分層采油工藝管柱的研究與應用

宿立科

（遼河油田淺海開發公司，遼寧 盤錦 124010）

隨著探明儲量的進一步落實,油田部分區塊逐步發現了多個含油層系局部疊合的現象,為了降低采油成本,油田采用了井網開采兩個含油層系,并在部分井試驗了分層采油工藝技術。在開發試驗過程中發現,油田所使用抽油機功力不高,需嚴格控制封隔器坐封載荷,以防止因坐封載荷過大,造成管柱或分采泵彎曲,致使抽油機無法帶動現象。為了簡化施工程序,需要嚴格控制坐封載荷,提高坐封成功率,因此研究設計了新型分層合采工藝管柱。

1 工藝管住結構的設計

1.1 管住結構：工藝采用的管柱系統主要有以下三個部分組成，分采泵、花管和補償自鎖封封隔器。

1.2 工藝原理：在采油時，通過油管將分采泵和補償自鎖封隔器等井下設備放到工作位置，之后將封隔器通過上提旋轉下放的方法坐封，使伸縮補償器在工作狀態，將下入柱塞、抽油桿完井，啟動調防沖距開始抽油。這時，上下層原油經過分采泵將對應通室送入泵筒，通過上柱塞上端進行混合，沿著油管上升到達地面后，即可實現分抽退出的升舉工作方式。

2 關鍵部件設計

2.1 補償自鎖封隔器

封隔器是屬于自封式封隔器,由于油田油井出砂量很大,所以對封隔器特別增加了防砂功能。將膠皮置于卡瓦的上部,這樣就可以防止砂埋和砂卡。因為封隔器主要依靠的是皮碗與套管之間的過盈接觸，以此達到封隔油套環空的工藝目的,采用補償器消除油管蠕動的措施，對皮碗的摩擦以及解決油管和泵筒彎曲，造成載荷增加致使分采泵無法正常工作開抽現象。

2.2 泵的選型

考慮到油田油井開采的工藝需求,因為油田氣油比過高(115m3/m3),為了防止氣鎖可能造成分采泵下泵的問題，導致不能正常工作,進而影響油井產量,所以調研國內許多種型號分采泵,最后選用了兩腔室防氣式分采泵。

3 載荷計算

當封隔器坐封后,如果不考慮影響因素,那么管柱軸向任一點受力。如圖所示：

管柱軸向任一點x受力為:FX=G-F載荷=qg(L-Lx)-F載荷,以下為正方向。

q-空氣中每米管柱的質量,kg/m。

Lx-管柱上任一點到管柱頂部的距離,m;

F載荷-封隔器對油管的作用力 (封隔器坐封載荷);

在中和點處,管柱軸向受力為零,即Fx=0,即F載荷=q(L-Lx)。以中和點為界管柱受力可分為兩個部分,中和點以上部分管柱受拉,處于自重伸長狀態;中和點以下部分管柱處于自重壓縮狀態。為防止分采泵受壓發生彎曲變形,必須確保分采泵處于懸伸狀態,因此需嚴格控制坐封載荷,確保分采泵位于中和點或中和點以上位置。即:

在實際生產過程中,隨著泵的往復運動,油管內液柱重量將相互作用在油管和抽油桿上,使得油管受到拉伸和壓縮。封隔器坐封后,管柱兩端被錨定,隨著泵的往復運動,油管所受載荷將作用至封隔器上,由上式可知,封隔器所受壓力增大,中和點將上移,為解決此問題,特對封隔器進行改進,在其上部增加油管伸縮短節。

4 現場應用

油井位油田分采井,地面抽油機型號為CYJW7-2.5-18HF,油井動液面1400m采用2濖8英寸平式油管生產,設計44/32分采泵泵掛位置1500m,Y221封隔器位置2100m,所產原油密度為0.85g/cm3。為保證管柱中和點位于分采泵下部,封隔器坐封載荷:F載荷≤qg(L-L中)，在我國《采油技術手冊》可知,28英寸油管,管柱外徑,Dw=73.02mm,Dn=62.0mm,q1=9.52kg/m將其代入上式可得F載荷≤55977N考慮到現場實際工況,將補償自鎖封隔器自鎖銷釘剪切力設置為50KN。則中和點位置為L中=1564m>1500m,中和點位置位于泵下方。封隔器坐封后,泵正常生產時,作用在油管上的液柱重量為:

油管彈性模量E=2.1×1011Pa經計算,作用在油管上的液柱引起的油管伸縮量△L=0.0992m=9.92cm，對油井進行下分采泵作業,封隔器坐封壓力50KN,完井上抽,生產正常。油井下分采泵前,每天產油2.43m3;下入分采泵后,每天產油3.08m3,措施明顯。

5 結論

5.1 通過現場試驗,驗證了該分層合采工藝管柱的可行性,并為以后進一步研究和現場應用打下了堅實的技術基礎。

5.2 該工藝管柱能夠控制坐封載荷,消除泵筒和油管彎曲,減緩油井生產過程中封隔器向下蠕動現象,還可利用井口原有設備 (抽油機、井口),減少投資;但是該工藝管柱所用封隔器無法重復利用,在解封后必須更換,否則無法重新坐封。

5.3 由于采用工藝管柱，所以解決了封隔器坐封之后,使封隔器的下部環空密閉,這樣下部油層氣體就容易導致分采泵氣鎖的問題。因此工藝技術滿足油田的多層系開發實際需要(油田氣油高),所以有利于發揮出各層的潛力,提高單井的產量。因此，分層采油工藝得到了廣泛的應用。

[1]孫利民.注水管柱應力與軸向變形分析[J].石油機械.1999.

[2]劉占廣.卡瓦式封隔器在井下的受力分析[J].石油鉆采工藝.1994.

[3]宋瑜,萬德立,史云沛,等.工程力學[M].北京:石油工業出版社.1997.

[4]徐芝綸.彈性力學簡明教程M].北京:高等教育出版社.2000.