抽油井合理沉沒度確定方法與優(yōu)化調(diào)整對策

邵延紅+趙光波+劉霞+鄭云拓+王春寶

摘 要：抽油井合理沉沒度是取得理想泵效、系統(tǒng)能耗及工具使用壽命的重要約束參數(shù)。為確定抽油機井合理沉沒度范圍，統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)在相同沉沒度下，泵效隨含水的變化而變化，按照不同含水級別將抽油機井沉沒度和泵效的關(guān)系開展數(shù)學(xué)統(tǒng)計，進行了回歸擬和分析。根據(jù)油井產(chǎn)出液含水的不同進行分類，分別對含水大于80%的井和小于80%的井進行統(tǒng)計。在不考慮漏失的情況下，這些井表現(xiàn)出泵效與供液能力不相匹配特征，優(yōu)化油井沉沒度、改善油井生產(chǎn)工況亟待解決。沉沒度小于200 m 時， 偏磨、脫節(jié)器壞和桿斷等檢泵機率增加， 作業(yè)費用增加； 沉沒度偏低時， 溫場下移， 結(jié)蠟點下移， 影響熱洗效果； 而沉沒度大于350m 時， 系統(tǒng)效率偏低， 機采能耗增加， 同時流壓增加， 不利于低壓低滲透油層出液。整體來說，200～ 350m的抽油機井沉沒度可以滿足目前油田開發(fā)速度及經(jīng)濟能耗需求。

關(guān)鍵詞：抽油機井；沉沒度；合理范圍；泵效；系統(tǒng)效率；調(diào)整措施

抽油機井沉沒度過低， 泵在供液不足狀況下抽汲， 會產(chǎn)生液擊現(xiàn)象， 導(dǎo)致額外的沖擊載荷， 桿管交變載荷增大； 同時原油脫氣， 粘度增大， 容易結(jié)蠟； 沉沒度低， 油套環(huán)形空間內(nèi)的液體少， 對油管的徑向束縛力小， 油管的徑向擺動就會相對劇烈， 容易引起桿管偏磨、斷脫。沉沒度過高， 流壓增大會抑制相對薄差低滲透率油層出液， 層間矛盾突出。因此， 有必要分析、確定抽油機井的合理沉沒度范圍。

1 沉沒度與泵效關(guān)系

通過對深井泵工作狀態(tài)和工作原理的理論分析，影響泵效因素可以歸納為四個方面：一是抽油桿和油管在抽油機上下沖程過程中，油管和抽油桿受交變載荷產(chǎn)生彈性伸縮，導(dǎo)致泵效下降；二是受氣體或供液不足影響，充滿系數(shù)降低導(dǎo)致泵效下降；三是由于深井泵漏失，泵充滿系數(shù)下降，導(dǎo)致泵效下降；四是盡管泵充滿系數(shù)雖然很高，由于油管漏失，導(dǎo)致地面產(chǎn)量下降，使泵效降低。佛山水泵廠看出以上四個方面的影響都與深井泵沉沒度有一定關(guān)系，合理的沉沒度對以上原因產(chǎn)生的泵效下降有一定的改善作用。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)， 在相同的沉沒度下， 泵效隨含水的變化而變化。因此， 根據(jù)油井產(chǎn)出液含水的不同進行分類， 分別對含水小于70%、70% ～ 80% 、80% ～ 90% 以及大于90% 的井進行擬合計算 ，見表1。

從擬合結(jié)果可以看出， 沉沒度相同時， 含水越高， 泵效越高。當含水大于90% 時， 最佳泵效所需沉沒度為100～ 350 m； 當含水在80% ～ 90% 時， 最佳泵效所需沉沒度為150～ 400 m； 當含水小于80%時， 最佳泵效所需沉沒度為150～ 350 m。

2 沉沒度與系統(tǒng)效率關(guān)系

抽油機井系統(tǒng)效率是油田生產(chǎn)的綜合能耗指標。系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計就是選擇機、桿、泵的合理運行參數(shù)， 從而使整個系統(tǒng)達到最優(yōu) 。有桿抽油系統(tǒng)效率可表示為：

式中： P1 - 輸入功率； ΔP1-有效功率；ΔP-損失功率。有效功率為系統(tǒng)在舉升產(chǎn)出液過程中消耗的功率， 可表示：

有桿抽油系統(tǒng)井下工具損失功率主要為管柱水力損失， 抽油桿摩擦和彈性變形損失， 抽油泵機械、容積、水力損失。這三項功率損失集中地體現(xiàn)在泵效這一環(huán)節(jié)上， 而沉沒度是實現(xiàn)理想泵效、系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵所在。為找出系統(tǒng)效率與沉沒度的線性關(guān)系， 對抽油機井能耗數(shù)據(jù)進行分段統(tǒng)計， 以沉沒度50m 為單位， 作沉沒度與系統(tǒng)效率、噸液百米耗電量關(guān)系曲線。由圖可見， 當沉沒度小于150 m 時， 系統(tǒng)效率隨沉沒度增加而增加； 沉沒度大于150 m 時， 系統(tǒng)效率隨沉沒度增加而降低。最高系統(tǒng)效率出現(xiàn)在沉沒度為150～ 300 m 的區(qū)間。噸液百米耗電隨沉沒度增加整體呈上升趨勢， 最低耗電出現(xiàn)在沉沒度為100～ 250 m 的區(qū)間。

3 沉沒度與套管內(nèi)井溫變化關(guān)系

東營地區(qū)井溫梯度差異不大， 但在生產(chǎn)過程中，隨沉沒度的不同測出的井溫差異卻很大。挑選典型井作出不同深度井溫統(tǒng)計表以說明問題。可以看出， 不同井套管溫場雖然基本相同， 但由于沉沒度、油套環(huán)形空間內(nèi)井液多少以及生產(chǎn)舉升過程中散失熱量的不同， 會出現(xiàn)不同的生產(chǎn)井溫。其整體趨勢為： 液面淺的井， 溫場上移； 液面深的井， 溫場下移， 而溫場的變化直接決定了生產(chǎn)井結(jié)蠟深度的變化， 即低沉沒度井結(jié)蠟深度下移， 導(dǎo)致熱洗液沿程損失熱能增加， 從而在一定程度上制約著抽油機井熱洗效果。

4 沉沒度與躺井的關(guān)系

抽油機井在低沉沒度條件下生產(chǎn)， 舉升高度增加， 因供液不足而產(chǎn)生液擊， 加劇抽油桿柱振動， 降低抽油機懸點最小載荷， 加大交變載荷， 從而減少抽油桿柱的軸向分布力與桿管產(chǎn)生偏磨的臨界軸向壓力而導(dǎo)致桿管偏磨； 同時因井下供液不足導(dǎo)致抽油桿卸載時間延長， 容易引發(fā)桿斷和脫接器壞， 最終導(dǎo)致檢泵率的上升。統(tǒng)計檢泵井的沉沒度及檢泵原因 ， 可以看到： 檢泵原因是偏磨、脫接器壞和桿斷， 占總井數(shù)的67.24%； 所有檢泵井中20m 以下低沉沒度檢泵井占總井數(shù)的77.01% 。統(tǒng)計結(jié)果來看： 隨著沉沒度的降低， 檢泵率上升。

5 結(jié)論

抽油機井生產(chǎn)管理與工況分析過程中，沉沒壓力和與其對應(yīng)的沉沒度是有桿抽油設(shè)備工作優(yōu)劣的重要指標，有必要開展合理沉沒度研究并對其進行分析調(diào)控，確保油井在最佳狀態(tài)下生產(chǎn)。本文利用曲線擬合法找出沉沒度與泵效、系統(tǒng)效率的相互關(guān)系， 結(jié)合檢泵率， 最終確立抽油機井沉沒度的合理范圍， 為油田生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù)。（1） 抽油機井泵效隨沉沒度變化符合三次多項式的曲線形態(tài)， 不同含水率井取得最佳泵效所需沉沒度的區(qū)間有所不同。（2） 系統(tǒng)效率隨沉沒度增加先升后降， 最高系統(tǒng)效率出現(xiàn)在沉沒度為150～ 300 m 的區(qū)間。

參考文獻：

[1]楊穎. 特高含水期抽油機井合理沉沒度探討[J]. 油氣田地面工程. 2016（10）endprint