抽油机井能耗公式的建立与测试

抽油机井能耗公式的建立与测试
抽油机井能耗公式的建立与测试
樊文杰(大庆油田采油六厂)
摘要油田开发后期,机械采油成为油
田开采的主要方式,也是油田主要耗能系
统.建立适合油田生产的机采井用能指标体
系,有助于实现机械采油井用能指标规范化
和标准化.通过对抽油机井耗能过程的理论
分析,综合考虑了影响抽油机井有致功率的
多种因素.建立了抽油机井耗电计算公式,
利用生产过程中的动态参数直接计算出抽油
机井的能耗,同时利用现场实刹资料验证了
公式的准确性.
1.抽油机井耗能过程的理论分析
抽油机井的工作过程,就是～个能量不断传递
和转化的过程.游粱,驴头的往复运动通过抽油杆
传递给井下抽油泵中的柱塞,拄塞上下运动,将机
拭能传递结井液,使液体获得能量以压能和动能
的形式沿杆,管环空举升到地面.能量的每一次传
递和转化都会有一定的损失.单位时间内从地面供
人系统的能量扣除系统的各种损失以后,就是系统
所给液体的有效能量,称为有效功率_Ⅳ.有效功
率与电机的输人功率之比则为抽油机井的系统效
率,抽油机井电机的输人功率为
M:譬(1)
Ⅳ宥=(2)
=
(.*'')'(''t')(3)
式中:——举升高度,m;
日:日+(P一P#)×
日——动液面,m;
P,P——分别为油压,套压.MPa;
Q——产液量,lIl3/d;
p——混合液密度,kg/m3;
g——重力加速度,9.8s;
口——抽油机井系统效率;
,,,,^,,f,
——
分别为电机效率,带传动效率,减速箱
效率,四连杆效率,盘根盒效率,抽油杆效
率,油管效率及深井泵效率,%.
一
般来说,地面效率=0.41～0.81,在机型
一
定的情况下,减速箱与四连杆机构效率基本～定. 而井下效率#=0.32—0.70,其中杆管机械摩擦,
糟程水力损失和深井泵敢率是主要影响因素.
根据以上分析,抽油机井的系统教率为0.13
～
0.56.与计算电机输人功率相关的油井参数有动
液面深度,产液量,油压,套压,混合液的含水率,原
抽密度(按860kg/m~计)等.由于抽抽机型号较多, 抽汲参数不同,下泵深度根据油井供液能力而定,因此各部分的教率差异很大,如何确定效率的变化值是建立计算公式的关键.
2.抽油机井耗电公式的建立
2.1单井耗电计算公式
采用反推法计算输人功率,需要找出系筑效率
与相关参数的关系.就井下部分而言,下泵深度和
举升高度是抽油杆柱和油管柱摩擦损耗和水力损失
的主要原因,泵的排量系数则是深井泵效率的最直
接的影响因素.而影响地面部分效率变化的主要原
因是抽油杆往复运动的速度变化.因此,式(1)
可表示为
')
√√
式中:s——抽油机使用冲程,m;
n——实测冲次,n～;
日——举升高度.m;
札——下泵探度,m;
——
深井泵排量系数,%;
——
修正系数,通过试验测试得到.
2.2区块抽油机耗电计算公式
(1)区块抽油机井总的输人功率为
:
∑M(5)
8油气田地面工程第20卷第6期(2o01.Il,…作者清访同n廿p:,,www.puioad.c.m 查匈作品信息
0i蘸l蓬童一;
式中:——某区块抽油机井总的输入功率,kW;
M.——某区块抽油机井第i口井输入功率,
kW;
——
某区块抽油机井的井数.
(2)区块抽油机井总耗电量的测算.由于抽油
机井数量大,在某一天内很难做到测试全部油井, 这样用式(5)难以准确计算总的耗电.为此可采
用输入功率加权平均法计算区块的平均系统效率, 然后计算出平均输入功率和总的输入功率.
区块抽油机井平均系统效率为
∑(.r/)
;=(6)
∑J=L
式中:——区块平均系统效率,%;
r/,——第i口井系统效率,%.
单位耗电量即百米吨液耗电与系统效率的关系
式为
:
0.272÷(7)
式中为将1t井液举升100m的耗电量.
根据区块平均系统效率求得平均百米吨液耗
电,则抽油机井总输入功率测算公式为
=
鲁㈩
式中:B——总输入功率,kW;
Q——总产液量,t/d;
自——产液量加权平均举升高度,m;
——
平均吨液百米耗电,kW?h.
区块总耗电量测算公式为
:
QA目(9)
如果Qn为月,季或年累积产液量,那么
则为相应时间区间的耗电总量.若计算切人点为输变电站,则应考虑输电线路损耗和变压器损耗,
即:
117'=KLK2n+4(10)
式中:——以输变电站为切入点计量的总耗电
量.kW?h:
K,K——分别为线路损耗系数,变压器
损耗系数,%.
3.抽油机井耗电测试试验
目前,油田使用的抽油机型号不一,种类繁
多.在现场调查统计分析中发现,受井况环境和生
产动态参数等因素影响,抽油机井的耗电存在着极大的{逭机性.要建立单井和区块抽油机井耗电计算公式,必须实测耗功.对于这种离散状态分布的抽
油机耗功,仅仅依靠现场实测数据,很难建立起一
个比较准确反映实际耗功情况的计算公式.因此,
必须结合室内模拟试验来综合反映抽油机井中耗电随工况变化的全过程.
3.I抽油机一深井泵系统耗电测试模拟试验
(1)试验内容.选择4种常见机型做为研究对
象,即:常规抽油机CYJ10～3—26B,冲程s=
2.622m.冲次:12rain～;常规机CYJ1o_一3—
26B,s=2.622m,=9rain～;异相机CYⅡm一
3—26B,s:2.445m,=9rain～;异相机CYJ卜10—3—26B,s:2445m;n:9mi13._..在以上4种
组合的抽扳参数下,改变井筒动液面深度,分别测
定电机耗电,产液量等,取得举升高度与系统效率
关系曲线.同时用单井耗电计算公式将计算结果与
实测的结果作对比,看其与实际测定值的吻合程
度.
(2)修正系数值的确定.抽油机单井耗电
计算实际上是对系统效率的推算,那么计算系统效
率与实测系统效率的关系式为:r/=研,则K:
,
当:1时,则::√器'/Hr/,,已知
孙,则值被确定,令矿=研.对于某一组
数据值不可能完全一样.则求其平均值,印置
=
∑Ki,r/"=研,则为计算公式中求得的系
统效率数值.那么计算出的抽油机输入功率:
,它与实测输入功率相对误差d:
r/
100%.即可对计算公式精确度作出评估.
(3)试验结果及分析.从总体上看,实测抽油
机输入功率与公式计算的输入功率在35个测试工
况点中.平均误差为±2.98%,其中误差在3%以
内的占54%;误差在4%以内的占77%;误差在±
5%以上的共有6个点,占l7%,其中误差最大一
个为6.8%.由此可见该计算公式的精确度较高.
由于误差的正态分布特性,实测耗电的累计值与公
式的计算耗电的累计值的差值很小,其误差均不超
过1%.所以单井计算公式结果更适合抽油机井耗
电预测统计.此外,从实测的日～r/曲线与公式计
算的一曲线吻合程度看.该公式适合抽油机井
从轻载到满载的全过程计算.
油气田地面工程第20卷第61~tt,.7,001.11)…设计人员请访问
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3.2抽油机生产井现场抽样测试试验
模拟试验在可控制参数条件下进行,适合于定
量分析抽油机的耗电规律.而生产井抽油机机型, 泵径种类繁多,冲程,冲次各异,计算公式中修正
系数如何界定是现场试验所要解决的.从模拟试验中可以看出,修正系数值尽管与机型,冲次,
冲程相关,但最终是与有效功率的大小密切相关
若采用有效功率大小界定值的大小,可使计算
公式实际应用时具有可操作性.同时通过现场实测试验数据分析,可确定修正系数五值大小的边界
条件.
(1)数据分析与处理.现场随机抽样检测抽油
机井共35口,包括5型到l4型,冲程长度从2.5m 到6m等lO余种机型.在样本抽油机井中,有两口井的动液面在井口,系统效率无法确定.根据测试结果+此类井况的输入功率可按抽油机装机功率的10%计算.根据33口抽油机井输出功率(有效功率)的大小划分成4个区问,对应这些区间,共有
5个修正系数(见表1).
测试输入功率值与公式计算的输入功率值,误
差在20%以上的,认为是不正常井(共有8口).
但在实际应用中无测试数据可对比,只能用系统效率的上下限来控制,因此测试计算结果统计对比数据33口井和25口井的数据同时列出.其中系统效率平均值按行业标准用功率加权平均法计算;百米
吨液耗电用式(7)或一曲线求出.
表1修正幕数值的确定
有技功卓范围(kW1边界条件值
婶≤090≤20^<70.5
090<Ⅳ≤150>20n≥7075,0..83
n>2.O犯150
<Ⅳ≤3.50
s,l≤20n<6094
)3.50l03
(2)测试计算结果.单井测试与计算结果对比
的整体统计结果见表2;表3为测试项目的算术平
均值.
表2测试,计算结果统计对比
井宴结果公式计算结果总体谩差
累计}自人功率l平均百米吨裱耗电f平均系境技卓累计辖人功宰差值相对谋差数景计辕人功事
(k,h)%)(kW)1(kw-h)l(%)(kW)(%】(口)(kW)
333聃.7920946j28.354O9909O82.995～14.34.0
252800540.877310028l487;0.882I3083I.43305I
表3被乱I抽油机井主要项目的算术平均值
井数装机功宰琦宰利用宰平峦度排系数动液面举升高度产棱量有效功率幢人功率
(口)(kW)(%)(%)(%(m)(m】(t/a)(kW)(kW)
3358.9I918I.853754985431373.83214I1.I
2558.2I9282.2卵20457.2396.28l_23475l1.202
4.结语
(1)单井耗电量计算公式经模拟试验和现场试
验的验证+其误差较低,具有实际应用价值.对个
别井况不正常的井,可采取计算结果的边界条件控
制,在计算程序中设置系统效率范围来识别非正常
井.去掉这些井后,可使计算准确率大大提高.
(2)33口抽油机井,其耗电实测值与公式计
算值相对误差为4.O%.剔除非正常井后,25口井
的实测值与公式计算值相对误差只有0.51%.因
此抽油机井耗电计算的误差符合正态分布规律.完
全适合抽油机井耗电指标的管理需要.
(3)对区块系统效率和举升高度的平均值要采
用加权法计算.用计算公式反求出来的输入总功率
与实测累计的总输入功率是完全吻合的.
(4)系统效率是机采井运行的一个综台评判指
标,它既能反映机采设备的运行状态,又能反缺机
采井的管理水平,但不能量化地反映机采井的耗
电.引入百米吨液耗电概念,可以用来评判机采井
用电水平,是一个具有可比性的单位耗电参数.
(收稿日期2OOl-O6一lo编辑王律样)
l0油气田地面工程籀20卷第6期(2001.11)…作者请访问latp:llvmw.puioad.corlq 查询作品佶患。