減載深抽工藝的研究與應(yīng)用

程永紅，高 強(qiáng)，張新超，劉鳳臣，楊 莉 （勝利油田分公司河口采油廠，山東東營257200）

石油開發(fā)隨著開采時間的延長和采出程序的增加，開發(fā)方向逐漸向油層埋藏深、地層能量低、滲透性差、注水效果差的油藏轉(zhuǎn)移。如渤南油田渤深六塊的奧陶層段、富臺油田的寒武層段、大王莊的石炭層段等，這些超深油層油質(zhì)好、含水低、粘度低，是采油廠原油上產(chǎn)的潛力區(qū)之一。但這些超深儲層均具有埋藏深、滲透率低、天然能量不足、對機(jī)采工藝要求高等特點(diǎn)，最終形成了超深井原油生產(chǎn)能耗大、泵效低、開發(fā)速度低的局面［1］。為徹底解決這一難題，筆者采用減載深抽工藝來實現(xiàn)深抽，以達(dá)到降低抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷、加深泵掛的目的。

1 減載深抽工藝原理

減載深抽工藝系統(tǒng)包括深井減載裝置、高效氣液分離裝置、防偏磨工具、安全脫節(jié)器等，其核心設(shè)備是減載裝置，它可以有效地降低抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷。

1．1 深井減載裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

1）減載裝置結(jié)構(gòu) 由柱塞管、上密封管、下密封泵筒、減載活塞、過油孔和呼吸孔、脫節(jié)器及提升短節(jié)等附件組成。

2）工作原理 抽油桿、柱塞管、減載活塞連接在一起，隨抽油桿一起上下運(yùn)動。井液從下過液孔進(jìn)入柱塞管，從上過液孔出來重新進(jìn)入油管。由于上密封管和減載活塞的封堵，使上密封管的下端面與減載活塞的上端面之間形成中空，這個中空又通過呼吸孔與油套環(huán)空連通，其壓強(qiáng)值等于套壓。減載活塞的下端面與油管里的液體接觸，其壓強(qiáng)與井筒液柱在該端面處的壓強(qiáng)相同。由于減載活塞上下端面分別處在油管、套管2個不同的壓力系統(tǒng)中，壓差所產(chǎn)生的壓力作用于減載活塞的下端面，產(chǎn)生一個向上的舉升力 （也叫減載力）。這個減載力在上下沖程中都可以起到減輕桿柱重量、降低桿柱變形的作用，從而達(dá)到減輕驢頭懸點(diǎn)載荷的目的，使在以往設(shè)計基礎(chǔ)上增加泵掛成為可能。

3）深井減載裝置減載力的受力分析 通過對減載裝置工作原理［2］的認(rèn)識，可對減載力進(jìn)行定量計算，減載力計算示意圖如圖1所示。因減載裝置僅長10m，P1≈P3，通過受力分析，減載力計算如下：

F＝P1（S1-S3）-P3（S2-S3）-P2（S1-S2）≈ （P1-P2）（S1-S2）＝ （ρgh-P2）（S1-S2）

式中，ρ為液體密度，kg／m3；g為重力加速度，m2／s；h為減載裝置深度，m ；P2為套壓，MPa；P1為大活塞向上的壓強(qiáng)，MPa；P3為小活塞向下的壓強(qiáng)，MPa；S1為減載活塞截面面積，m2；S2為柱塞管截面面積，m2。

1．2 高效氣液分離裝置

高效氣液分離裝置是由幾個高效油氣分離器組成，它們將重力分離和離心分離有機(jī)地結(jié)合在一起，通過 “減壓分離、重力分離、離心分離”多重方式結(jié)合使油氣混合液達(dá)到較徹底的分離，分離出的氣體可以排出，有效地減少了氣體對抽油泵泵效的影響。其具有分離效率高、適用范圍廣的特點(diǎn)，在配合深抽時效果顯著。

1．3 桿管防偏磨技術(shù)

針對深井偏磨情況，現(xiàn)場普遍采取管、桿接箍減磨配套治理技術(shù)，在深井抽油系統(tǒng)中主要采用抽油泵增效助抽器來實現(xiàn)，其由加重桿及配帶的調(diào)彎扶正器［3］構(gòu)成，以此來平衡管柱重心，并使抽油桿受力中和點(diǎn)下移達(dá)到防偏磨作用。

1．4 ZT22脫節(jié)器

ZT22脫節(jié)器分2部分組成，下半部分連接抽油泵的減載器柱塞，上半部分連接?22mm抽油桿。其主要作用是使減載裝置上下2部分桿柱分開起下，只要上部脫節(jié)器撞擊下部脫節(jié)器，2部分脫節(jié)器便可對接，起到了連接上下2部分桿柱的作用。

圖1 減載力計算示意圖

2 應(yīng) 用

針對部分油井油層深、日產(chǎn)液低、泵效低、動液面居高不降，工藝研究所開展了減載深抽工藝技術(shù)的實驗，截止到2012年6月份，該工藝先后在車古204-3、車古201-10等6口油井推廣應(yīng)用，都取得了較好的效果。主要采用普通?57mm管式泵配套助力減載器、高效油氣分離器、ZT22脫節(jié)器、抽油泵增效助抽器的組合來實現(xiàn)深抽。下面以車古204-3為例介紹減載深抽工藝的設(shè)計方法及具體應(yīng)用。

2．1 工藝參數(shù)設(shè)計

已知車古204-3井的混合液密度ρ＝0．8936g／cm3、h＝1200m、套壓P2＝1．0MPa，減載器的S1＝38．48cm2，S2＝15．2cm2，根據(jù)減載力的計算公式F＝ （ρgh-P2）（S1-S2），將上述數(shù)據(jù)代入計算公式，即可算出減載力：

F＝ （0．8936×103×9．8×1200-1．0×106）（38．48-15．2）×10-4＝22kN

為減小深抽導(dǎo)致的管桿偏磨問題，同時又不影響產(chǎn)量、提高泵效，方案選用700型皮帶抽油機(jī)實現(xiàn)高沖程、慢沖次的高效抽吸。為保證深抽的有效性，方案制定時還結(jié)合了油井的動液面、井下管柱原始數(shù)據(jù)等資料，在保證合適沉沒度的情況下確立最優(yōu)管柱組合。

1）桿柱組合設(shè)計 （自下而上） ?57mm柱塞＋拉桿＋?40mm抽油泵增效助抽器×60m＋?22×1240m＋抽油泵助力器柱塞×9．8m＋脫接器＋?22×800m＋?25×400m＋?38mm光桿。

2）管柱組合設(shè)計 （自下而上） 絲堵＋?62mm平式油管×20m＋高效氣錨＋?57mm泵筒（2500m）×9．0m＋?62mm平式油管×1300m＋抽油泵助力器外管 （1200m）＋?76mm平式油管（7m）＋釋放接頭＋變徑接頭＋?62mm加厚油管×743m＋?76mm平式油管×450m＋油管懸掛器。

以上設(shè)計是依據(jù)車古204-3的地質(zhì)開發(fā)數(shù)據(jù)綜合設(shè)定的管柱方案，該組合的最大懸點(diǎn)載荷116kN，最小懸點(diǎn)載荷70kN，減去22kN的減載力之后，理論懸點(diǎn)載荷降為最大94kN，最小為48kN。

2．2 現(xiàn)場應(yīng)用及效果分析

通過應(yīng)用深井減載工藝的配套裝置，車古204-3的抽油機(jī)懸點(diǎn)負(fù)荷明顯降低了。該井2012年5月19日作業(yè)開井，6月18日功圖顯示，懸點(diǎn)最大載荷93．36kN，最小載荷49．01kN，實際數(shù)據(jù)與理論設(shè)計值非常接近，這說明減載深抽工藝在降低懸點(diǎn)載荷方面達(dá)到了預(yù)期效果。此外，該工藝還起到了增產(chǎn)效果。由表1可以看出，車古204-3作業(yè)后平均日增原油10t，油量增長幅度達(dá)到172%，若產(chǎn)量保持穩(wěn)定，則一年內(nèi)可以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益365×10×0．2＝730萬元 （原油價格按2000元／t）。表1同時統(tǒng)計了另一口深抽井車古201-10的作業(yè)前后對比數(shù)據(jù)，工藝方案為電泵轉(zhuǎn)深抽。由實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以看出，這口井不僅日增油4～5t，用電量每天還降低了800kWh。現(xiàn)場數(shù)據(jù)證實了減載深抽確實起到了增效、降耗、省成本的作用。

表1 減載深抽工藝油井作業(yè)前后數(shù)據(jù)對比表

3 結(jié) 論

1）減載深抽配套工藝可大幅度加深泵掛，達(dá)到提高泵效、提高產(chǎn)量的目的。

2）減載深抽配套工藝可使目前因液面深、產(chǎn)量低而失去生產(chǎn)價值的油井恢復(fù)生產(chǎn)，可以恢復(fù)部分地層壓力低，供液能力差，常規(guī)技術(shù)無法開采的儲油區(qū)塊，增加可動用儲量。

3）減載深抽配套工藝能顯著減輕抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷，減輕機(jī)械磨損，起到節(jié)能耗、降低成本的作用。

4）減載深抽配套工藝可以有效解決油氣分離問題，對高、中氣液比均可以實現(xiàn)較徹底地分離。

［1］萬仁溥，羅英俊 ．采油技術(shù)手冊 （第4分冊）［M］．北京：石油工業(yè)出版社，1993．

［2］韓修廷 ．有桿泵采油原理及應(yīng)用 ［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2007．

［3］萬仁溥 ．現(xiàn)代完井工程 ［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2008．