机采系统效率技术推广与应用.ppt

机采系统效率技术推广与应用,目 录,一、概述 二、机械采油系统效率设计的原理 三、理论研究及计算公式 四、现场应用效果分析 五、经济效益分析 六、结论及探讨,一、概述,应用抽油机井生产系统目的是将地面能量传送给井筒中的油层产出流体使其被举升至地面，整个系统的工作过程围绕能量传递和转化而进行，而在能量的传递和转化的每一环节均会产生一定的能量损失。提高抽油机井生产系统效率和效益是当前形势下的每一个油田生产的重要研究课题。抽油机井系统效率是抽油机井的节能降耗与经济效益、油田的技术装备与技术管理水平等多方面的综合反映。目前我国,一、概述,抽油机井生产系统应用广泛，且系统效率低，影响着油气田的开发效益。因此，针对油藏地质与流体特点，运用系统工程理论和方法，以经济效益和系统效率为目标，分析抽油机井生产状况，研究抽油机井生产系统的合理工作参数设计和设备配置以及节能降耗，是油田高效生产的重要途径之一。系统效率是抽油机井经济运行的综合评价指标，是机采能耗评价的主要标志。其目的就是起到减少泵和油管漏失的作用；采用高性能的,一、概述,地面及井下设备以及优化的设计参数来减少各种功率损失，从而达到节能降耗的目的；延长设备使用寿命、减少设备投资和维护费用支出来提高经济效益和油田的管理水平。辽河油田分公司锦州采油厂已经连续四年规模实施该项目,先后实施了490多井次。根据最新调查，我全厂的平均系统效率仅为14%-19%，远低于全国的平均系统效率26%这个指标。因此我们引进了一种有杆泵机械采油参数确定方法的能耗最低设计软，,一、概述,实际应用后系统效率大幅度提高了。系统效率由优化前的19.34%提高到了29.8%，平均单井系统效率提高10%以上；单井平均日产液由优化前14.6t/d提高到17.0t/d，单井平均提高了2.4 t/d；输入功率由优化前的6.44KW下降到4.85KW，单井平均耗电下降了1.59KW；平均单井有功节电率达25%以上的显著效果。一方面采用高性能的地面及井下设备以及能耗最低系统优化设计参数来减少各种功率损失，从而达到,一、概述,节能降耗的目的；另一方面能够延长油井检泵周期，降低作业成本，并减少井下作业占井时间而增产原油；减少设备投资和维护费用支出来提高经济效益和油田的管理水平，提高抽油机井生产系统的效率、达到节能降耗的目的。,目 录,一、概述 二、机械采油系统效率设计的原理 三、理论研究及计算公式 四、现场应用效果分析 五、经济效益分析 六、结论及探讨,二、机械采油系统效率设计的原理,机械采油系统效率，是机械采油的有效功率与输入功率的比值。也就是对每吨液量在100米举升高度的相对能耗的评价。采用以能量消耗最低或以机采成本最低为原则的机采参数确定方法，利用计算机实现的机采参数优化设计方法。其计算公式如下：,二、机械采油系统效率设计的原理,设计原理：是将有杆泵抽油系统输入功率合理的划分为几个部分，并确定了各种功率的函数关系式，明确了输入功率、机采效率同各种功率的关系，确定了油井检泵周期同其相关因素的函数关系式。通过16项已知动、静态参数，设计出包括抽油机、电机型号、皮带轮轮径、管径、杆柱钢级、杆柱组合、冲程、冲次、泵径和泵挂等8项检、下泵技术参数，根据上述设计结果编制出现场施工方案。,二、机械采油系统效率设计的原理,与采用API标准或采油工艺原理为理论依据所设计的不同采油参数相比，经过大庆油田、华北油田、江苏油田、胜利油田、辽河油田连续5年规模化实施验证，该项技术能在原有的系统效率基础上再提高系统效率10%以上，确属目前国内先进水平。,目 录,一、概述 二、机械采油系统效率设计的原理 三、理论研究及计算公式 四、现场应用效果分析 五、经济效益分析 六、结论及探讨,三、理论研究及计算公式,3.1 系统效率实现率的概念 系统效率实现率（用R表示）定义为抽油机井在目前的生产条件下的系统效率值（用表示）与在主要设备-抽油机不变的情况下完成相同的生产目标理论上能够实现的最佳的系统效率值（用best表示）之比，定义式如下： R =/best100% 从系统效率实现率的定义可以看出，对生产相对稳定的同一油井或同一油田，其最佳的系统效率值是变化不大的，系统效率实现率的高低主要取决于该井或该油田系统效率的高低，因而系统效率实现率直接反映了该油井或油田的系统效率管理水平。,三、理论研究及计算公式,由系统效率实现率的定义，得到1-R=(best -)/best，该等式右边代表了最佳系统效率值与目前系统效率值的差距与最佳系统效率值的比值，也等于生产目标一致的情况下的实施提高系统效率的最佳节电率。因此一口油井或一个油田的系统效率实现率也直接反映了该油井或油田的提高系统效率的潜力大小。,三、理论研究及计算公式,在系统效率实现率定义中，系统效率受很多因素的影响，同样地，系统效率最佳值best也受这些因素的影响，比值关系使得系统效率实现率R排除了各井自身因素的影响，从而使各抽油井在系统评价中具有一样的起点。由此我们可以用系统效率实现率这一个指标进行单井、区块、采油队、采油厂和油公司之间的系统效率管理水平的评比。这将使系统效率管理工作变得科学、公平而简单。,三、理论研究及计算公式,3.2 系统效率实现率的计算方法 系统效率实现率的定义中，目前的生产条件下的系统效率值可以按行业标准测试得出，不具备测试条件也可按某一方法预测得出。系统效率实现率计算的核心是如何科学预测在主要设备-抽油机不变的情况下完成相同的生产目标理论上能够实现的最佳的系统效率值。江苏油田经过多年研究与实践验证，在系统效率预测方面形成了一套完整、有效的专利技术。,三、理论研究及计算公式,按照“一种有杆泵机械采油工艺参数确定方法”专利技术，对一口在一定的产液量、动液面、油套压的前提下的抽油机井，其电机输入功率可以划分为有效功率、地面损失功率、井下粘滞损失功率、井下滑动损失功率、溶解气膨胀功率五部分，输入功率及系统效率可按下列公式进行预测： （1）地面损失功率：,(1),三、理论研究及计算公式,（2）粘滞损失功率：,(2),式中 ili为将下泵深度均分为N段，每段油管中的液体的平均粘度与对应油管长度的乘积之和，它反映油管中液体粘度随深度变化对粘滞损失功率的影响，其影响因素有油层温度、井口温度、原油析蜡温度、产液量、含水率及脱气原油粘度，其函数关系为,三、理论研究及计算公式,ili =C10(titw)+C20Ql(1-fw)(twtt) +C30(-fw2+1.2 fw)+C4 （3） 由于从井底到井口各深度点所对应的地层温度是逐渐降低的，原油粘度也必然随着温度的变化而变化。,三、理论研究及计算公式,反映温度变化对粘滞损失功率的影响的主要变量是井口温度，其影响因素有油层温度、地表温度、产液量、含水率、动液面及膨胀功率，其函数关系为: tt=K1（Ql+0.72 Ql fw）（ti-t0）+K2（Ql+0.72 Ql fw）H +K3Pe+K4 （4）,三、理论研究及计算公式,（3）滑动损失功率： （4）膨胀功率： 当PsPb且Pw Pb时,（5）,(6),三、理论研究及计算公式,当PsPb且PwPb 时 Pe=0 （7） 当Ps Pw时 当PwPs且PsPb时 Pe=0 （9）,(8),三、理论研究及计算公式,(5) 有效功率： (6) 产液量、输入功率及系统效率： Pi = Pu + Pr + Pk+ Pef - Pe (12) = Pef /Pi = Pef/(Pu+ Pr + Pk+ Pef - Pe) (13),(10),(11),三、理论研究及计算公式,式中 Pu为地面损失功率，kW；Fu和Fd为光杆在上、下冲程中的平均载荷，kN；s为冲程，m；n为冲数，1/min；Pd为电机空载功率，kW；k1、k2分别为传输功率、光杆功率的传导系数；Pr为粘滞损失功率，kW；i为第i段液体粘度，mPa.s；li为第i段油管长度，m；m为管径杆径比，无因次；ti,tt,t0,tw分别为地层温度、井口油温、地表温度、原油结蜡温度，；C1、C2、C3、C4、K1、K2、K3、K4为常数；,三、理论研究及计算公式,Pk为滑动损失功率，kW；L为井斜的水平轨迹长度，m；qr为杆重度，N/m；fk为杆与管的磨擦系数；Pe为膨胀功率，kW；Ql和Qo分别为产液量、产油量，t/d；Pb为原油饱和压力，Mpa；为溶解系数，m3/( m3.Mpa)；Ps为沉没压力，Mpa；Pw为井口油压，Mpa；Pef为有效功率，kW ；为混合液密度kg/ m3；g为重力加速度，m/s2；H、h分别为动液面深度和有效扬程，m；Pi为电机输入功率，kW；为系统效率，%；D为泵径,m；p为泵效，%。,三、理论研究及计算公式,一口抽油机井最佳的系统效率值可按如下步骤获得： （1）在保持抽油机不变的情况下以目前的生产目标（及目前产液量、含水率、动液面、油套压）为基础，将各种管径、各种杆柱钢级、各种泵径与各种泵挂（对应科学的杆柱组合）、各种冲程、各种冲次一一组合，每一种组合对应着一种机采系统效率，即对应着一种能量消耗和一种管、杆、泵的投入与年度损耗。,三、理论研究及计算公式,（2）根据输入功率计算公式分别计算出每一种机采参数组合所对应的输入功率，计算出每一种组合相应的年度耗电费用，根据各种管柱、各种杆柱、各种泵的价格，计算出每一种组合相应的年度机械损耗值，并考虑一次性投资的年利息。合计出每一组机采参数所对应的机采年耗成本。 （3）以输入功率最低者或年耗成本最低者对应的系统效率值为该井最佳的系统效率值。,目 录,一、概述 二、机械采油系统效率设计的原理 三、理论研究及计算公式 四、现场应用效果分析 五、经济效益分析 六、结论及探讨,四、现场应用效果分析,2006年在我厂共实施该技术160井次，共投入83.2万元。平均单井日产液量提高了2.4t；单井平均日耗电下降了1.59kw；平均单井系统效率提高了10.18%；平均单井有功节电率为24.69%；创经济效益49.28万元，同时可延长检泵周期的效益并未计算在内。 2006年11月由工艺研究所、厂技术监督站及作业区项目负责人与乙方测试人员，在现场随机抽检达到验收标准的油井91口，经过准确计算，,四、现场应用效果分析,质检站核实确认后，得到抽测结果如表1所示：,表1 机采系统效率设计技术实施前后效果评价表,四、现场应用效果分析,由表1可知： 单井平均日产液由14.6t提高到17.0t，单井日均提高了2.4t；有用功率由1.241Kw提高到1.430Kw，单井平均提高了0.189kw；输入功率由优化前的6.44kw下降到4.85kw，单井平均耗电下降了1.59kw；系统效率由优化前的19.28提高到29.46，平均单井系统效率提高了10.18%；平均单井有功节电率为24.69，当然产量的提高与部分井的注汽有关。但是即使在产量增加的情况下，能耗却下降了24.69。,四、现场应用效果分析,4.5 优化效果分析 对已经验收的91口油井进行细化，以便分析出优化效果及其规律，把系统效率与产液量分别按5个等级划分，将优化前后数据进行对比，具体数据见表2与表3：,表2 已验收油井优化前后系统效率分段统计表,四、现场应用效果分析,表3 验收油井优化前后日均产液量分段统计表,四、现场应用效果分析,由表2与表3优化结果分析：,四、现场应用效果分析,4.6 低效油井分析 在抽测的91口油井中只有锦45-14更14与锦607-58-661效果不好，优化前后主要参数见表4：,表4 低效油井优化前后主要参数表,四、现场应用效果分析,由表2与表3优化结果分析：分析原因有以下两点,四、现场应用效果分析,2003-2006年优化前后主要参数表,四、现场应用效果分析,从上图可看出，稀油井的实施效果明显好于稠油井，但平均系统效率都提高了10%以上，达到了预期的目标。,全国各油田推广应用,辽河油田,自2002年已连续五年将其列为规模实施项目。（累计实施3672口井）,胜利油田,2004年率先买断了该项发明技术在该油田的实施许可，将从当年起在全油田抽油机井上全面推广。(2686）,大庆油田,至今已完成小型试验（11口井）和中型试验性推广（771口井），待全面推广,在辽河油田的试验效果：欢喜岭采油厂22口井,输入功率从9.80kW降至6.62kW，降低3.12kW，节电率31.8% ；平均机采系统效率提高了12.12 个百分点。,在辽河油田的推广应用,实施井数：3672口 输入功率：从9.30kW降至6.50kW，降低2.80kW 节电率 ：30.08% 系统效率：从22.26%提高到38.70%，提高12.45个百分点,应用前景,国内共有在用抽油机井约10万口，若全面应用该技术，年实际节电约29亿kWh（度）。同时，检泵作业周期也将得到相应的延长，检泵作业成本随之降低。 在全世界范围内共有93万口抽油机井，若全面应用该技术，年可节电270亿kWh（度）。,目 录,一、概述 二、机械采油系统效率设计的原理 三、理论研究及计算公式 四、现场应用效果分析 五、经济效益分析 六、结论及探讨,五、经济效