关键词：油田开采；机采系统；三低井；设计优化；运行效率
随着油田开采逐渐进入到中后期，部分采油厂已经进入到了低渗透、低产量以及低丰度的“三低”时期，使得油田在开采的过程中不仅需要的能耗高，同时采油的效率也比较低。所以还需要加强对采油厂机采系统的优化和应用，进而有效的提升“三低”油田油井的开采效率。本文主要对采油厂机采系统的优化策略和具体的应用进行分析。
1机采系统的原理
抽油机升举过程中，会产生电动机的输入功率，也就是油井的耗能，其中包括负责所载液体提升的能量以及在升举过程中损耗的功率、滑动需要的功率以及黏滞损失的功率等。这些功率可以通过公式进行表示：输入功率=地面损失功率+黏滞损失功率+滑动损失功率+有效能量-溶解气膨胀功率。同时通过能耗最低机采系统的优化可以对有杆泵的抽油系统损失功率用公式进行表示：
其中：Pd为电动机的空载功率；
F上和F下分别为抽油机上下冲程的光杆平均载荷；
k1和k2为传输功率和光杆功率的传导系数；
s表示的为冲程，n为冲速，μi为第i段的液体粘度，Li为第i段的油管长度。
M为管径和杆径的比值，fk为杆和管的摩擦系数，q杆为杆的重度。
L水平表示的是井斜水平轨迹长度。
通过式子可以看出，公式中涉及到的各个项目间都具有紧密的联系性。因此在保证能耗最低的情况下，对系统的效率进行优化的设计中，需要综合考虑油层的深度、含水率、饱和压力、原有密度以及地层原油粘度等14项因素，和传统的设计中只考虑的6项因素相比，结果更加优化，与实际契合度更高。
2机采系统设计优化的过程分析
通过将以上14项参数在设计中的录入，能够为系统的优化提供有效的条件。首先，选择合理的抽油机机型。其次，科学的设定参数的选择范围，在参数中包括泵深、冲程、管径、材料等。并根据管径的内径、杆柱钢的级别以及泵径的尺寸等依次排序。此外在泵深的排序中，需要从动液面开始，按照特定的步长进行加深排序，直到流压饱和。再次，抽油机额定的负载和扭矩的范围内，确定原油的抽汲产量，所有的机采系统的参数包括泵径、泵深、冲程、杆柱组合。为了保证抽汲目标的产量相同，还需要通过将各参数进行组合，同时每一种组合都对应一种能耗，也就是系统效率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆确定输入功率最低为机采优化的参数，并根据机采系统的重塑和输入功率等对抽油机的电动机机型进行确认。
3 机采系统优化的现场应用
3.1机采系统优化的前期应用
根据以上的优化过程分析，将冲程设计为2.9m，冲速设计为5.03每分钟，泵径为38毫米，泵挂为1401米，杆柱组合为906/19mm以及479/22mm。
油井优化前的生产参数为：日产含水液为6.3吨，含水量为90.7%，动液面为1.395米，有功功率为5.3kW，光杆功率为2.94kW，有效功率为1.1kW，地面效率为55.6%，井下效率为35.7%，每日耗电量为127.2kWh，泵效为24.5%，系统的效率为19.9%。
油井高压物性参数，地层原油密度为0.8036克每平方厘米，油体积比为16.4，原油饱和压力为4.02MPa，溶解系数为4.07，油层中深为1793米，油层的温度为81.384摄氏度，脱气原油为15mPa·s，地层原油为6.2mPa·s，地表的恒温温度为12摄氏度。
优化前油井杆柱为二级杆柱组合，其中泵挂为1401米，冲速为5.03每分钟，泵效为24.5%，系统效率为19.8%。通过优化设计后，能耗最低的参数组合情况下，泵挂的深度达到1465米，冲速降低为3.5每分钟。
在优化完成后，冲程为2.9米，冲速3.06每分钟，泵径38毫米，泵挂1470米，关注组合847/19mm，613/22mm。
优化后的生产参数如下：日产液为6.5吨，含水为90.1%，动液面为1345米，有功功率为2.86kW，光杆功率为1.68kW，有效功率为0.97kW，地面效率为58.5%，井下功率为58.5%，日耗电量为68.63kWh，泵效为41.40%，系统效率为33.60%。
通过优化后，油井的产量得到有效的提升功能，同时油井泵效也提升了16.9个百分点，系统的效率也得到大幅度的提升，提升的幅度超过68%，同时日耗电也大大的降低，所以通过设计优化后，降耗的效果比较明显。
3.2系统优化推广情况
系统设计优化后，通过在近百口油井中的实施，发现平均单个井泵的效率能够提升19个百分点左右，单井系统的效率也提升近10个百分点，系统的效率提升高达75%左右，每天的单井日耗电降低58kWh，节电效率为33.2%，单井的年节电能力超过20100kWh，共节约费用为1万元左右，单井的优化设计需要投入的费用0.6万元，而且节省的费用中没有计算油井的维护费用，而且大大的降低了磨损以及干疲劳断脱的情况。
4 结 语
通过对采油厂机采系统的优化，有效的改善了油田的“三低”问题。对油田油井的参数进行优化设计和实施后，可以降低油井采油的耗损，同时提升采油的效率。通过计算可知，优化设计实施后，平均系数的效率大幅度提升，日耗电也明显降低，从而使得油井的系统效率也得到有效的提升，成为当前有效改善油田采油“三低”现象的重要方式，同时也是促进油田行业得到更好发展的关键。所以还需要加强对油厂机采系统优化的研究和推广。
参考文献
[1] 孙阳，杨晶华.十屋采油厂机采系统效率优化及发展方向[J].节能，2015，31(6):31-34.
[2] 孙晓军.南八仙?马北油田机采系统效率测试与效果评价[J].中国石油和化工标准与质量，2016(11):
论文作者:李洪波, 郝磊, 杨光彦
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第14期
论文发表时间:2019/12/16
标签：功率论文; 油井论文; 效率论文; 系统论文; 油田论文; 参数论文; 组合论文; 《科学与技术》2019年第14期论文;