变速运行优化在抽油机井上的应用

2015-11-02郑焕军大庆油田有限责任公司第六采油厂

石油石化节能 2015年9期

郑焕军（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

变速运行优化在抽油机井上的应用

郑焕军（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

在抽油机井参数优化中，冲速对抽油机井能耗影响较大，低冲速油井能耗低，无法满足产能需求。根据抽油机的结构特点，建立抽油机井优化运行控制模型，提出一种抽油机井变速优化运行理论，可在同等冲速下确定抽油机井最佳的变速比，通过现场试验测试抽油机井变速运行的能耗变化，确定调节抽油机井变速运行参数的合理范围，确定其变化规律，达到提高系统效率，降低油井能耗的目标。

抽油机变速运行动液面变速比

抽油机作为最常用的机械采油设备，具有可靠性高、使用寿命长、维修方便等优势，但是由于运行过程中负载具有冲击性的周期交变特点，启动转矩大，曲柄的角度时刻变化，因此也存在着高能耗的缺点。常规的游梁平衡抽油机，在平衡率接近1时，上下冲程耗时一致；而异形抽油机则在平衡的条件下上冲程时间短于下冲程时间，会产生节能的效果。分析表明，通过调节抽油机井变速比（上下冲程速度比），可以提高原油在泵中的充满度；适当提高上冲程的速度，可以减少在提升过程中的漏失量，有效地提高单位时间内的原油产量，达到节电效果［1］。对于黏度大的油井，因原油黏度上升，驴头、光杆等部件会运行不畅，通过调节冲程频次和选用“上快下慢”的开采工艺，能保证抽油机井的有效运行，确保油井长期稳产［2］。

1　曲柄运动中变速度计算

抽油机井变速运行计算主要对抽油机井杆柱瞬时速度进行计算，从而保证抽油机井产量的计算［3-4］准确。根据抽油机生产参数，其理论产量的计算主要涉及抽油泵柱塞截面积、冲程、冲速。其中，等效的悬点冲速可按下式计算：

式中：

n——等效的悬点冲速，min-1；

ωup、 ωdown——上、下冲程时，电动机对应的

旋转角速度，rad/s；

θup、θdown——上、下冲程时，曲柄对应所转过

的角度，rad。

当抽油机匀速运行时的冲速为n，对应的每个冲程一个循环所用的时间t为

则可推导上、下冲程中曲柄角速度的计算方法，如式（3）、式（4）：

式中：

x——上冲程所用时间，s；

y——下冲程所用时间，s；

z——上冲程曲柄转过的角度，°。

2　现场试验

为验证理论计算与现场的拟合情况，分别在3口油井上进行了变速运行试验，油井生产参数见表1。

依据试验井实际生产参数的理论计算和现场测试结果，绘制出百米吨液耗电与变速比的关系如图1。试验与理论模拟表明，对于生产参数不同的抽油机井，均存在一个最佳变速比，在该点抽油机井变速运行的百米吨液耗电低于常规匀速运行能耗。同时，理论计算结果与现场测试结果趋势均相同，说明理论模拟较为准确，理论计算结果也表明存在最佳变速比，“上快下慢”的变速设计使油井能耗低于常规匀速运行时的能耗。