生產參數對抽油機系統運行影響研究

王翠（大慶油田有限責任公司采油工程研究院）

生產參數對抽油機系統運行影響研究

王翠（大慶油田有限責任公司采油工程研究院）

隨著油田不斷開發，水井注不進水或注水效果差等問題日益突出，油井供排平衡關系不協調，導致桿、管、泵生產狀況差，檢修周期縮短，抽油機井系統效率降低。合理調整抽油機井的生產參數，使油井在供采平衡條件下生產，避免機采井抽汲參數過大產生的供液不足、泵效過低、檢泵率高等問題。通過研究生產參數對抽油機系統運行的影響，提出了合理控制油井沉沒度、調整沖程、沖速是提高抽油機系統運行狀況的關鍵。

抽油機 生產參數 沉沒度 沖速 沖程

隨著油田的不斷開發，油井出現低液面、低流壓、產量遞減率增大等現象，使機采井參數過大、泵效過低、檢泵率高等問題，導致抽油機井效率[1]降低，甚至低于10%，盡管經過注水系統結構的不斷調整，但油井供小于排的予盾仍存在。通過對低產井生產參數分析及現場應用證明，在保證產量的前提下，合理、適時地調整油井生產參數，改善抽油機井運行狀況，提高運行效率。

1 生產參數對抽油機系統的影響

1.1 沉沒度對抽油機系統影響

在油井投產初期，考慮到適應地層供液能力的變化，生產井在進行設計時，機、桿、泵選擇偏大，生產參數偏大的油井，會產生較高的生產壓差，油井沉沒度低，導致泵效降低[2]。表1為大慶油田某區塊45口抽油機井平均沉沒度與系統效率情況統計。對該區塊油井進行了分析：附近形成脫氣圈，阻礙采出液進入井筒，降低油井產液量。

表1 45口抽油機井平均沉沒度與系統效率統計

理論研究表明，井底流動壓力低于一定下限值時，流飽壓差過大，由于氣體的流度大于液體的流度，將會使油層嚴重脫氣，在油井附近形成脫氣圈，脫氣圈內原油黏度大幅上升，采液指數降低，將嚴重影響原油采收率。因此，為提高油井產量，流壓應在其臨界壓力點以上。

2）由于沉沒度的降低，泵入口壓力降低，采出液內含蠟容易在泵內或井筒內析出，造成桿管或泵筒內結蠟，由于蠟質的析出使油井采出液黏度增加，抽油桿柱下行阻力增大，容易造成桿管偏磨，嚴重時會發生蠟卡或桿柱斷脫，影響油井生產。

3）沉沒度低導致抽油泵充滿程度低。柱塞下行程時，由于泵筒內充滿度不足，柱塞開始速度較高，突然接觸液面會發生強烈振動，即所謂的“液擊”問題，油井發生液擊后，桿、管、泵系統振動增加，偏磨加劇，桿管斷脫、漏失概率增加，使檢泵周期縮短。

1.2 沖速對抽油機系統影響

1）抽油機沖速的最大允許值受設備工作特點限制，在一定泵徑與沖程長度條件下，隨著沖速增加，上沖程慣性載荷增加，使懸點最大載荷增加，下沖程下行阻力增大，使懸點最小載荷減小。懸點示功圖載荷波動幅度變大，地面抽油機平衡效果變差，電動機軸扭矩波動增大，導致電動機效率降低，因此抽油機不宜使用較高沖速。

沖速對懸點最大、最小載荷影響嚴重，通過相同工況理論計算，沖速為6 min-1和9 min-1時最大載荷與3 min-1相比，分別增加了12.63%和26.7%；最小載荷分別降低了9.44%和25.45%。隨著沖速增加，示功圖載荷曲線波動加大，說明桿柱振動增強（圖1）。

圖1 沖速對懸點示功圖的影響

2）由于速度增加，系統動載荷增大，抽油機系統動載荷計算公式為

式中：

pd——動載荷，kN；

pg——桿柱重，kN；

S——沖程，m；

n——沖速，min-1。

由此可見，動載荷與沖速的平方成正比。沖速增加后，動載荷按平方的規律增加，引起桿柱和地面設備的強烈震動，易造成超載停機或故障損壞。

3）隨著沖速增加，柱塞在工作筒中運動速度加快，如果比液體進入工作筒的速度快，工作筒將來不及充滿液體，造成泵效降低。當光桿下行速度超過桿柱在液體中靠自身重力下降的速度時，抽油桿柱就受到相當的擠壓力，容易使桿柱發生變曲，造成桿柱與油管內壁發生偏磨，同時桿柱受到運動方向改變的次數太多，容易發生彈性疲勞，縮短抽油桿的使用壽命，使斷脫的概率增大。

1.3 沖程對抽油機系統影響

對于游梁式抽油機，油田普遍使用長沖程的生產參數。使油井沖程損失相對減少，有利于提高井下抽油泵效率；沖程增加也有利于降低沖速，桿柱運行頻次降低，疲勞壽命得到提高。但沖程增加會使抽油機曲柄回轉半徑增大，曲柄軸力矩增大，抽油機系統載荷波動幅度增大，導致系統平衡狀況變差，抽油機井地面效率降低。所以在選擇沖程上，應將泵掛、泵徑等參數綜合考慮，當泵掛、泵徑偏大（泵掛超過1200 m，泵徑超過φ57 mm）時，選用中、小沖程[3]較為合理；當泵掛、泵徑不大時，可選用長沖程。

2 優化生產參數

通過分析生產參數對抽油機系統影響，在大慶油田某區塊開展了45口井的參數調整試驗。據示功圖測試分析，其中16口井存在氣影響問題；沉沒度較低供液不足井為9口；抽汲參數偏大的井為27口。采取了增加泵掛深度的方法，措施后平均單井沉沒度為132 m；在保證機型不變的情況下，調整了沖程、沖速參數，平均沖程從調整前的2.8 m降為2.5 m，平均沖速從調整前4.7 min-1降為4.1 min-1；并對部分抽油機井進行了平衡調整，使抽油機電流平衡率都保持在85%～100%之間。措施后測試數據見表2。

表2 措施后45口抽油機井平均生產情況

通過對油井生產參數的分析與調整，取得了較好的效果，在保證單井產量的條件下，系統效率平均提高5.1%，油井運行工況得到改善，油井檢泵周期明顯延長。

3 結論

低產低效井逐年增加，開發效益變差，優化油井運行參數是切實可行的治理措施。對于受地層條件的限制，水井無法提高注水、油井供液能力小于產出能力，采取調小參數是緩解供排矛盾、優化機采系統運行的有效途徑。

1）油井應始終保持合理沉沒度[4]條件下生產。

2）在保證生產的前提下，選用中、低沖速[5]。對于普通黏度的原油，選用沖速為5～7 min-1；對于高黏原油，沖速不超過4 min-1。

3）在調整油井生產參數時，應保證沉沒度處于合理水平基礎上，以調整沖速為主，調整沖程為輔。

[1]阮晶琦,梁宏寶,鄭應偉.不同工況下抽油機能耗規律研究[J].石油礦場機械,2014,43(7):8-12.

[2]王韜.抽油機井生產參數調整技術應用與節能潛力分析[J].科技與企業,2012(7):296.

[3]馮磊.合理優化參數提高抽油機井系統效率[J].石油石化節能,2013(6):45-46.

[4]王磊,鄭偉,張娟,等.胡尖山油田油井合理生產參數優化及應用[J].石油化工應用,2013,32(5):60-62.

[5]張廣遠.優化抽油機井地面抽汲參數的節能實踐[J].石油石化節能,2012(4):39-40.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.002

2015-03-21）

王翠，工程師，2005年畢業于大慶石油學院（石油工程專業），從事機械采油技術的研究工作，E-mail：wangcui@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市采油工程研究院舉升工藝研究室，163453。