平均載荷，kN；S-沖程，m；n-沖次，1/min；pd-電機(jī)空載功率，kw；pr-粘滯損失功率，kw；i-第i段液體黏度，mPa.s；Li-第i段油管長度，m；m-管徑桿徑比，無因次；o-原油黏度，mPa.s；Ti、Tt、T0、Tw-分別為地層溫度、井口油溫、地表溫度、原油結(jié)蠟溫度，；fw-含水，%；pk-滑動(dòng)損失功率，kw；Lp-井斜的水平軌跡長度，m；qr-桿重度，N/m；fk-桿與管的磨擦系數(shù)；pe-膨脹功率，kw；Qt和Qo-分別為產(chǎn)液量、產(chǎn)油量，t/d；Qd 地層產(chǎn)液量

10、，t/d；Pb-原油飽和壓力，MPa；-溶解系數(shù)，m3/( m3.MPa)；Ps-沉沒壓力，MPa；Pt-井口油壓，MPa；pef-有效功率，kw ；t-混合液密度kg/ m3；g-重力加速度，m/s2；H、h-分別為動(dòng)液面深度和有效揚(yáng)程，m；pi-電機(jī)輸入功率，kw；-系統(tǒng)效率，%。核對(duì)每個(gè)物理量的意義，公式中無陰影部分缺少物理量的意義，m；n-沖次和m-管徑桿徑比 m-重復(fù)一口抽油機(jī)井最佳的系統(tǒng)效率值可按如下步驟獲得： 1）在保持抽油機(jī)不變的情況下以目前的生產(chǎn)目標(biāo)（及目前產(chǎn)液量、含水率、動(dòng)液面、油套壓）為基礎(chǔ)，將各種管徑、各種桿柱鋼級(jí)、各種泵徑與各種泵掛（對(duì)應(yīng)科學(xué)的桿柱組合）、各種沖程、各

11、種沖次一一組合，每一種組合對(duì)應(yīng)著一種機(jī)采系統(tǒng)效率，即對(duì)應(yīng)著一種能量消耗和一種管、桿、泵的投入與年度損耗。 2）根據(jù)輸入功率計(jì)算公式分別計(jì)算出每一種機(jī)采參數(shù)組合所對(duì)應(yīng)的輸入功率，計(jì)算出每一種組合相應(yīng)的年度耗電費(fèi)用，根據(jù)各種管柱、各種桿柱、各種泵的價(jià)格，計(jì)算出每一種組合相應(yīng)的年度機(jī)械損耗值，并考慮一次性投資的年利息。合計(jì)出每一組機(jī)采參數(shù)所對(duì)應(yīng)的機(jī)采年耗成本。 3）以輸入功率最低者或年耗成本最低者對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)效率值為該井最佳的系統(tǒng)效率值。2.3 基于實(shí)現(xiàn)率指標(biāo)的系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)與管理系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)與管理的任務(wù)就是隨時(shí)掌握單井、區(qū)塊或油田分級(jí)別的目前系統(tǒng)效率狀況和潛力，即隨時(shí)掌握系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率的大小，并據(jù)此提

12、出各單井或不同管理級(jí)別提高系統(tǒng)效率的措施目標(biāo)，通過各種措施提高系統(tǒng)效率及系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率。2.3.1 提供統(tǒng)一的系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)與管理標(biāo)準(zhǔn)目前系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)與管理的標(biāo)準(zhǔn)主要是系統(tǒng)效率這一指標(biāo)，而系統(tǒng)效率指標(biāo)本身影響因素很多，如地質(zhì)條件、油層物性、供液能力等，這使得各井的系統(tǒng)效率各不相同，因此系統(tǒng)效率指標(biāo)不能完全反映井或區(qū)塊的管理水平，這是系統(tǒng)效率管理的一大難題，而運(yùn)用系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率可以解決這一難題。各油田、各區(qū)塊之間、各油井之間可以用系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)效率管理水平的橫向比較。2.3.2 科學(xué)地制定系統(tǒng)效率管理措施目標(biāo)清楚了各油田、各區(qū)塊、各油井的系統(tǒng)效率及其實(shí)現(xiàn)率，明確了提高系統(tǒng)效率的潛力，開

13、展此項(xiàng)工作能獲得的經(jīng)濟(jì)效益及系統(tǒng)效率管理的努力方向。尤其對(duì)于系統(tǒng)效率一直達(dá)不到合格要求的油井，運(yùn)用該指標(biāo)即可制定合理的措施指標(biāo)。2.3.3 評(píng)價(jià)的普遍性現(xiàn)在各油田較多的高壓（1 140 V）電機(jī)油井很少進(jìn)行系統(tǒng)效率實(shí)測(cè)，應(yīng)用系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)軟件就可以在不測(cè)試的情況下對(duì)其系統(tǒng)效率及其實(shí)現(xiàn)率進(jìn)行評(píng)價(jià)。某些采油廠、礦油井很多，很難對(duì)所有井進(jìn)行普測(cè)，對(duì)測(cè)過的井或未測(cè)過的井，系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)軟件都可以進(jìn)行評(píng)價(jià)。這既降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，也減少了大量測(cè)試成本。2.3.4 適時(shí)地進(jìn)行系統(tǒng)效率管理及評(píng)價(jià)運(yùn)用系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)軟件可隨時(shí)評(píng)價(jià)某口井、某區(qū)塊、某油田現(xiàn)在或過去某一時(shí)間的能耗狀況、系統(tǒng)效率狀況及其實(shí)現(xiàn)率大小。2.3

14、.5 與目前應(yīng)用的系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)、管理標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系從系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率的定義及計(jì)算方法可以知道，實(shí)現(xiàn)率指標(biāo)是來源于系統(tǒng)效率指標(biāo)的，兩者密不可分，因此，目前的系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)與管理標(biāo)準(zhǔn)是基于實(shí)現(xiàn)率指標(biāo)的系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)與管理新方法的基礎(chǔ)，新方法是對(duì)目前應(yīng)用的系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)與管理標(biāo)準(zhǔn)的修正、補(bǔ)充及功能提升。3 用系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)與管理的現(xiàn)場示例以某油田的10口井為例（表1），說明系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率指標(biāo)在系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)與管理中的實(shí)際應(yīng)用。優(yōu)化前這10口井平均日產(chǎn)液量36.9 t/d，實(shí)測(cè)平均輸入功率為9.84 kw，平均系統(tǒng)效率為25.9%；優(yōu)化前計(jì)算的系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率為60.4%。由此可以分析得出，在生產(chǎn)目標(biāo)

15、不變的情況下，這10口井的系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率還有39.6%的潛力，通過提高系統(tǒng)效率措施系統(tǒng)效率最佳可以提高到25.9/60.4×100%=42.88%，預(yù)測(cè)平均單井輸入功率可降低9.84×39.6%=3.90 kw，預(yù)測(cè)節(jié)電率為39.6%。表1 抽油井機(jī)采系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率典型實(shí)例序號(hào)井號(hào)實(shí)施前實(shí)測(cè)設(shè)計(jì)目標(biāo)實(shí)施后實(shí)測(cè)產(chǎn)液量/（t.d-1）輸入功率/kw系統(tǒng)效率/%實(shí)現(xiàn)率/%產(chǎn)液量/（t.d-1）輸入功率/kw系統(tǒng)效率/%產(chǎn)液量/（t.d-1）輸入功率/kw系統(tǒng)效率/%實(shí)現(xiàn)率/%1H10-1818.810.2037.1 70.8 18.8 7.69 49.2 15.56.1449.3

16、 95.4 2H10-229.96.2213.9 33.7 15.0 3.49 45.7 14.23.3839.2 81.9 3H10-2311.610.8620.6 62.1 12.0 5.57 42.5 15.75.8836.1 87.2 4H10-3249.613.9924.4 43.6 51.4 6.68 49.3 44.36.4950.8 88.0 5H10-336.09.0512.6 38.2 8.0 4.15 37.9 13.05.5141.1 93.3 6H10-3456.012.2832.8 64.0 56.0 6.95 49.7 55.06.7944.5 75.2 7H10

17、-G2697.27.3317.5 84.7 116.0 5.11 38.9 110.35.2636.0 92.7 8H11-178.49.5015.0 64.4 8.5 5.55 31.6 7.64.7529.4 89.2 9H11-195.07.7317.2 44.9 5.0 3.46 38.0 5.23.1042.9 87.0 10H11-20106.711.2652.9 86.5 114.0 9.99 61.0 111.39.2359.1 93.6 平 均36.99.8425.9 60.4 40.5 5.86 46.4 39.25.6544.5 89.2 在保持正常生產(chǎn)、抽油機(jī)不變動(dòng)的情

18、況下，按照現(xiàn)場要求用江蘇油田優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，預(yù)測(cè)這10口井經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，完成平均日產(chǎn)液量40.5 t/d需要的理論輸入功率為5.86 kW，預(yù)測(cè)平均單井輸入功率可降低9.84-5.86=3.98 kW，預(yù)測(cè)系統(tǒng)效率將達(dá)到46.4%。優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)場實(shí)施后，這10口井實(shí)測(cè)平均日產(chǎn)液量39.2 t/d，優(yōu)化后的輸入功率為5.65 kW,優(yōu)化后系統(tǒng)達(dá)到44.5%，優(yōu)化后系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率達(dá)到89.2%。與優(yōu)化前相比，功率下降9.84-5.65=4.19 kw，效率提高18.6%，系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率提高28.8%。由此可以看出，優(yōu)化措施是成功的，經(jīng)過優(yōu)化措施后，進(jìn)一步提高效率的潛力很小了。4 結(jié)論1）系統(tǒng)效率值的高低不能完全反映油井或油田的管理水平，目前的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)沒有提供油井或油田間橫向?qū)Ρ仍u(píng)價(jià)的指標(biāo)。2）系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率指標(biāo)反映了油井或油田的系統(tǒng)效率管理水平，反映了提高系統(tǒng)效率的潛力，應(yīng)用它可以排除各井自身因素的影響，可以用這一個(gè)指標(biāo)進(jìn)行單井、區(qū)塊或油田之間的系統(tǒng)效率管理水平的評(píng)比。3）基于系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)率指標(biāo)的新方法可