游梁式抽油機地面參數(shù)與井筒的綜合管理

梁策（中國石油天然氣集團公司油田節(jié)能技術監(jiān)測評價中心）

游梁式抽油機的工作過程是通過電動機的高速運轉，經(jīng)過皮帶的傳動，將動能傳遞給減速箱，經(jīng)過三軸二級減速后，再由曲柄連桿機構將旋轉運動變?yōu)橛瘟旱纳舷聰[動；然后，抽油桿的上下往復工作帶動懸繩器，使抽油泵柱塞上下運動，從而將原油抽汲到地面[1]。

在這個工作過程中，抽油桿及其帶動的抽油泵大量往復做功，造成桿斷、偏磨，管斷，管漏、泵漏的發(fā)生，所以減少桿管問題是減少作業(yè)次數(shù)，延長抽油機工作周期的核心。

1 沖速與檢泵周期的關系

沖速是指抽油泵活塞在工作筒內(nèi)每分鐘往復運動的次數(shù)。目前抽油泵沖速多為4～7 min-1。以6 min-1為例，每天桿上下運動并帶動活塞泵往復運動的次數(shù)為8640 次，每年可達3 153 600 次。所以沖速越快，活塞往復次數(shù)越頻繁，設備磨損程度越嚴重，作業(yè)概率越高，作業(yè)周期越短。

1.1 抽油桿問題對檢泵周期的影響

抽油桿工作中主要受到兩個作用力，即抽油桿本身的彈性力和抽油桿在上下行過程中存在法向力。

抽油桿本身的彈性力的產(chǎn)生是由于抽油桿是一種彈性體，當驢頭開始上行時，游動閥關閉，充滿的液柱載荷會作用在柱塞上，使抽油桿發(fā)生彈性伸長。下沖程開始時，吸入閥立即關閉，液柱的載荷由抽油桿柱逐漸轉移到油管上，使抽油桿縮短。抽油桿在這種伸長縮短的變化過程中，容易出現(xiàn)桿斷脫現(xiàn)象，沖速越快，這一過程越頻繁，斷脫概率越高。

正常抽油時抽油桿柱彎曲產(chǎn)生在下沖程，在中性點以上的抽油桿柱處于拉伸狀態(tài)，而在中性點以下的抽油桿柱受壓，由于側應力的影響而產(chǎn)生側向彎曲，使桿體與油管內(nèi)壁相摩擦，進而使抽油桿向油管一側移動，造成桿管偏磨。同樣，沖速越快，抽油桿往復次數(shù)越頻繁，抽油桿柱上的法向力也就越頻繁，而檢泵次數(shù)越頻繁，周期就越短。

1.2 油管問題對檢泵周期的影響

油管是連接油管掛和抽油泵的工具，起到密閉液體的作用。如果發(fā)生油管漏或者斷，在抽汲過程中，液體會在漏失處流出。出現(xiàn)這一問題的原因是：下沖程開始時，吸入閥立即關閉，液柱載荷由抽油桿柱轉移到油管上，油管伸長；相反上沖程時，油管縮短，這就導致油管頻繁地伸長縮短，易斷脫；由于抽油桿對油管壁的磨損作用，造成管壁越來越薄，最終磨漏。所以，油管問題原因也與沖速快慢有直接關系。

1.3 抽油泵問題原因分析

抽油泵是抽油機井的心臟，位于桿管的最下部。它通過固定閥、游動閥交替開關完成進液和排液過程，使液體源源不斷地流向地面。固定閥和游動閥主要由鋼球、球座組成，每次開關，鋼球都會撞擊球座一次，活塞完成一次往復運動。長時間撞擊，鋼球與球座就會密封不嚴，球座會出現(xiàn)小坑，使泵逐漸漏失。

2 沖程與泵效的關系

沖程是指抽油機工作時光桿運動的最高點和最低點之間的距離，在井筒內(nèi)為活塞在泵筒內(nèi)移動的距離。如果不考慮桿管的伸長形變，活塞在泵筒內(nèi)移動的距離應該和光桿運動的區(qū)間相等。通常柱塞沖程小于光桿沖程，這導致了泵效小于1。抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮愈大，柱塞沖程與光桿沖程的差也愈大，泵效就愈低。

多數(shù)油田處于抽油泵開采期，都是井底流壓低于飽和壓力，即使在高于飽和壓力下生產(chǎn)，泵口壓力也低于飽和壓力。因此，在抽汲時總是氣液兩相同時進泵，氣體進泵必然減少進入泵內(nèi)的液體量，影響泵效。當氣體影響嚴重時，可能發(fā)生“氣鎖”，使抽汲時氣體在泵內(nèi)壓縮和膨脹，吸入和排出閥無法打開，出現(xiàn)抽不出油的現(xiàn)象。

泵的充滿系數(shù)與泵內(nèi)氣液比和泵的結構有關。在保證柱塞不撞擊固定閥的情況下，盡量減小防沖距，可以減小余隙。因此，抽油機盡量滿足長沖程，可以提高泵的充滿系數(shù)，從而提高泵效。

3 地面參數(shù)調(diào)整原則與常見問題

高含水期調(diào)參是保持穩(wěn)產(chǎn)的一種有效手段，通過放大生產(chǎn)壓差，使油井工作制度更趨于合理，更充分發(fā)揮油井的開采潛能，減緩產(chǎn)量遞減。

綜上分析，長沖程加上慢沖速可保持同等泵效維持產(chǎn)量，是減少磨損消耗的重要方法。在泵徑、沖程、沖速三者的配合關系中，對于操作者來說，工作量最小，最容易調(diào)整的是沖速值。目前普遍的調(diào)沖速方法是加裝皮帶輪與安裝變頻調(diào)參控制柜實現(xiàn)變頻調(diào)參。其中加裝皮帶輪的周期不固定，操作較麻煩，變頻調(diào)參具有明顯優(yōu)勢[2]。

由于抽油設備已經(jīng)陳舊、老化，雖然近幾年加大了抽油機的更換力度，但仍存在著部分老機型，這些抽油機中部分曲柄銷子等部件已經(jīng)銹死，或孔眼損壞，無法調(diào)整沖程，影響了油井抽汲參數(shù)的調(diào)整。

4 優(yōu)化方案及效果評價

在日常生產(chǎn)中隨著地層供液能力的變化，桿管質(zhì)量和工作狀況也發(fā)生改變，液面與沉沒度的監(jiān)測是維持泵在良好的供液能力下工作的重要手段，也是地面參數(shù)調(diào)整的重要依據(jù)。保證井筒的供液能力與工作參數(shù)的合理匹配是維持游梁式抽油機工作的基礎。井筒液面如果過深，說明井下供液能力已經(jīng)不足，有抽空的趨勢，桿管泵在干磨的情況下斷或者漏的風險增加。若液面過淺，說明井下供液充足，但泵的排量仍無法滿足供液的輸出。這時地面參數(shù)如果已經(jīng)最大或最小，或因設備等原因已無法調(diào)整，那抽油機的合理生產(chǎn)就無法實現(xiàn)，只有在井下設備產(chǎn)生問題需要作業(yè)解決時并對施工設計作出調(diào)整，從井下井筒管理方面來解決問題。

4.1 方案設計過程中合理匹配抽汲參數(shù)

確定最合理的地面參數(shù)可改善抽汲狀況，有效降低異常問題發(fā)生率。

對供液能力改變，不能滿足供液的要在作業(yè)設計中考慮換小泵徑，對于供液能力充足的應考慮放大泵徑。比如，采油一廠某井于2014年12月23日作業(yè)檢泵，2015年1月1日卡泵，檢泵周期只有8天。由于該井供液不足，在二次作業(yè)時泵徑由44 mm 換為38 mm，換泵后沉沒度由換前35 m 上升到329.4 m，功圖由供液不足變?yōu)檎！膿Q泵前后對比可以看出，該井換小泵后，提高了泵的充滿系數(shù)，使其在合理的參數(shù)下生產(chǎn)，從2015年2月8日作業(yè)到目前，該井一直正常生產(chǎn)。 在泵徑變更時應考慮泵掛深度的調(diào)整，使生產(chǎn)中保持合理沉沒度。

4.2 設計要求下入抽油桿前進行油管蹩壓

該工序可及時發(fā)現(xiàn)管漏及絲扣漏現(xiàn)象，預防不合格油管再次下入井中造成返工。在油管打壓過程中發(fā)現(xiàn)壓力穩(wěn)不住，應將油管起出，確定油管是否老化，是否需要更換，并在下井后重新打壓確認，避免因油管不合格而造成返工作業(yè)。

4.3 針對砂卡及氣體影響井，作業(yè)時應下入砂氣錨

在某采油廠已發(fā)生的6 口砂卡井中，由于作業(yè)時下入了砂氣錨，目前已平均運行了5 個月以上，這些井的氣體影響也相對減弱，功圖形狀得到了改善（表1）。

4.4 油管錨的使用

對發(fā)生過管斷的井作業(yè)時采取下入油管錨的措施，可有效防止管斷脫。如北1-丁4-P35 井，2015年1月15日作業(yè)時發(fā)現(xiàn)第79 根管斷，2015年3月8日又發(fā)生管斷，檢泵周期只有52 天；在3月8日作業(yè)時下入了無卡瓦式油管錨，到目前為止，該井一直正常生產(chǎn)，有效延長了檢泵周期。

綜上所述，從優(yōu)化方案入手，結合地面參數(shù)調(diào)整，對減低抽油機井小修檢泵率有著重要的作用。以采油一廠2014年度為例，由于采取了綜合治理措施，上半年的返工井數(shù)與2013年同期相比減少了10 井次，返工率下降了1.2 個百分點，上半年當年作業(yè)當年返工井有22 井次，比2013年同期少了11 井次，與2013年下半年相比少了10 井次，2014年上半年作業(yè)2 次的井第二次返工桿管斷、管漏比例與2013年同期及下半年相比都有所降低。

表1 下入氣錨井措施前后數(shù)據(jù)對比

從2014年1—8月份的返工率明顯降低可以看出采取綜合治理后已逐漸見到了效果，返工率曲線見圖1。

圖1 2014年返工率曲線

采取綜合措施，尤其優(yōu)化方案設計只是降低抽油機井返工率的途徑之一。降抽油機井返工率是一項系統(tǒng)工程，它還與作業(yè)施工質(zhì)量、井下工具質(zhì)量及日常生產(chǎn)管理等關系密切，只有以上各方面共同提高，協(xié)調(diào)發(fā)展，才能最大限度地降低抽油機井返工率。

5 游梁式抽油機井的管理方法與難點

油管、抽油桿的偏磨主要是由井身結構、油管受力側向彎曲、抽油桿側向彎曲以及工作參數(shù)不合理、采出液的特性等因素引起的。優(yōu)化組合油管抽油桿柱、選擇合適的井下工具、確定合理生產(chǎn)參數(shù)等能有效防治管桿偏磨，延長管桿使用壽命及油井免修期。

在滿足油田地質(zhì)開發(fā)要求的前提下，盡量采用長沖程、低沖速，從而增大油管與抽油桿的磨損面積，減少摩擦次數(shù)，使磨損均勻。另外，在上下沖程時，加速度變化變緩，使泵上油管在上沖程時受壓彎曲效應減弱，使底部抽油桿在下沖程時中性點下移，底部抽油桿受壓彎曲程度減小，抽油桿與油管之間的磨損減小，有利于延長管桿使用壽命。

井下工具選擇要根據(jù)當前地層供液能力及合理沉沒度界定，經(jīng)過計算合理選擇，使桿、管、泵在良好的工作狀態(tài)下進行抽汲工作，保證井下工具的使用壽命。

雖然采取綜合措施可在一定程度上降低抽油機井返工率，但壓裂、大修、換泵、酸化、補孔等措施也造成了一定比例的返工井。目前油田仍存在一定數(shù)量的特殊機型，有些機型或沖程過小，或沖速過快，如10-3-37B 機型，其最小沖速為8 min-1，不能滿足合理生產(chǎn)的需求，給綜合治理帶來不便。

總之，針對抽油機井提高泵效而言，首先要考慮調(diào)大沖程，減少沖程損失，減少氣體影響，增加泵的充滿系數(shù)，達到提高泵效的目的。換泵、壓裂、大修后的井要根據(jù)措施后生產(chǎn)情況及時調(diào)整工作參數(shù)，防止這些井因異常造成返工。下新型三級泵及高強度扶正環(huán)對防偏磨起到了積極的作用，但在實際生產(chǎn)中還需研究探討一種更有效的防偏磨措施，將偏磨的發(fā)生率降到最低，從而減少因偏磨而造成的損失。

[1]武云石.提高抽油機井系統(tǒng)效率的措施研究[J].油氣田地面工程,2009,28(7):7-8.

[2]趙磊.三元機采井工況參數(shù)實時檢測系統(tǒng)的研制與應用[J].化學工程與裝備,2014,99(5):13-15.