對應用皮碗洗井器抽油機井優化熱洗參數試驗

曲志強 朱榮杰（大慶油田有限責任公司第一采油廠）

1 問題的提出

為彌補遞減造成的產油量降低，近年油田采取了大量的提液措施，提高油井的產液量。在彌補產量遞減的同時，使得部分區塊地層壓力降低。在這些區塊中，由于地層壓力下降，采出液脫氣嚴重，致使采出液中重質成分相對增加，油井的結蠟速度加快。當抽油機井結蠟時，通常采用的方法是利用流程或熱洗車組對結蠟井進行熱洗，以盡快恢復抽油泵的工作狀況。

此時將產生以下三個方面的問題：一是部分熱洗水進入油層，沒有起到熱洗清蠟的作用；二是形成熱水壓井，熱洗水占滿了整個井筒，部分熱洗水也沒有起到清蠟的作用；三是完成清蠟后，不僅要將占滿井筒的水排出井筒，還要將進入油層的水排出井筒，需要較長的含水恢復時間。由于上述問題的存在，會產生三個結果：一是增加了熱洗水用量，中轉站將損失相當數量的天然氣和輸送電能；二是將沒有起到熱洗作用的井筒內的熱洗水舉升到地面，增加了無用消耗；三是由于含水恢復時間的延長，也增加了部分舉升能耗。

為解決上述問題，在應用抽油機井皮碗洗井器的基礎上，優化熱洗水用量和熱洗時間，實現了保證熱洗質量的同時，大幅度降低了熱洗水用量，實現了節能降耗。

2 工作原理

抽油機井皮碗洗井器安裝于抽油泵之下，進液通道的篩管之上，底部有一單流閥，結構見圖1。皮碗封隔器屬自封封隔器的一種，其外徑略大于套管內徑，在管柱重量的作用下下入井筒內。正常生產時，井筒內的液體經過篩管、單流閥井入油套環形空間，被抽油泵抽汲至地面。當熱洗時，水柱壓力大于單流閥下部的壓力時，皮碗在壓差的作用下進一步張開，徹底密封油套環形空間；在單流閥作用下，油套環形空間的熱洗水不能通過單流閥井入封隔器下部的油套環形空間，更無法進入油層，熱洗水只能通過熱洗水進口進入抽油泵。

圖1 抽油機井皮碗洗井器管柱

使用抽油機井皮碗洗井器，其突出的特點是進入油套環形空間的熱洗水只能通過熱洗水進口進入抽油泵，大幅度減小了熱洗水用量；同時，熱洗水不能進入皮碗洗井器下部的油套環形空間和油層，大幅度減少了熱洗后的含水恢復時間，減少了熱洗水與采出液混合后升溫能耗，提高了熱洗效率。

3 現場優化試驗

由于與皮碗洗井器配合可減小了熱洗水用量、提高熱洗效率，但在固定排量下多少熱洗時間是最為優化的呢？為此進行了下入洗井器抽油機井熱洗水量、熱洗時間的優化試驗。試驗中，選擇了油田最為常用的熱洗泵排量25 m3/h，井口熱洗溫度嚴格控制在75℃，井口熱洗壓力統一調整至在滿足熱洗排量是抽油泵理論排量4倍以上要求，選擇了產液量基本相同、含水基本相同、沉沒度基本相同、下入皮碗洗井器和沒下入皮碗洗井器的各6口井，分為6個對比組進行對比試驗。試驗中，統一監測井口出液情況，每隔10 min取一次油樣，記錄井口返出液體的含水及時間。當返出全部為清水時，停止熱洗，取樣觀察抽油機井的含水恢復，對比含水恢復時間。

試驗原理：當熱洗水進入抽油泵后，在高溫、高壓作用下，迅速形成抽噴狀態。熱洗水與結在桿、管上的蠟和油管內的原有液體一同舉升到地面。當地面取樣時，取樣液體全部為清水含水100%時，說明熱洗排蠟過程結束、熱洗結束，時間為完成熱洗時間，對比熱洗時間，并計量出所用熱洗水量；之后每半小時取樣一次，化驗對比含水，得到熱洗時含水恢復到正常生產時，即為含水恢復的時間。

從表1可以得出，應用皮碗洗井器熱洗時，不同產液量、沉沒度、含水條件下，應用皮碗洗井器的抽油機井，當含水達到100%的時間，平均比不使用皮碗洗井器減少1.5 h。由于每隔10 min取樣，因而可以斷定，平均可減少時間應大于1.5 h。根據流量計計量的熱洗水量對比，平均可減少熱洗水量在21.5 m3以上。

根據上述計量結果，初步得到不同產液量可節省的熱洗時間和節省熱洗水量的曲線，見圖2。使用皮碗洗井器，可減少熱洗恢復時間約64%，按6組對比試驗的平均時間計算，約為64 h。由于是每隔30 min取樣，因而效果應大于64 h（表1）。

可以得出，下入皮碗洗井器的抽油機井，可比不下洗井器的井，熱洗時間可減少1.5 h，減少熱洗水用量21.5 m3。減少含水恢復時間可達到64 h。

表1 完成熱洗時間、熱洗水用量、含水恢復時間對比

圖2 不同產液量可節省的熱洗時間在和節省熱洗水量的曲線

3 效果預測

大慶煉化球罐

根據熱力學能量平衡原理，燃燒甲烷釋放的有效熱能與熱洗水溫度升高吸收的熱能相等，即：

Q水CΔt=Amη

式中：Q水——洗井水用量，kg；

C——水的比熱容，取4.18×103J/(kg℃)；

Δt——熱洗水溫升，℃。熱洗水加熱時需從

45℃上升到80℃，溫升35℃；

A——甲烷的燃燒值，取55 625 kJ/kg；

m——甲烷的質量，kg；

η——加熱爐工作效率，取80%。標準狀態下（壓力1個大氣壓、溫度為20℃）每16 g甲烷體積為22.4l m3，即由質量折算成標準體積系數為1.4 m3/kg。

根據上式推導計算得出，減少熱洗水用量21.5 m3減少使用甲烷質量為70.68 kg，折算成標準體積為98.96 m3。

熱洗泵電動機功率為30 kW，平均功率利用率為60%，1.5 h可節約用電27 kWh；減少含水恢復時間平均64 h，抽油機電動機平均工作功率10 kW，64h可節約用電640 kWh。

使用皮碗洗井器、優化熱洗參數，平均熱洗1口井可節電667 kWh，折合人民幣為433.55元；節約甲烷標準體積為98.96 m3，折合人民幣約為79.18元；共計512.73元。

4 結論

1）應用抽油機井皮碗洗井器，并通過熱洗參數的優化，平均可減少熱洗時間約1.5 h，平均單井可減少熱洗水用量21.5 m3。

2）按優化后的參數運行，使用皮碗洗井器，可減少熱洗恢復時間約64 h。

3）使用皮碗洗井器，按優化熱洗參數運行，平均每口井可節電667 kWh，節約甲烷標準體積為98.96 m3。

[1]陳濤平.石油工程[M].北京：石油工業出版社，2011：112-119.

[2]張琪.采油工程原理與設計[M].山東青島：中國石油大學出版社，2006：37-43.

[3]李穎川.采油工程[M].北京：石油工業出版社，2009：84

[4]王竹溪.熱力學[M].北京：北京大學出版社，2005：150-163