示功图载荷比与清蜡定量化分析*

钟张起 侯读杰 叶晓峰 刘鹏程 侯素青

1中国地质大学（北京）能源学院 2中国石化中原油田分公司采油五厂

示功图载荷比与清蜡定量化分析*

钟张起1 侯读杰1 叶晓峰2 刘鹏程1 侯素青2

1中国地质大学（北京）能源学院 2中国石化中原油田分公司采油五厂

通过对结蜡油井示功图进行分析，确定了油井清蜡定量化评价的3个参数，最大载荷、最小载荷和载荷比。与正常井相比，结蜡井的最大载荷和最小载荷的变化幅度较大，而载荷比的变化幅度更显著，最适合作为清蜡评价指标。选取研究区一口典型结蜡井，最大载荷、最小载荷和载荷比都出现了三次波动，对应了三次清蜡时间，其中载荷比的变化率最大，对清蜡反映最敏感。清蜡前载荷比相对稳定，清蜡后载荷比迅速降低，然后缓慢增加，当载荷比大于基值时，清蜡不再有效。

抽油机井；示功图；载荷比；清蜡；有效期

油井结蜡是普遍存在的现象，它影响流体举升的过流断面及抽油设备的正常工作，严重时造成生产中断。目前，对结蜡油井示功图仅定性地描述成示功图变胖，没有定量表征油井结蜡程度的参数和清蜡效果评价[1]。本文从示功图中提取一些参数，使它能定量反映油井清蜡效果，进行客观评价。

1 抽油机井示功图

游梁式抽油机在油田应用广泛，测取抽油机井示功图是分析、诊断抽油机井是否正常生产的一种有效手段，也是抽油机井日常管理工作的一个重要组成部分[2]。示功图是抽油机光杆载荷与位移的关系曲线，它通过检测抽油杆上、下周期运动时抽油杆上所承受的载荷，来诊断油井的工作状况。由于抽油机井内情况比较复杂，在生产过程中，深井泵将受到砂、蜡、水、气、稠油和腐蚀等多种因素的影响，实测示功图的形状很不规则。为了正确分析和解释示功图，常需要以理论示功图及典型示功图为基础，进而分析和解释实测示功图。

油井结蜡的主要原因是流体从油层流到井底再沿井筒上升到井口的过程中，压力和温度逐渐下降。当压力下降时，溶解在原油中的天然气逸出，造成原油对蜡质溶解能力的下降；当温度下降时，原油对蜡质溶解度降低。为减少结蜡对油井的不利影响，油井必须采取防蜡和清蜡措施[3]。

目前在矿场应用中，由于没有衡量结蜡、清蜡效果的评价参数，很难对清蜡方式进行优选，以及对清蜡效果进行客观评价。油井结蜡使示功图变胖，其根本原因是结蜡后抽油机悬点最大载荷增加，最小载荷减小，使载荷变化幅度增加。理论上，在抽油机井工作制度不变的情况下，载荷的变化可以评价清蜡效果。

2 示功图载荷

示功图载荷是指抽油机悬点处光杆承受的力，它是示功图的重要参数之一。根据上、下冲程的不同，载荷又分为上冲程载荷和下冲程载荷。一般情况下，最大载荷出现在上冲程，最小载荷出现在下冲程[4]。

2.1 载荷组成

影响示功图载荷的因素很多，根据影响因素的不同，可以对载荷进行分类。抽油机井上、下冲程的载荷组成有所不同，上冲程时，悬点最大载荷的表达式如式（1）所示。

式中Pmax为最大载荷（N）；Wr为上冲程抽油杆柱载荷（N）；Wl为上冲程液柱载荷（N）；Iu为上冲程惯性载荷（N）；Pbu为上冲程井口回压载荷（N）；Fu为上冲程摩擦载荷（N）；Pv为振动载荷（N）；Pi为吸入压力载荷（N）。

下冲程时，悬点最小载荷的表达式如式（2）所示。

式中Pd为最小载荷（N）；W′r为下冲程抽油杆柱载荷（N）；Id为下冲程惯性载荷（N）；Pbd为下冲程井口回压载荷（N）；Fd为下冲程摩擦载荷（N）。

2.2 清蜡参数评价

一般来说，对正常井，抽油机井在稳定生产条件下，示功图的最大载荷和最小载荷的变化幅度较小。对结蜡井，由于蜡晶的影响，使上、下冲程的摩擦载荷增加，结果引起悬点最大载荷增加和最小载荷降低。因此，与正常井相比，结蜡井的最大载荷和最小载荷的变化幅度较大，而最大载荷与最小载荷比值（载荷比）的变化幅度会更显著。

3 矿场应用

研究区位于东濮凹陷西斜坡带中段，主要含油层位沙3中及沙3下，含油面积4.5 km2，石油地质储量1 073.03×104t，可采储量296.64×104t，标定采收率27.65%。储层平均孔隙度20.54%，储层平均渗透率220×10-3μm2，地下原油密度0.85～0.87 g/cm3，地下原油黏度2.98～9.11mPa·s，为常温常压中渗复杂断块油藏。

3.1 参数优选

选取研究区典型井，进行油井结蜡和清蜡定量化分析。A2—10井是研究区一口结蜡程度较严重的油井，在某月份进行三次清蜡，每次加油基清蜡剂200 kg。该井的最大载荷、最小载荷和载荷比的变化率随随生产时间的变化如图1所示。图中的参数变化率如式（3）所示，基值为当月参数的平均值。

从图1中可以看出，最大载荷、最小载荷和载荷比都出现了三次波动，对应了三次清蜡时间。在三项评价指标中，最大载荷的变化率较小，可能与最大载荷基值较大有关；载荷比的变化率最大，对清蜡反映最敏感。实际数据显示，载荷比更适合作为清蜡评价指标，这与理论分析一致。此外，虽然三次所加的清蜡剂数量相同，从载荷比变化率的大小可以看出，三次清蜡效果有显著差异。

图1 A2—10井不同参数变化率与生产时间关系

3.2 清蜡效果评价

矿场生产中，很少有指标能对清蜡效果进行定量化评价，因此也很难对不同清蜡方式进行经济评价。理论上，示功图载荷比可以对清蜡效果进行定量化评价。清蜡前载荷比相对稳定，清蜡后载荷比迅速降低，然后缓慢增加，当载荷比大于基值时，清蜡不再有效。从清蜡当日开始到清蜡失效的这段时间，称为清蜡有效期，它可以对清蜡效果进行定量化评价。

对研究区A54C井进行清蜡效果分析，如图2所示。图中生产时间为负值时，代表清蜡前生产时间；载荷比的基值取洗井前5天的平均值，当载荷比变化率大于0时，清蜡不再有效，可以算出该井清蜡的有效期为17天。

图2 A54C井清蜡时载荷比变化率与生产时间关系

4 结论

（1）通过对示功图进行分析，确定了油井清蜡定量化评价的3个参数，最大载荷、最小载荷和载荷比。与正常井相比，结蜡井的最大载荷和最小载荷的变化幅度较大，而载荷比的变化幅度更显著，最适合作为清蜡评价指标。

（2）选取研究区一口典型结蜡井，最大载荷、最小载荷和载荷比都出现了三次波动，对应了三次清蜡时间。在三项评价指标中，载荷比的变化率最大，对清蜡反映最敏感。

（3）清蜡前载荷比相对稳定，清蜡后载荷比迅速降低，然后缓慢增加，当载荷比大于基值时，清蜡不再有效。根据清蜡有效期可以对清蜡效果定量化分析。对研究区A54C井进行清蜡效果分析，算出该井清蜡的有效期为17天。

[1]黄翔．抽油机井故障诊断智能集成系统的研究[J]．石油天然气学报，2007，29（3）：156-158.

[2]张乃禄，孙换春，郭永宏，等．基于示功图的油井工况智能分析[J]．油气田地面工程，2011，30（4）：7-9.

[3]黄启玉，李瑜仙，张劲军．普适性结蜡模型研究[J]．石油学报，2008，29（3）：459-462．

[4]崔文昊，赵春，樊松，等．长庆低渗透油田定向井抽油机悬点载荷计算方法优化[J]．钻采工艺，2013，36（1）：67-69.

（栏目主持 李艳秋）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.005

“十二五”国家科技重大专项“东濮凹陷油气富集规律与增储领域”（2011ZX05006—004—07）。