抽油泵增效装置在深井油藏的应用

2014-01-25高洪宝大庆钻探工程公司钻井三公司

石油石化节能 2014年7期

高洪宝（大庆钻探工程公司钻井三公司）

大庆外围西部油层埋藏深，泵抽液柱高，平均泵挂深度1463m，大部分为深部及中深部油藏，有杆泵泵抽过程中冲程损失大[1,2]，泵上液柱压力高，间隙漏失严重，泵效损失大。据统计，2012年深井区块平均单井泵效约为31%，较浅井区块平均低16个百分点，处于较低水平。因此，试验在泵抽杆柱上安装抽油泵增效装置，通过减少冲程损失及漏失量，增加抽油泵有效做功，调高泵效[3,4]。

1 增效装置

1.1 增效装置组成结构

抽油泵增效装置主要由上下接头、中心杆、携液环等部分组成，结构见图1。

图1 增抽装置结构图

该装置在上冲程时抽油杆带动活塞及增效装置向上运动，最下一级携液环与下接头处形成硬密封状态，进液通道封堵，携液环带动液流向上抽提，实现井口排油。下冲程时抽油杆带动活塞及增效装置向下运动，携液环在液流压力作用下，克服重力向上浮起，进液通道开启，管柱内液流经中心进液槽逐级进入上部油管。增抽装置在上下冲程过程中的状态，见图2。

图2 增抽装置在上下冲程过程中的状态

1.2 增效装置管柱结构

1）技术参数：携液环外径为Ф60mm，中心杆直径为Ф36mm。上下接头均设计为普通抽油杆扣。

2）每口井安装数量N，N=下泵深度/450。

3）安装位置：柱塞上部第一根抽油杆串联安装一个增效装置，间隔450 m安装一个增效装置，以此类推，如图3。其中，增效装置①主要起降低柱塞上部液柱压力，减少漏失量的作用；增效装置②、③主要起减少杆柱伸长量，降低冲程损失作用。

2 增效装置增抽机理分析

作用一：减少杆柱冲程损失，提高泵效。

抽油泵增效装置与油管内径配合间隙较小，且上冲程过程中液流通道封堵，能起到“捞油抽子”的作用，分担管柱液柱质量，减少杆柱伸长量。

图3 增效装置安装位置示意图

由杆柱伸长量公式[5-7]：

式中：

ΔL——管柱伸长量；

L——管柱长度；

F——管柱所受到的拉力；

A——管柱截面面积；

E——管柱弹性模量。

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安装增效装置后，油管内液柱质量分解为三段，见图3，即：ΔL1、ΔL2、ΔL3

计算三段的变形量分别为：

安装增效装置后的变形量为：

即：使用增效装置后可以减少杆柱伸长量33.3%。

表1 安装抽油泵增效装置前后泵效变化情况

由计算结果可知：随着泵挂深度的增加，管柱伸长量增大，泵效损失也越大；增效装置能够有效减少管柱伸长量，进而减少泵效损失。

作用二：减少泵漏失，提高泵效。

安装抽油泵增效装置后，抽油泵在上冲程时，柱塞上部液柱压力转移到增效装置处，使柱塞上下压差为零或负值，最大程度降低泵漏失量消除雾化现象，从而提高泵效。

根据抽油泵漏失量公式：

式中：

Q——抽油泵漏失量；

D——柱塞直径；

C——直径间隙；

ΔP——柱塞两端压力差；

μ、L——井液黏度与柱塞长度。

选择配合间隙为一级配合的Φ38mm抽油泵，计算泵抽管柱在安装增效装置前后理论漏失量情况，结果见表2。

表2 安装增效装置前后漏失量变化情况

经上述计算，使用增效装置可以减少柱塞漏失量0.222m3/d，减小泵效损失1.2%，实际情况存在抽油泵轻微漏失井及大泵井等，该装置会有更明显的增抽效果。

通过上述理论计算，1500m泵抽管柱安装增效装置后，通过减少冲程损失和降低柱塞漏失量两方面作用，理论上能够使泵效提高14.5个百分点，增抽效果明显。

3 现场试验效果

为探索深井油藏提高泵效新途径，2012年11月分别在3口井安装增效装置，平均泵挂深度1293m。试验井继续使用原井杆柱及抽油泵，在抽油机参数不变、周围油水井无调整措施的情况下，监测液面及泵效变化情况。措施前3口井日产液12.7 t，泵效41.4%，液面414m，措施后单井平均日增液4.7 t，单井平均泵效提高6.1个百分点，平均液面降低268m，增抽效果明显，见表3。

通过现场试验表明，在抽油泵、抽油机参数不变的情况下，安装抽油机增效装置可以提高泵效，适用于深部油藏开发提高开发效果。