抽油机井合理沉没度计算分析与确定方法

王峰 李杰 谷金泉 梁艳丽

摘 要： 抽油机井生产管理与工况分析过程中，沉没压力和与其对应的沉没度是有杆抽油设备工作优劣的重要指标，有必要开展合理沉没度研究并对其进行分析调控，确保油井在最佳状态下生产。本文利用曲线拟合法找出沉没度与泵效、系统效率的相互关系， 结合检泵率， 最终确立抽油机井沉没度的合理范围， 为油田生产提供技术依据。

关键词： 沉没度；泵效；系统效率；曲线拟合

抽油机井合理沉没度是取得理想泵效、系统能耗及工具使用寿命的重要约束参数。抽油机井沉没度过低， 泵在供液不足状况下抽汲， 会产生液击现象， 导致额外的冲击载荷， 杆管交变载荷增大； 同时原油脱气， 粘度增大， 容易结蜡； 沉没度低， 油套环形空间内的液体少， 对油管的径向束缚力小， 油管的径向摆动就会相对剧烈， 容易引起杆管偏磨、断脱。沉没度过高， 流压增大， 会抑制相对薄差低渗透率油层出液， 层间矛盾突出。因此， 有必要分析、确定抽油机井的合理沉没度范围。

1 沉没度与泵效关系

以采油厂为例， 选取77 口抽油机井生产数据， 利用曲线拟合法绘制该区块抽油机井沉没度与泵效关系曲线。经过数据分析发现， 泵效与沉没度的关系曲线符合三次多项式的曲线形态， 其曲线拟合方程为：

式中：η-抽油泵泵效， % ；h -沉没度， m；m； a、b、c、d-拟合系数。

根据统计数据发现， 在相同的沉没度下， 泵效随含水的变化而变化。因此， 根据油井产出液含水的不同进行分类， 分别对含水小于70%、70% ～ 80% 、80% ～ 90% 以及大于90% 的井进行拟合计算 ，见表1。

从拟合结果可以看出， 沉没度相同时， 含水越高， 泵效越高。当含水大于90% 时， 最佳泵效所需沉没度为100～ 350 m； 当含水在80% ～ 90% 时， 最佳泵效所需沉没度为150～ 400 m； 当含水小于80%时， 最佳泵效所需沉没度为150～ 350 m。

2 沉没度与系统效率关系

抽油机井系统效率是油田生产的综合能耗指标。系统优化设计就是选择机、杆、泵的合理运行参数， 从而使整个系统达到最优 。有杆抽油系统效率可表示为：

式中： P1 - 输入功率； ΔP1-有效功率；ΔP-损失功率。有效功率为系统在举升产出液过程中消耗的功率， 可表示为：

有杆抽油系统井下工具损失功率主要为管柱水力损失， 抽油杆摩擦和弹性变形损失， 抽油泵机械、容积、水力损失。这三项功率损失集中地体现在泵效这一环节上， 而沉没度是实现理想泵效、系统能耗的关键所在。为找出系统效率与沉没度的线性关系， 对抽油机井能耗数据进行分段统计， 以沉没度50m 为单位， 作沉没度与系统效率、吨液百米耗电量关系曲线。由图可见， 当沉没度小于150 m 时， 系统效率随沉没度增加而增加； 沉没度大于150 m 时， 系统效率随沉没度增加而降低。最高系统效率出现在沉

没度为150～ 300 m 的区间。吨液百米耗电随沉没度增加整体呈上升趋势， 最低耗电出现在沉没度为100～ 250 m 的区间。

图1 沉没度与系统效率、吨液百米耗电曲线

3 沉没度与套管内井温变化关系

东营地区井温梯度差异不大， 但在生产过程中，随沉没度的不同测出的井温差异却很大。挑选典型井作出不同深度井温统计表以说明问题。可以看出， 不同井套管温场虽然基本相

同， 但由于沉没度、油套环形空间内井液多少以及生产举升过程中散失热量的不同， 会出现不同的生产井温。其整体趋势为： 液面浅的井， 温场上移； 液面深的井， 温场下移， 而温场的变化直接決定了生产井结蜡深度的变化， 即低沉没度井结蜡深度下移， 导致热洗液沿程损失热能增加， 从而在一定程度上制约着抽油机井热洗效果。

4 沉没度与检泵率关系

抽油机井在低沉没度条件下生产， 举升高度增加， 因供液不足而产生液击， 加剧抽油杆柱振动， 降低抽油机悬点最小载荷， 加大交变载荷， 从而减少抽油杆柱的轴向分布力与杆管产生偏磨的临界轴向压力而导致杆管偏磨； 同时因井下供液不足导致抽油杆卸载时间延长， 容易引发杆断和脱接器坏， 最终导致检泵率的上升。统计检泵井的沉没度及检泵原因 ， 可以看到： 主要检泵原因是偏磨、脱接器坏和杆断， 占总井数的67.24%； 所有检泵井中20m 以下低沉没度检泵井占总井数的77. 01% 。从统计结果来看： 随着沉没度的降低， 检泵率上升。

5 结论

（1） 抽油机井泵效随沉没度变化符合三次多项式的曲线形态， 不同含水率井取得最佳泵效所需沉没度的区间有所不同。（2） 系统效率随沉没度增加先升后降， 最高系统效率出现在沉没度为150～ 300 m 的区间。（3） 沉没度小于200 m 时， 偏磨、脱节器坏和杆断等检泵机率增加， 作业费用增加； 当沉没度偏低时， 温场下移， 结蜡点下移， 影响热洗效果； 而沉没度大于350 m 时， 系统效率偏低， 机采能耗增加， 同时流压增加， 不利于低压低渗透油层出液。整体来说，200～ 350 m 的抽油机井沉没度可以满足目前采油矿油田开发速度及经济能耗的需求。

参考文献

1.杨颖. 特高含水期抽油机井合理沉没度探讨[J]. 油气田地面工程. 2009（12）