提捞抽油机在三元复合驱油井的适应性分析

孙延安，李春福，陈明战，许 萍

（1.西南石油大学材料科学与工程学院，成都610500；

2.大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江大庆163453；

3.大庆油田有限责任公司第三采油厂，黑龙江大庆163000）

提捞抽油机在三元复合驱油井的适应性分析

孙延安1，2，李春福1，陈明战2，许 萍3

（1.西南石油大学材料科学与工程学院，成都610500；

2.大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江大庆163453；

3.大庆油田有限责任公司第三采油厂，黑龙江大庆163000）

为综合评价提捞抽油机在三元复合驱的应用效果，分析了提捞抽油机的排量能力、举升能力等技术适应性。选取了排量相当的游梁式抽油机、螺杆泵等主要举升方式，分别从一次性投资、检泵作业、能耗、日常维护保养4方面进行了经济性对比评价分析。综合分析结果表明，提捞抽油机是针对三元结垢工况的1种有效举升方式，同时也指出了目前存在的主要问题。

三元复合驱；提捞抽油机；技术；经济；分析

由于游梁式抽油机和螺杆泵等举升方式在三元结垢高峰期检泵周期较短、表现出了较差的适应性［1］，进行了提捞抽油机在三元复合驱油井的现场试验。现场应用表明，转用提捞抽油机后平均检泵周期延长了300 d，表现出了较强的抗垢举升性能［2］。考虑到其本身设备规格参数和运行特点，为综合评价三元复合驱提捞抽油机与其他举升方式的技术适应性和经济适应性，笔者进行了分析研究，指出了目前存在的问题和改进方向。

1 技术适应性分析

1.1 排量分析

结合提捞抽油机设备规格及运行参数，分别计算最大理论排量和满足供排协调条件下的排量。

钢丝绳抽油杆规格：外径ø24 mm。

绳速：常规三相异步电机驱动，由于绞盘钢丝绳缠绕层数差异，抽子在不同深度时绳速有稍微差别，平均约为0.8 m／s。

抽子下行深度：现场下入油管深度在1 000 m左右，抽子下行深度应小于油管下入深度。

1.1.1 提捞抽油机最大理论排量计算

只有当油井产能足够高，满足当抽子连续运行且每次抽子起抽时液面在井口条件下，才能获得最高理论排量。

此时，运行1个冲程循环所需要的时间为

式中：H为抽子下行深度，m；v为抽子运行速度，m／s。

1 d内捞油次数为：

式中：n为日捞油次数。

由于每次起抽时液面在井口，抽子下行深度为抽子沉没度，则每次捞油产量为：

式中：q为每次捞油产量，m3／d；rt为油管内径，m；rr为钢丝绳抽油杆外径，m；Hs为起抽时抽子沉没度，m。

则理论最大日产液量为：

式中：Q为理论最大日产液量，m3／d。

从上式可以看出，理论最大日产液量与抽子下行深度无关，只与绳速、油管内径和钢丝绳抽油杆外径相关。

则88.9 mm（3⅟²英寸）油管的最大理论排量为：

1.1.2 供排协调时提捞抽油机理论排量计算

供排协调指举升设备在合理的运行参数下运行，能够使沉没度（或动液面）保持在合理的范围内。

目前，游梁式抽油机和螺杆泵的平均沉没度分别为258 m和438 m。考虑到提捞抽油机自身工作时1个冲程内液面波动范围较大（100～200 m）以及三元复合驱应用的特殊性，液面在1个冲程内400～600 m（平均500 m）波动基本可以认为能够保证供排协调，对应起抽时沉没度为600 m，此时的理论产量为：

则88.9 mm（3⅟²英寸）油管供排协调时理论排量为：

根据以上计算结果，88.9 mm（3⅟²英寸）油管的提捞抽油机推荐的油井日产液量应小于80 m3／d，73.0 mm（2英寸）油管时应小于50 m3／d。

1.2 举升能力分析

供排协调条件下抽子起抽时液面400 m、沉没度600 m，即此时抽子上部油管内液柱高度为600 m、承受压力为0。如果不考虑漏失，当井口开始出液时动液面下降到600 m，则此时抽子承受的液柱（600 m）压力最大、举升扬程最高，系统载荷也最大，液柱载荷24.5 k N左右，加上抽子与油管内壁的摩擦载荷，系统总载荷在40 k N以内。

室内模拟试验检测表明，内部钢丝直径为12 mm、外径24 mm的钢丝绳抽油杆最小承拉载荷为80 k N左右，对应的抗拉安全系数达到2.0；40 k N载荷时钢丝绳现场弯曲疲劳寿命也超过2 a。钢丝绳抗拉和抗弯曲疲劳能力基本能够满足现场举升要求。

2 经济适应性分析

为全面评价提捞抽油机，与产量相当的常规抽油机及螺杆泵进行15 a全寿命周期的济效益对比，包括12 a的水驱、1 a聚驱、2 a三元结垢期，并折合为年度费用。

三元复合驱开发区块目前采用的提捞抽油机型号主要为160 k N型，单井平均产液量56.1 m3／d，选取对应排量游梁式抽油机型号为10型机70泵型、螺杆泵型号为800泵型。评价内容主要包括一次性投资、作业、维护、能耗等费用。

2.1 一次性投资对比

一次性投入包括抽油机或驱动装置、杆管泵、安装费用、基础及电机等费用。抽油机（10型70泵）一次性投资为¥43.84万元、螺杆泵（800型）为¥33.99万元、提捞抽油机（160 k N型）为¥46.83万元。为了综合评价提捞抽油机与抽油机和螺杆泵对三元复合驱的适应性，一次性投资按照15 a摊销。如表1。

2.2 检泵作业对比

检泵作业费用包括作业施工费以及杆管和井下工具的更换等。其中，提捞抽油机三元复合驱结垢阶段平均检泵周期为431 d，水驱开发阶段平均检泵周期基本能够达到3 a，聚驱达到2 a，计算结果如表2所示。

表1 抽油机、螺杆泵与提捞抽油机一次投入费用摊销后统计数据 万元

表2 抽油机、螺杆泵与提捞抽油机作业维护费用统计数据

2.3 日常维护及加药对比（如表3）

日常维护费用包括光杆、电机、减速箱（驱动装置）、皮带、毛辨子等地面设施的更换、维修、维护费用。抽油机和螺杆泵结垢期在费用中增加加药装置、药剂等防垢投资。目前室内检测表明提捞抽油机钢丝绳抽油杆寿命为2 a左右，折合年费用为3万元；钢丝绳抽子寿命在2个月之内，则年更换抽子费用为12／2×0.089＝0.534万元；更换电器元件、链条等其他部件年费用为0.23万元。则提捞抽油机年维护保养费用为3＋0.534＋0.23＝3.764万元。

表3 抽油机、螺杆泵与提捞抽油机日常维护和加药费用统计数据 万元

2.4 运行能耗对比（如表4）

表4 抽油机、螺杆泵与提捞抽油机运行能耗费用统计数据

2.5 综合对比

综合对比各项费用，计算年均费用如表5和图1。

表5 抽油机、螺杆泵与提捞抽油机年综合费用对比 万元

图1 不同举升方式单井年投入费用对比（万元）

从计算结果可以看出，在15 a设备使用寿命周期内，由于聚驱特别是三元驱抽油机、螺杆泵检泵周期下降较大，除水驱外提捞抽油机相对常规抽油机和螺杆泵都具有较高的经济性，尤其是在三元复合驱结垢阶段，年运行费用可减少60%左右。

3 存在问题

虽然提捞抽油机在三元复合驱应用表现出了较强的适应性，但由于单个冲程循环需要30 min左右，液面波动100～200 m，流压波动1～2 MPa，为非稳定运行工况，也给部分生产运行数据的测取以及油藏评带来了困难。

主要体现在2个方面：

1） 含水化验复杂。由于运行稳定、基本连续出液，常规抽油机、螺杆泵含水化验随机取样即可。但提捞抽油机抽子从井底运行到井口，再下行至井底，部分低产井还需等待液面恢复至合理的高度再起抽，单个冲程循环需要时间较长，存在明显的油水分离，不同时刻取样含水化验结果差别很大，因此常规取样方法不适用。采用含水分析仪则存在单井一次性投资高、仪器设备需定期清洗维护等问题。

2） 测井存在一定难度。产量超过50 m3／d的生产井需要采用88.9 mm（3⅟²英寸）油管，而现场套管基本为139.7 mm（5⅟²英寸），油套环空最大空间为16 mm。目前的测井仪器一般为28 mm、最小23 mm，远大于油套环空空间。而且，提捞抽油机是非连续运行，油层供液不稳定，即使有空间能够通过仪器进行测试，剖面测试过程及解释也较困难和复杂。

4 结论

1） 提捞抽油机抽子工作时从井底到井口往复运行能够对油管内壁进行刮垢除蜡，抽子下行收缩，能够有效避免垢卡；同时能够基本满足排量和举升能力要求。

2） 采用88.9 mm（3⅟²英寸）油管时推荐的油井日产液量应小于80 m3／d，采用73.0 mm（2英寸）油管时该值应小于50 m3／d。但考虑到常规抽油机和螺杆泵三元防垢举升的不适应性，可以适当扩大提捞抽油机的排量应用范围。

3） 聚驱特别是三元结垢期，提捞抽油机相对常规抽油机和螺杆泵都具有经济性。

4） 在三元复合驱油井采用提捞抽油机，含水化验方法和测井工艺仍需深入研究，同时保证测试精度和效率。

［1］ 周瑞芬，柏琳，李金玲，等.三元复合驱抽油机井结垢及悬点载荷试验研究［J］.石油矿场机械，2012，.41（4）：44-47.

［2］ 陈明战.三元复合驱提捞抽油机用抽子改进［J］.石油矿场机械，2014，43（2）：89-92.

Adaptability Analysis of Bailing Pumping Unit in ASP Flooding Well

SUN Yan-an1，2，LI Chun-fu1，CHEN Ming-zhan2，XU Ping3
（1.College of Material Science and Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；2.Production Engineering and Research Institute，Daqing Oilfield，Daqing 163453，China；3.No.3 Oil Production Plant，Daqing Oilfield，Daqing 163000，China）

To give a comprehensive application assessment of bailing pumping unit in ASP flooding，the technical specifications were analyzed，such as displacement and lift ability.Compared with beam pumping unit and progressive cavity pump with equal fluid rate，economic evaluation also was also given on investment，pump inspection，power consumption，and routine maintenance.The research result showed that the bailing pumping unit is an effective lifting method under scaling operating condition in ASP flooding.The main problems were also pointed out in the last.

ASP flooding；bailing pumping unit；technical；economic；analysis

TE933.107

B

10.3969／j.issn.1001-3482.2014.12.016

1001-3482（2014）12-0063-04

2014-06-16

孙延安（1968-），男，湖北天门人，高级工程师，博士研究生，主要研究方向为油田机械采油技术，E-mail：sunya＠petrochina.com.cn。