人工举升新工艺新技术2014-B

人工举升新工艺新技术2014年3月三、抽油机动态节能控制技术(一)抽油机节能技术概述(二)抽油机动态节能控制技术原理(三)技术核心(四)应用效果(一)抽油机节能技术概述随着油田进入高含水期，石油开采成本不断提高，节能降耗已成为当前油田面临的主要问题节能抽油机(游梁式和无游梁式)抽油机动态控制节能技术节能电控箱节能电机超越离合器减速轮等等1、抽油机节能技术发展历程2、抽油机节能技术基本原理分析完全改变了抽油机机械结构和系统运行轨迹，可以较大幅度降低扭矩峰值，但目前无法达到规模应用游梁式节能抽油机(改变抽油机平衡结构)系统运行轨迹与常规机基本相同，在一定条件下可以降低功率、电流和扭矩峰值，但降低幅度很小无游梁节能抽油机节能电机和电控箱超越离合器和减速轮等(不改变抽油机任何结构)近年来，在抽油机节能举升方面，新的节能产品层出不穷，主要包括：节能抽油机、节能拖动系统及井下抽汲参数优化软件等3、抽油机节能技术分类节能技术硬件软件抽油机拖动系统华北油田抽油机系统效率优化软件江苏油田抽油机系统效率优化软件电动机电控箱游梁平衡抽油机曲柄平衡抽油机复合平衡抽油机全平衡抽油机下偏杠铃摆杆双驴头偏轮摩擦换向调径变矩

常规机偏置机双四杆低矮型直线抽油机曲游梁节能抽油机节能拖动系统节能电机主要种类节能控制箱主要种类双功率电机永磁同步电机多转速电机超高转差电机高扭矩电机可控硅调压星角变换无功补偿动态控制华北油田抽油机系统效率优化软件江苏油田抽油机系统效率优化软件抽油机系统优化软件(二)抽油机动态节能控制技术原理

抽油机动态节能控制技术完全不改变抽油机机械结构，是根据负载的变化实时调节电机的转速、转矩、输出功率等，动态改变系统运行轨迹，充分利用系统惯性力，降低扭矩峰值，使驱动系统的能量输出趋于均衡化，最终达到节能降耗、提高系统效率的目的

N=P*v=N*n曲柄位置传感器反应光杆下死点时刻曲柄的角度位置，电机轴速度传感器反应电机的角位移与转速，智能控制器根据两个传感器反馈的转角与转速的识别分析，动态调整电机的输入频率与电压，从而调整电机转速和输出功率曲柄轴位置传感器电机轴速度传感器智能控制器

电机运行速度随油井负载变化而随动，追求抽油机在运行中达到近似柔性运行(三)动态节能控制技术核心目标曲线原来曲线电机原扭矩曲线电机目标扭矩曲线1、抽油机动态控制环境下，系统运动仿真模型的建立(1)运动学模型(2)瞬态动力学模型(3)瞬态能耗效率模型2、控制目标最佳优化方法的建立(1)能耗最低(2)减速箱扭矩波动幅度最小(3)电机输出功率变化最小(四)抽油机动态节能控制技术应用效果通过标准井和现场井测试分析得出，电机轴扭矩峰值降低幅度7.2%-49.8%，曲柄轴扭矩峰值降低幅度5.6%-37.6%，在静载不变情况下，惯性载荷和动载越大，扭矩降低幅度越大1、扭矩分析项目冲程(m)*冲次(min-1)(液面800m)3*63*9常规运行扭矩峰值N.m363625动态运行扭矩峰值N.m275407电机轴扭矩峰值降低幅度%24.234.9标准井Φ57mm泵6min-1电机轴扭矩曲线标准井Φ57mm泵9min-1电机轴扭矩曲线标准井不同冲次电机轴扭矩峰值对比表标准井Φ57mm泵6min-1曲柄轴扭矩曲线标准井Φ57mm泵9min-1曲柄轴扭矩曲线标准井不同冲次曲柄轴扭矩峰值对比表项目冲程(m)*冲次(min-1)(液面800m)3*63*9常规运行扭矩峰值N.m3328150149动态运行扭矩峰值N.m3041631270曲柄轴扭矩峰值降低幅度%8.637.6应用动态控制技术明显降低减速箱振动常规运行最大振幅1.17m/s2，动态运行最大振幅0.28m/s2，降低了76%标准井减速箱振动频域曲线(3m*6min-1)2、振动分析3、电流和功率分析(1)启动功率和启动电流大幅度下降

B1-11-540井启动过程功率曲线B1-11-540井启动过程电流曲线启动方式启动电流A启动功率kW常规运行启动380.62112.21动态运行启动32.5915.81降低幅度%91.485.9常规启动动态启动常规启动动态启动B1-11-540井启动电流和启动功率对比表启动电流和功率降低幅度在85%以上(2)运行功率和运行电流大幅下降

B1-11-540井运行功率曲线B1-11-540井运行电流曲线常规运行动态运行动态运行常规运行B1-11-540井运行电流和功率对比表运行方式峰值电流A平均电流A峰值功率kW常规运行93.4547.6350.47动态运行31.6923.3315.2降低幅度%66.151.069.9运行电流和功率降低幅度在50%以上4、悬点示功图分析(1)悬点运动速度轨迹有所改变应用动态控制技术后，改变常规运行状态下所固有的悬点准正弦运行速度轨迹，减小悬点运行过程中的最大速度和变化幅度，从而可减小杆柱承受的振动和惯性负荷动态运行常规运行标准井Φ57泵800m液面常规运行和柔性运行状态悬点速度曲线(冲程3m冲次6min-1)最大速度998mm/s最小速度-926mm/s变化幅度1924mm/s最大速度953mm/s最小速度-753mm/s变化幅度1706mm/s从悬点示功图可以明显看出，应用动态控制技术后，示功图刀把明显缩短，抽油泵充满程度明显提高Z31-193井应用动态控制技术前后悬点示功图对比(2)供液不足状况得到明显改善根据液面变化实施无级自动调冲次，保持泵充满度，达到举升同等液量的前提下降低冲次、提高泵效、改善运行工况，降低能耗标准井测试节电率平均在10%以上，功率因数从0.4提高到0.99

现场井应用不同区块泵效均有提高，老区平均提高3.7个百分点，外围提高15.3个百分点。平均单井日节电29.48kwh。不同区块节电率在9.9%-29%，平均节电率在15%以上5、泵效和能耗分析抽油机动态控制节能技术，最终实现的目的是最大可能的减小运行速度的变化量，同时使速度变化更加柔和，通过减轻惯性力的影响，降低对设备的冲击，从而达到延长设备寿命、降低举升能耗的目的

通过标准井和生产井的测试对比试验，已初步验证了该技术使抽油机系统运行更加柔和和能耗降低的效果有望成为抽油机井实现高效举升的主题技术6、初步认识四、特种工艺(一)同井注采大庆长垣综合含水已达93.5%，大量采出水无效循环，导致举升、集输及处理环节投入和运行费用大幅上升，油田开发效益变差

针对油田高含水开发期这一矛盾，通过研发了井下油水分离同井注采技术，大幅降低了采出水量，延长经济开采期

技术原理：利用井下油水分离设备对采出液进行油水分离，含水率降低的采出液被举升至地面，分离出的水被回注到注入层，实现在同一井筒内采出与注入同步进行技术原理示意图

针对常规水力旋流器大锥段和小锥段直线相交、造成流场紊乱、分离效率低的问题，研发了三次曲线为母线设计锥体代替原有的直线相交双锥结构，提升了分离效率三次曲线式水力旋流器常规式水力旋流器1、三次曲线式水力旋流器(1)对比实验

三次曲线式水力旋流器具有较高的分离效率，与常规旋流器相比，分离效率提高了6-7个百分点；分流比25%-35%时，分离效率98%以上含水98%、三次曲线式与常规旋流器分离效率对比(2)分离性能评价试验

不同含水率条件下，评价三次曲线式水力旋流器的分离性能，得出适用含水率的边界条件

试验得出：含水95%-99%，分离效率98%以上，当含水超过99%时，分离效率降低；含水95%-98%，分离后注入水含油浓度265ppm-1040ppm监测装置井下流量与压力实时监测装置(Φ3.2mm)

研制的井下注入流量与压力实时监测装置，在冀东7〞套管实现了应用。对于51/2〞套管，受注采工艺管柱外径限制，不能为电缆提供空间

利用大扁电缆传输，在电泵方案中实现应用2、注入流量与压力实时监测技术(1)螺杆泵配套注采系统工艺现场试验

针对国内外井下旋流分离工艺中旋流分离器位于高压端、密封难度大的难题：将旋流器放置中间，上下配以螺杆泵，流道简单，投影尺寸小，旋流器位于系统的低压区，易于密封，采出液先分离，后进泵，避免乳化由于螺杆泵偏心、轴向力导致中间区域受压，为旋流器密封及系统动力传递的设计带来了难题几年来，经过两次大的方案改进，实现了螺杆泵配套注采系统工艺定型3、现场实验效果螺杆泵配套注采系统开展了采出层监测2011年，测取了不同液面下产量与含水进行了注入层试注地面注入压力5MPa可实现80m3/d的注入量封堵管柱简化试验井注入层在中间，上下为采出层，封堵较为简单，设计采用两个支撑压缩封隔器和支撑卡瓦，实现了回注层封堵。管柱简单，作业便捷，一趟管柱完井针对前期先导性试验尾管沉砂容积小，通过增加沉砂管数量提高了沉砂容积支撑卡瓦封隔器封隔器沉砂管2013年7月25日试验井投产，已稳定运行160天，产油量基本未降，含水由97.2%降至89.6%，下降了7.6个百分点，地面采出液水油比和无效循环降低70%以上试验后试验前日产液(t)98.6日产油(t)含水(%)26.52.762.7597.289.67.6%34.78.6水油比75%73%0.36%开展了北2-D4-53井现场试验跟踪测试得出

随着液面下降，注入压力增加，注入泵效逐渐下降，系统扭矩大幅上升，影响系统工作寿命利用套管补液降低注入泵工作压力

补液后液面升至井口，产液量增加，含水上升，产油量下降，扭矩下降了46%，功率降低了37%名称产液(m3/d)含水(%)采出油量(%)扭矩(N.m)功率(N.m)动液面(m3/d)补液前26.589.52.75125512.7236补液后3296.41.156707.9井口转速100r/min系统补液前后对比数据压力MPa排量m³/d扭矩N·m

泵效669.357580.2764.267874.3856.478365.3937.590844.41020.698623.8通过对GLB600泵和GLB300泵水力特性检测数据及前期试注情况进行对比分析

液面在井口时注入泵工作压力在5.5-6MPa；液面下降，泵工作压力增加，当液面超过250m时，注入泵工作压力介于8-9MPa,排量大幅度下降；在相同压差下采出泵排量降幅小，采注比增加，分流比接近50%，分离效率降低GLB600泵100r/min时水介质检测数据GLB300泵100r/min时水介质检测数据压力MPa排量m³/d扭矩N·m

泵效140.35293.3236.611784.7331.418172.7426.124560.4520.431047.2

螺杆泵配套注采系统结构简单，采用一套地面驱动系统实现系统驱动，投资较小，适用于注入泵工作压力低于8MPa、采出液量80m3/d的高含水井同井注采

现场试验表明因注入泵采用杆式驱动，系统传动结构复杂，杆柱负载大，系统运行可靠性有待进一步验证

螺杆泵配套注采系统(2)螺杆泵-电泵配套注采系统现场试验

利用电泵作为注入泵，拓宽