淺談井口回壓對抽油設備的影響

張勇

摘要：目前我們草西管理區草13斷塊自1986年投入勘探開發建設以來，在近30年的開發過程中各項生產指標已到了中后期。由于開發范圍的不斷加大，井距隨之越來越大，普通生產管線已經不能適應目前的生產現狀，同時井筒不確定狀況的增多、地層的不斷變化、油稠、出砂、結蠟等的影響，造成了油井回壓上升，嚴重影響了抽油設備的正常運行。我們通過在各計量問及外輸主干安裝單螺桿油氣混輸泵二次增壓，同時采用了雙管線熱水伴隨流程對稠油降粘，取得了良好應用效果。

關鍵詞：回壓；摻水流程；稠油；螺桿泵

目前草西管理區草13斷塊共計油井120口，回壓大于1.0MPa的油井有23口，占開井數19%；回壓在0.5-1.0MPa之間有54口，占開井數45%；回壓小于0.5MPa的有43口，占開井數的35%。我們通過對井口回壓對油管內流體密度的影響，對抽油管桿的影響，對抽油泵漏失的影響及對抽油機能耗的影響。定性地分析了井口回壓對油井的影響程度，提出了降低井口回壓的幾種方法和削減其影響的措施，并進行了現場應用和效果評價，希望能對草13斷塊的后續開發有所幫助。

1.回壓偏高對三抽設備的影響

抽油機在上沖程時，抽油泵的固定閥在環形空間沉沒壓力和泵內壓差的作用下被打開，流體進入泵筒中，此時由于流體所受的壓力和泵外的壓力相似，所以在密度上基本沒有大的變化；下沖程時，固定閥關閉，泵內壓力由原來沉沒壓力變為液柱及井口回壓共同作用下的壓力。壓力的增大，造成了氣相向液相的轉化。由于泵筒內是一個封閉的空間，不能和外界進行物質交換，所以在壓力增大的情況下，不能提供向液相轉化的更多天然氣氣體來降低液相的密度。此時只是在井筒中沒有及時分離出的微泡狀天然氣，在流入泵筒后被壓縮轉化成液相，使流體體積變小。此外還有流體中的液相，在壓力增大時，液體中的分子距離縮小，宏觀上導致液相體積縮小。綜合上述兩種因素，造成油管內流體密度增大，粘度增加。

抽油桿、油管在外力的作用下會發生彈性變形。根據虎克定律，當應力不超過比例極限時，桿件的伸長△L與拉力F和桿件的原長L成正比，與橫截面面積A成反比。

上沖程時，井口回壓增量通過井筒液柱傳遞到活塞上，此時抽油桿受力伸長，油管處于自然狀態。抽油桿的伸長量△L桿。下沖程時，井口回壓增量通過井筒液柱傳遞到固定凡爾上，此時油管受力伸長，抽油桿處于自然狀態。油管的伸長量△L管。由于井口回壓增加的影響，使泵活塞的有效沖程減小了△L，△L=△L桿+△L管。如果再考慮上慣性載荷的影響，柱塞的有效沖程為：

活塞有效沖程=光桿沖程-（抽油桿彈性變形+油管伸長）+超行程

以草13斷塊C13-X825井為例，抽油桿組合為：1in×389.77m+7/8in×694.43m，共長1084.2m，泵徑為qb70mm，沖程5m，沖次2次/min，日產液25.5m³。當井口回壓增加0.5MPa，每天產液量會降低1.0967m³。年產液量降低400.63m³。當井口回壓增大0.1MPa時，井筒內有流體要克服井口阻力做功。同樣以C13-X825井為例，產液量25.5m³/d。因為每千米21/2in油管內部體積為3m³，該井用2.8h就能把液體從泵活塞處提升到井口，所做的功W=P×S×H=1135058.71=0.315kW.h（其中P為井口回壓增加的壓強，Pa；S為油管內截面面積，m；H為泵到井口的距離，m）。每天克服井口阻力所做的功轉化為電能2.68kW.h，年克服阻力做功為978.2kW·h。由于受抽油機機械效率及電動機電能轉化為動能的效率的影響，實際消耗的電能要大于理論值。

2.雙管線熱水伴隨流程降低回壓

在稠油中摻入一定溫度的含油污水可以改善稠油在管線的流動特性，結合沙一沙二油層原油樣品進行分析（如圖1所示），從分析情況看，原油對溫度的敏感性較強，原油粘度隨著溫度的升高而降低，溫度每升高10℃，原油粘度降低近50%。由此可見，摻入水溫度的變化對管線中原油粘度的影響巨大。

另外，原油的含水率與原油的粘度也有很大關系（如圖2）。從圖2可以看出，原油含水率大于40%以后含水原油的視粘度急劇上升，當原油含水率達到62%左右時原油的視粘度達到最大值，原油含水率大于62%后，原油的視粘度又急劇下降，當原油含水大于80%時原油的視粘度轉向平緩。

草13斷塊多數井油比較稠，油井回壓普遍較高，時有管線堵塞現象發生，嚴重影響生產。因此井口摻熱水降粘技術成為樂安稠油區塊最常見的一種井口降粘技術。目前采油九隊草13斷塊所開86口油井中有摻水井45口，占總開井數的52.3%。這種技術具有以下特點：（1）根據每口油井出液多少和含水的高低調節摻水量比較科學合理；（2）流量計安裝在每口油井所屬計量間內，便于操作、維修和保養；（3）全天不間斷摻水大大降低了油井回壓，保證了正常生產。

3.結論

由于草13區塊是稠油區塊而且出砂較嚴重，提高抽油機沖次和螺桿泵轉速會使出砂問題加重，使地面和井下設備磨蝕，抽油泵閥座磨損而不密封，閥球點蝕，增加抽油泵漏失，嚴重時會造成油層砂埋、油管砂堵等。對于螺桿泵，出砂會加劇螺桿泵襯套橡膠的磨損，增大漏失量。所以為削減回壓對油井生產帶來的影響，必須針對出砂油井采取必要的防砂工藝措施，同時可以考慮改善泵的結構，提高泵的抗磨、抗腐蝕性能，采取防砂、防腐蝕以及定期檢泵等措施，減小泵的磨損，這樣即使井口回壓較高，也可減小漏失量。特別值得注意的是，在油井采用可靠防砂措施后，在采油方式上我個人認為應盡量避免選用螺桿泵，如考慮到能耗問題，建議盡量選用大排量螺桿泵。

雙管線熱水伴隨流程對稠油降粘有良好效果，通過全天不間斷的摻水伴隨，有效降低了油井回壓，特別是氣溫低時保證了管線的暢通，避免了凍堵事故的發生。