深井采油技术减载效果对比研究

岑学齐，吴晓东，罗　文，阿斯兰，汤小伟

深井采油技术减载效果对比研究

岑学齐1*，吴晓东1，罗文1，阿斯兰1，汤小伟2

1.中国石油大学“石油工程”教育部重点实验室，北京 昌平 102249 2.中国石油大庆油田大庆钻探钻井二公司，黑龙江 大庆 163000

针对深井有杆泵采油中存在如何降低悬点负荷的问题，开展了深井有杆泵减载技术研究，通过分析玻璃钢混合杆和深抽减载装置的减载原理，结合实例计算对比分析两种减载技术的减载效果，并采用了悬点最大载荷与最小载荷之差计算扭矩的方法，研究了两种减载技术的节能效果。结果表明：玻璃钢混合杆减载技术能减小悬点最大载荷达40.6%，深抽减载装置减载技术平均降低悬点最大载荷22.8%，两种减载技术减载效果都比较明显。玻璃钢混合杆具有一定的节能效果，而认为深抽减载装置具有节能性的观点值得商榷。这将为深井采油中深抽减载方法选择提供一定的理论指导。

深井；玻璃钢混合杆；深抽减载装置；减载效果

网络出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.te.20150330.1719.012.html

岑学齐，吴晓东，罗 文，等.深井采油技术减载效果对比研究［J］.西南石油大学学报：自然科学版，2015，37（2）：173-177.

Cen Xueqi，Wu Xiaodong，Luo Wen，et al.Comparative Study of Application Effect of Load Reducing Technique in Deep Well Production［J］.Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2015，37（2）：173-177.

引言

勘探开发技术的不断进步，使得深部油气藏的开发成为了可能。深部油藏的不断发现，使得钻井深度纪录也不断刷新。特别是中国西部，以库车拗陷、塔西南拗陷为代表的塔里木盆地大量深部油藏投入勘探开发，大批超过5 000 m井深的油气井钻探成功。随着中国西部油田的不断开发，中国西部某油田的有杆泵平均下深在2 000∼3 500 m，现在有些井下深已经超过4 000 m，未来可能会出现5 000 m的井。随着有杆泵下泵深度增加，抽油机悬点载荷也越来越大，这造成抽油杆断脱几率也增加［1］。针对深井采油中悬点载荷偏大的问题，研究玻璃钢混合杆和深抽减载装置两种减载技术的减载效果，对选择减载方法有一定指导意义［2-4］。

1　玻璃钢混合杆减载技术

1.1玻璃钢深抽减载原理

玻璃钢杆抽油杆密度很小，Fiberflex公司生产的玻璃钢杆密度为2.04 g/cm3，沙市钢管厂生产的密度为2.90 g/cm3，国产25生产的玻璃钢密度为1.92 g/cm3。而普通的抽油杆密度7.82 g/cm3。玻璃钢混合抽油杆减载技术就是利用玻璃钢密度低的特性大大降低作用在悬点上的抽油杆柱载荷［3］。

1.2玻璃钢混合杆柱设计

考虑井身结构、深井井筒高温对玻璃钢杆的限制，能确保玻璃钢杆不会在弯曲井段工作，玻璃钢杆工作温度不超过其额定工作温度。深井混合杆杆柱设计是以确保玻璃钢杆不受压、防止杆柱失稳为基础前提，以整体杆柱质量最轻为第一目标［3］。

2　深抽减载装置减载技术

2.1减载装置结构

深抽减载装置，是利用液压反馈力降低抽油杆柱的负荷达到减小悬点最大载荷目的的一种装置。主要零部件为两个柱塞（截面积分别为Φ1、Φ2）、泵筒摩擦副、定位装置、外管等。深抽减载装置安装在深井抽油泵的上端某一位置（如图1所示），Φ1、Φ2柱塞与抽油杆柱连接。

图1　减载装置井下管柱示意图Fig.1　The schematic diagram of underground pipe column of the load reducing device

2.2减载装置减载原理［5-7］

上冲程时，Φ1、Φ2柱塞及深井抽油泵柱塞随抽油杆柱一起向上运动（如图2所示）。此时，油管内产出液的压强p1，作用在Φ2的下端面上，产生一个向上的力F1

图2　减载装置结构示意图Fig.2　The structural diagram of the load reducing device

式中：Φ1，Φ2—两个柱塞的截面积，m2；

Φr—抽油杆截面积，m2；

F1—上冲程时作用在截面积为Φ2柱塞下端面的力，N；

p1—上冲程时油管内产出液的压强，Pa。

而油套管环空内井液的压强p2，则作用在Φ2的上端面上，产生一个向下的力F2

式中：F2—上冲程时作用在截面积为Φ2柱塞上端面的力，N；

p2—上冲程时油套管环空内的井液的压强，Pa。

设计时，要将深抽、减载装置安装在一个合适的位置并使F1＞F2，从而起到减载作用。其中上冲程时井内液体经深抽装置进入上部油管内完成进液过程［8-9］。

由于通过自身结构在上下冲程期间产生一个向上的液压力，减轻了抽油机驴头的悬点载荷，相对减少了井内管、杆柱变形及冲程损失，因此就相对提高了油井产量［10］。

3　减载效果对比研究

3.1玻璃钢混合杆减载效果分析

利用最轻杆柱设计原则，对某油田实际生产井A井进行杆柱设计。A井的基础数据如表1所示。

表1　A井基础数据和实际生产数据表Tab.1　Basic data and actual production data of Well A

3.1.1玻璃钢混合杆减载效果

从表2可以看出，全钢杆杆柱设计时悬点最大载荷110.10 kN，其中杆柱重力载荷为63.50 kN占悬点最大载荷的57.7%。通过混合杆柱设计时，悬点最大载荷减小到65.40 kN，悬点最大载荷减小40.6%，而杆柱重力载荷减小到35.18 kN，杆柱重力载荷减小44.6%。

通过使用Φ22玻璃钢杆减少了使用Φ22和Φ25钢杆的长度，大大减小整体杆柱的平均线密度［11］。减载效果明显。

表2　玻璃钢混合杆设计结果和全钢杆设计结果对比表Tab.2　The results of different design using fiberglass steel composite and full steel

3.1.2玻璃钢混合杆减载节能效果计算最大扭矩的近似公式［1］

式中：Mmax—最大扭矩，kN·m；

Pmax—悬点最大载荷，kN；

PmiH—悬点最小载荷，kN；

s—冲程，m。

钢杆设计最大扭矩：Mmax1=50.75 kN·m，玻璃钢混合杆最大扭矩：Mmax2=45.90 kN·m。可见玻璃钢混合杆有一定的节能效果。在这种杆柱组合和抽汲参数下，玻璃钢混合杆柱还可能实现超冲程［12］。

3.1.3玻璃钢混合杆减载技术适用性

由于玻璃钢杆价格贵，不能承受轴向压缩载荷、不能承受弯曲应力，不耐高温，所以稠油、高凝油、斜井、定向井不适合采用。

3.2减载装置减载效果

表3是某油田已安装减载装置的3口抽油机井的悬点载荷数据。

表3　减载装置应用情况对比表Tab.3　The comparison of the load reducing device application

3.2.1深抽减载装置减载效果

3口试验井平均下泵深度在3 000 m左右。从3口试验井数据可以看出：深抽减载装置减载技术平均降低最大载荷22.8%，最高降低负荷达到27.0%。减载效果比较明显。

3.2.2深抽减载装置减载节能效果

根据式（3）可知，最大扭矩大小跟悬点最大载荷和悬点最小载荷之差成正比。

安装深抽减载装置后，最大载荷和最小载荷之差变大（如图3所示）。由扭矩计算公式可知，安装深抽减载装置以后，能耗增加。分析原因，该装置如果位置设计不合理，会使得杆柱受压情况恶化，导致偏磨加重不利于正常生产。同时在该装置上有两个柱塞，如果工作状况恶化，会增加柱塞的漏失，增加能耗降低举升效率［13-14］。同时该装置需要在某一深度定位然后固定，如果固定产生松动也会给生产带来不好的影响。

图3　载荷之差对比图Fig.3　The load difference after using the reducing device

而在文献［7］中提出，深抽减载装置是一种节能、增产的新工艺，油井应用深抽减载装置后，降低了抽油机井悬点载荷，节能降耗。通过以上分析，该装置的节能性值得疑问，相反有可能增加能耗。

3.2.3深抽减载装置减载技术适用性

该装置在不动原杆柱的情况下能减小悬点载荷，减载效果明显。适用于中小型抽油机、且油井因供液不足而需加深泵挂的老油井，以达到不更换抽油机就能深抽的目的［15］。

3.3两种减载效果对比分析

两种减载技术都有明显减载效果，从例子中看，玻璃钢混合杆减载效果稍好。玻璃钢杆具有节能效果，而深抽减载装置节能效果有待商榷。但玻璃钢混合杆价格贵，而且不能承受轴向压缩载荷不能承受弯曲应力，不耐高温，稠油、高凝油、斜井、定向井不适合采用。而深抽减载装置具有不更换抽油机就能深抽的优点，适用于中小型抽油机、且油井因供液不足而需加深泵挂的老油井。

4　结　论

（1）玻璃钢混合杆和深抽减载两种减载技术减载效果都比较明显，玻璃钢混合杆减载效果更好。

（2）玻璃钢混合杆具有减载效果的同时还具有一定的节能效果，而以前认为深抽减载装置具有节能性的观点值得商榷。

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岑学齐，1985年生，男，汉族，湖北黄冈人，博士研究生，主要从事采油工程理论与技术方面的研究。E-mail：cenxueqi2005@163.com吴晓东，1958年生，男，汉族，吉林四平人，教授，博士生导师，主要从事油气田开发工程方面的研究。E-mail：wuxd308@263.net

罗 文，1988年生，男，汉族，四川乐至人，硕士研究生，主要从事油气田开发方面的研究。E-mail：403520813@qq.com

阿斯兰，1989年生，男，哈萨克斯坦国留学生，硕士研究生，主要从事油气田开发方面的研究。E-mail：aslan5030@hotmail.com

汤小伟，1985年生，汉族，湖北襄阳人，助理工程师，主要从事提高油气井固井质量方面的研究。E-mail：2008txw@163.com

编辑：牛静静

编辑部网址：http：//zk.swpuxb.com

Comparative Study of Application Effect of Load Reducing Technique in Deep Well Production

Cen Xueqi1*，Wu Xiaodong1，Luo Wen1，Aslan Zhanzakov1，Tang Xiaowei2
1.MOE Key Laboratory for Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Changping，Beijing 102249，China 2.The Second Daqing Drilling Company，Daqing OilField，CNPC，Daqing，Heilongjiang 163000，China

Aimingatreducingpolishedrodloadofsucker-rodpumpinoilproductionofdeepwell，theresearchofloadreduction techniques for sucker-rod pump in deep well is carried out，in which the load reduction principles of fiberglass combined rod and rod load reducer are analyzed.The load reduction effect of these two techniques is analyzed by practical calculation，and by the difference between maximum and minimum polished rod load in calculating the torque，the energy-saving effect of the two techniques is also studied.The results show that load reduction technique of fiberglass combined rod can reduce maximum polished rod load by 40.6%，and the load reduction technique of rod load reducer can reduce maximum polished rod load by 22.8%on average，which means the two techniques have obvious load reduction effect.Fiberglass combined rod has certain energy-saving effect，the energy-saving effect of rod load reducer is questionable.This paper can provide certain theoretical guidance for the selection of load reduction methods for oil production in deep well.

deep wells；fiberglass-steel composite；load reducing devices；load reducing effects

10.11885/j.issn.1674-5086.2013.09.22.02

1674-5086（2015）02-0173-05

TE312

A

2013-09-22网络出版时间：2015-03-30

岑学齐，E-mail：cenxueqi2005@163.com

国家重大专项（2011ZX05009-005）。