抽油機減載器在試采井上的應用

徐健（大慶油田有限責任公司試油試采分公司）

抽油機減載器在試采井上的應用

徐健（大慶油田有限責任公司試油試采分公司）

針對大慶外圍油田，特別是海拉爾勘探區塊試采井具有試采層位深、地層能量低、滲透性差等特點，研制應用了抽油機減載器。通過分析抽油機減載器的結構及工作原理，推導了減載力的計算公式，對抽油機減載器在試采井的應用效果進行了分析，結果表明，該技術降低了抽油機懸點載荷，增加了泵掛深度，降低了能耗，提高了抽油井系統生產效率，滿足了海拉爾油井試采資料錄取需要。

抽油試采 減載器 節能應用 海拉爾油田

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.03.006

大慶外圍油田特別是海拉爾勘探區塊試采井具有試采層位深、地層能量低、滲透性差等特點，目前主要試采方式是有桿小泵深抽配套直讀壓力監測工藝技術，而有桿小泵深抽受抽油機驢頭額定載荷、抽油桿抗拉強度和泵效的影響，下泵深度受到一定的限制，造成試采期間對地層產生的回壓較大，從而使部分井在試采后期達不到定產要求，不能滿足資料錄取需要。同時試采期間油管漏失和沖程損失大,泵效低，抽油機能耗高。為了解決油層埋藏深抽油試采問題，研制了抽油機減載器并進行了現場應用，它可以較大地減輕抽油機驢頭懸點載荷,加深泵掛深度,降低能耗,提高油井產量和采油速度，滿足資料錄取要求。

1 抽油機減載器

1.1 抽油機減載器的結構

抽油機減載器的結構見圖1，由抽油桿、傳液孔、密封活塞、上密封管、呼吸孔、下密封管、減載活塞組成，抽油桿、密封活塞、減載活塞連接在一起，隨抽油桿柱一起上下運動。

1.2 抽油機減載器的工作原理

抽油泵抽出的流體從下傳液孔進入中空的減載活塞及中空的密封活塞,從上傳液孔出來重新進入油管。由于上密封管和減載活塞的封堵，使得上密封管的下端面與減載活塞的上端面之間形成一個中空，這個中空通過呼吸孔與油套環空連通，因此中空的壓力與套管環空的壓力相同，而減載活塞的下端面與油管內的液體接觸，其壓力與油管內液柱在該端面處的壓力相同。因此減載活塞的上、下端面分別處在套管和油管不同的壓力系統中，即減載活塞上、下端面處的壓力有一個差值，由該壓力差所產生的推力作用在減載活塞的下端面，使其產生一個向上的舉升力。當抽油機驢頭上行時，減載活塞在舉升力的作用下，帶動下面的抽油桿隨上面的抽油桿柱一起向上運動，從而達到減輕抽油機驢頭懸點載荷的目的；當抽油機驢頭下行時，減載活塞被其下部的抽油桿帶動向下運動，抽油機如此上下往復運動，可減輕驢頭懸點載荷，加深泵掛，降低能耗，提高油井產量和采油速度。

1.3 減載力的計算方法

通過對抽油機減載器工作原理的認識，可對減載力進行定量計算，見圖2。

減載活塞下端面受到向上的力為

減載活塞上端面受到向下的力為

密封活塞上端面受到向下的力為

式中:

p1——減載活塞下端面壓力，MPa;

p2——減載活塞上端面壓力，MPa;

p3——密封活塞上端面壓力，MPa;

S1——減載活塞截面積，mm2;

S2——密封活塞截面積，mm2;

S3——抽油桿截面積，mm2。

因此，減載力為F=F減下-F減上-F密上

由于減載器長度遠小于油井深度，可以認為密封活塞上端壓力和減載活塞下端壓力相同，即p1=p3，于是減載力計算公式可簡化為

當動液面在呼吸孔以上時，

式中:

pc——油井套壓;

ρ——井筒液體密度，kg/m3;

h1——減載活塞到井口距離，m；

h2——減載活塞到井筒動液面距離，m。

當動液面在呼吸孔以下時，如果不考慮油套環空中靜氣柱的壓力，則p2=pc，于是減載力為

1.4 抽油機減載器技術參數

抽油機減載器技術指標見表1。

表1 抽油機減載器的規格和技術參數

抽油機減載器的適用范圍為：

◇油井套管直徑≥139.7 mm；

◇井斜≤45°，減載器下入位置應是斜直井段；

◇油井不出砂或輕微出砂；

◇供液不足、需加深泵掛、動液面較深的油井。

1.5 抽油機減載器下深優化設計

由（6）、（7）式可知，減載力與油井動液面存在著這樣的關系：動液面在井口時，減載力為零；隨著動液面的逐漸下降，減載力逐漸增加，當動液面到達減載器呼吸孔位置時，減載力達到最大；當動液面在呼吸孔以下時，減載力恒定。同時減載力的大小與減載器所處位置有關，減載活塞以上液柱越高，壓強越大，所產生的減載力越大，但是，如果減載活塞的位置太靠下，活塞下部掛接的抽油桿及柱塞的重力可能小于減載力，抽油機下行時，減載活塞阻礙上部抽油桿下行，使抽油機不能正常運行，因此，編制了抽油機減載器下入深度優化設計軟件，軟件操作界面見圖3。通過合理優化泵掛及減載器的下入深度，在滿足獲得最大減載力情況下，確保下沖程時機桿同步，符合上行快下行慢的節能原理。應用抽油機減載器下入深度優化設計軟件，對安裝抽油機減載器前后最大靜載荷及減載效果進行了對比，見表2。

表2 抽油機減載器應用效果對比

2 現場應用及效果分析

井下試采管柱結構見圖4。

井號：X64-64井

井段：2056～2064 m

定產：4.7 m3/d

泵型：?32 mm

抽油機減載器型號：JZQ70-44Ⅰ

X64-64井應用抽油機減載器前后示功圖對比分析見圖5，從圖中可知該井應用抽油機減載器以后，實測懸點最大載荷54.28 kN，最小載荷29.18 kN，與未安裝抽油機減載器時的理論最大載荷70.37 kN相比，驢頭懸點減載16.09 kN，減載幅度達到22.9%，實測泵效76%，減載效果明顯。

X64-64井抽油機運行參數：沖程S=3 m，沖速N=8次/min，假設實際生產狀態下抽油機地面設備有效功率為60%。

應用抽油機減載器后抽油機每沖速可節約做功：

因此節省電動機功率：

X64-64井試采期間抽油機電機累計工作551 h，共節約電能：

3 結論

（1）應用抽油機減載器深抽配套工藝技術，可以大副度降低抽油機驢頭懸點載荷，利用現有設備和普通抽油桿實現深抽，大量減少大直徑桿的下入比例，進一步降低載荷，減少抽油桿費用，同時增加泵掛深度，滿足中深層試采井資料錄取需要。

（2）由于減載器減載活塞的助推作用使驢頭懸點載荷降低，可以使抽油桿的伸縮彈性變小，減少桿柱伸縮對抽油泵的影響，從而可以提高泵效。

（3）抽油機減載器在增加泵掛深度的同時，降低抽油機驢頭懸點載荷，可以降低電動機負荷波動幅度，節約電能，有效提高抽油井的系統效率，降低生產成本，提高經濟效益。

徐健，2001年畢業于西南石油學院，工程碩士，工程師，主要從事試油試采生產技術管理工作，E-mail：sc_xujian@petrochina.com.cn，地址：大慶油田有限責任公司試油試采分公司，163412。

2011-03-18）