陈 锐，韩岐清，郑小雄，李文娟，胡 南

（中国石油大港油田公司，天津 300280）

随着油田进入开发中后期，受地层能量降低等因素影响，部分油井易出现供液不足现象，导致油井生产效率低、无效运行能耗高。传统解决方法[1]是采用小泵径、短冲程低冲次的连续运行工作制度或通过人工制定间抽启停时间的间歇式采油方式，实现了低产液油井生产效率的提高，但仍无法从根本上实现供排协调，解决低产液井生产效率低、管理难度大及在自启过程中存在的安全风险。

任鹏等[2]研究形成的智能间歇采油技术一定程度上解决了低产液井能耗高、效率低的问题，其关键技术主要是间抽时间的优化控制，应用过程中仍存在受油稠、出砂等因素影响长时间停机后可能导致的抽油机正常启动困难以及冬季井口冻堵等问题。本文基于技术经济可行的原则，通过间抽油井优选抽油制度优化、曲柄最佳摆幅及智能控制系统优化研究，形成了抽油机井不停机智能间抽技术，满足了低产液井智能、高效、安全生产需要[3-5]。

1 技术原理及工艺流程

不停机智能间抽技术通过间歇采油智能控制系统形成曲柄“整周运行（正常生产）+低速摆动运行（智能间抽）”组合的工作方式，将需长时间停机的常规间抽工艺升级为曲柄低速摆动运行、井下抽油泵停抽、地面抽油机不停机的智能间抽工艺。

为最大程度提高技术适应性与安全可靠性，基于盈亏平衡原理，首先确定了不同举升方式的临界日产油量图版，并界定了技术适应条件；根据目标油井泵功图实时计算分析泵充满程度和动液面，对比设定的阈值，以确定摆动运行和整周运行的时间；以抽油杆最大弹性变形为基础，基于目标油井的抽油机规格型号及杆柱组合情况计算悬点最大位移，利用抽油机四连杆机构中悬点位移与曲柄转角的关系确定出曲柄的最佳摆幅（见图1）。同时优化配套智能控制系统，实现了来电自启、电网瞬时停电不停井、间开自启语音报警。

2 系统关键技术

2.1 间抽井优选

根据目标油井日产液、原油销售价格、举升成本费用等参数，基于盈亏平衡原理，研究建立了间抽采油的临界日产油量计算模型，当利润为零时的日产油量即为临界日产油，若目标油井日产油大于临界日产油，则建议采用间抽采油技术。

式中：V-利润，万元；C-举升成本费用，万元；P-原油销售价格，万元/吨；Q-油井日产液量，m3；fw-含水率，%；C1、C2-无因次系数。

同时从技术可行性角度出发，研究界定了适用间抽技术的油井适应条件（见表1），从而达到技术可行、效益优先的选井目的。

2.2 泵功图实时分析

基于泵功图的动液面可用如下经验公式计算[6]：

式中：Lf-油井动液面深度，m；ΔW-泵功图上下载荷差，kN；ρl-地层产出液密度，kg/m3；fp-柱塞截面积，m2；Pt-井口油压，MPa；Pc-井口套压，MPa。

图1 不停机智能间抽技术工艺流程图Fig.1 Process flow chart of intelligent pumping technology without stopping

表1 技术适应条件表Tab.1 Technical adaptation conditions

传统的抽油泵泵效计算方式是根据泵的理论产液量和实际产液量来确定，即实际产液量与理论产液量的比值。但其精确度取决于实际产液量的测量精度，而油井实际产液量的测量误差往往较大。刘柏希等[7]以油井实测地面示功图为研究对象分析得出：抽油泵的效率是泵功图上从游动凡尔完全打开到下死点这段冲程与从游动凡尔完全关闭到上死点这段冲程的比值，即EA/BC 或ea/bc（见图2）。根据地面示功图上对应游动凡尔关闭点和开启点，计算分析得到抽油泵泵效。

图2 地面示功图和泵功图Fig.2 Surface dynamometer card and pump card

2.3 曲柄最佳摆动角度的确定

根据油井泵挂深度和不同抽油杆柱、泵径组合条件下的弹性系数、抽油杆质量[8]，以抽油杆最大弹性变形为基础，计算出杆柱在井筒中静止状态时的最大弹性形变，即抽油泵不运动时的驴头悬点最大位移；再根据悬点位移与曲柄摆幅角度的经验关系式，确定出曲柄的最佳摆幅角度。从而实现曲柄摆动运行时井下抽油泵停抽、抽油机不停机，有效缓解了抽油机长时间停机后，易引起的抽油杆柱上行阻力增大过载和冬季井口冻堵等问题。

式中：SA-最大悬点位移，m；φ-曲柄摆幅角度，°；r-曲柄半径，m；l-连杆长度，m；a-游梁前臂长度，m；b-游梁后臂长度，m；ER-抽油杆弹性模量，kN/m2；ET-油管弹性模量，kN/m2；AR-抽油杆截面积，m2；AT-油管截面积，m2；L-抽油杆长度，m；W-抽油杆在静止状态时的液柱载荷，N。

2.4 智能控制系统优化配套

为提高现场生产应用的安全性，完善了停电后来电自启功能，控制柜无需人工复位；增加了间抽运动转整周运行的语音报警功能，有效避免了抽油机启动过程中可能造成的人员伤害；同时完善了旁路工频正常运行时电压、电流等各项保护。优化改进后智能控制系统实现了来电自启，具备了电网瞬时停电不停井和间开自启语音报警功能。

3 现场应用实例

抽油机井不停机智能间抽技术在大港油田王官屯官33-78 等低产液油井进行了现场应用，系统效率平均为23.76 %，较实施前的13.64 %提高了10.12 %；日耗电平均为130.05 kW·h，较实施前的221.47 kW·h降低了91.42 kW·h，平均节电率为41.1 %，目前应用油井均生产运行稳定，生产过程中未出现抽油杆疲劳损坏及电机过载现象。

以官33-78 井为例，该抽油机井常规间抽采油时，平均日产液5 m3，日产油2.95 t，系统效率10.6 %，日耗电230.4 kW·h。油井基本数据（见表2）。

为提高油井生产效率，试验应用了不停机智能间抽技术，间抽工作制度优化设计为关10 min、开5 min，曲柄最佳摆幅为22.4°。目前油井平均日产液5.3 m3，日产油3.04 t，系统效率16.7 %，日耗电132.5 kW·h，提效降耗效果明显。

表2 油井基础数据表Tab.2 Basic data of oil well

4 结论及认识

（1）抽油机井不停机智能间抽技术利用曲柄整周运行与低速摆动运行的组合工作方式，实现了低产液井供排协调，有效提高了油井生产效率；

（2）不停机智能间抽技术解决了常规间抽采油技术存在的运行维护管理难度大、自启安全风险高等问题，提高了低产液井智能化管理水平，对低产液井安全、高效开发具有重要意义。