油井系统效率提升与杆柱优化组合相关性分析
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摘要：根据有杆泵抽油机井系统效率的构成，可以知到，在油井地层条件一定的情况下影响机采系统效率的主要因素包括地面因素、井下因素和管理因素等方面，而且这三者之间是相互联系与制约的。具体又分为电动机效率、皮带-减速箱效率和四连杆机构效率、盘根盒效率、抽油杆柱效率、抽油泵效率和管柱效率。从理论分析和实测数据可以看出，在各节点效率对系统效率的影响中，抽油杆柱效率对系统效率影响 2.4 个百分点，仅次于抽油泵效率对系统效率的影响，对油田来说后续调整潛力小，有必要对提高抽油杆柱效率进行研究。
关键词：杆柱效率；节点分析；优化组合；系统效率；调整策略
抽油机井系统效率是反映机采系统高效举升的综合指标，在各节点效率中杆柱对系统效率的影响仅次于抽油泵所产生的影响。有杆泵抽油机井采油系统是指包括拖动电动机、抽油机、抽油杆、抽油泵、井下管柱和井口装置等组成的系统，其机采系统效率由地面效率和井下效率两部分构成。以光杆悬绳器为界，悬绳器以上部分为机采地面效率，悬绳器以下部分为机采井下效率。通过理论计算与实际测试优化杆柱组合和杆柱长度对系统效率的影响，挖潜系统效率提升空间。现场试验 10 井次，系统效率平均提升 1.8 个百分点。
1 杆柱组合与系统效率关系敏感性分析
系统效率是由有效功率和输入功率之比决定的，输入功率由五部分消耗功率组成：地面损失功率、黏滞损失功率、滑动损失功率、溶解气膨胀功率、有效功率。当油井产液量、举升高度保持稳定的情况下，有用功率基本不变，系统效率的大小主要取决于其他四部分消耗功率，消耗功率越大，系统效率越低，而前三部分消耗功率均与杆柱有关。
由上述公式可知：杆柱载荷减少，地面损失功率减少；管径、杆径比增加，而黏滞损失功率减少；管杆长度减小，黏滞损失功率和滑动损失功率也减少。而实际生产中杆柱载荷由杆柱组合及杆柱长度决定，杆柱长度则由泵深决定。按照上述理论，同时考虑载荷及弹性形变两方面影响因素，对两种提高杆柱效率的措施进行敏感性分析。
1.1 杆径组合对系统效率影响
以 A井为例，在参数、产液量、动液面保持稳定，杆柱强度满足目前下泵深度 的前提下，计算三种不同类型杆柱组合的功率损耗。只考虑载荷变化时，杆柱组合降低一个级别，
载荷下降 10.8 kN，消耗功率下降 0.33 kW，系统效率提高 3.4 个百分点；降低两个级别，载荷下降19.2 kN，消耗功率下降 0.52 kW，系统效率提高 5.8个百分点。只考虑弹性形变时，杆柱组合降低一个级别，泵效降低 2.1 个百分点，系统效率降低 0.91 个百分点；降低两个级别，泵效、系统效率分别降低 5 个百分点、2.34个百分点。
综上两方面因素，杆柱组合降低一个级别，消耗功率减少 0.38 kW，系统效率增加 2.53 个百分点；杆柱组合降低两个级别，消耗功率减少 0.64kW，系统效率增加3.38个百分点（图1）由实测结果可知，杆柱降低一个级别，消耗功率降低0.3 kW，系统效率提高2.3个百分点。
1.2 杆柱长度对系统效率影响
以A井为例，在参数、产量、动液面保持稳定的前提下，将该井上提泵挂 100 m和200 m，计算各项功率损耗。只考虑载荷变化时，上提泵挂 100 m 后，载荷下降 3.3 kN，消耗功率降低 0.15 kW，系统效率提升 1.29 个百分点；上提泵挂 200 m 后，载荷下降6.3 kN，消耗功率降低 0.27 kW，系统效率提高 2.60个百分点。只考虑弹性形变时，上提泵挂 100 m 后，泵效提高 0.6 个百分点，系统效率提高 0.21 个百分点；
上提泵挂200 m 后，泵效提高1.1个百分点，系统效率提高0.41个百分点。
综上两方面因素，上提泵挂 100 m 后，消耗功率降低 0.14 kW，系统效率提升 1.65 个百分点；上提泵挂200 m 后，消耗功率降低0.25 kW，系统效率提高3.12个百分点。由不同含水级别油井沉没压力与泵效关系可知合理沉没压力控制区间，根据合理沉没压力制定单井具体上提泵挂长度。实测结果表明，上提泵挂 100 m 后，消耗功率减少0.2 kW，系统效率提高2.1个百分点。
由不同含水级别油井沉没压力与泵效关系可知合理沉没压力控制区间，根据合理沉没压力制定单井具体上提泵挂长度。实测结果表明，上提泵挂 100 m 后，消耗功率减少0.2 kW，系统效率提高2.1个百分点。
2 管杆优化实施效果
通过几年来不断的发展完善机采工艺、实施精细化管理，机采系统效率得到了显著的提高。2017年实施管杆优化设计10井次，日节电12.7kWh，节电率9.9%，系统效率提 1.8 个百分点。其中，上提泵挂8 井次，日节电 9 kWh，节电率6.6%，系统效率提升 2.1 个百分点；杆柱降级 2 井次，日节电 12 kWh。节电率 13.2%，系统效率提升1.0个百分点。
3 结论
1）杆柱降级和上提泵深可以减少杆柱负荷，降低消耗功率，提高抽油机井系统效率。2）杆柱降级方面，在满足目前下泵深度的情况下，使用相对较轻的抽油杆组合。3）上提泵深方面，对不同含水级别的油井，根据对应的合理沉没压力控制区间制定具体上提泵挂长度。
参考文献
[1] 郑海金.抽油机井地面损失功率计算方法的研究与认识[J]. 石油天然气学报. 2015（04）
[2] 李诚.影响抽油机系统能耗原因分析及节能对策[J]. 石油石化节能. 2016（10）
（作者单位：现河采油厂新春采油项目部）
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