生产参数对抽油机系统运行影响研究

2015-12-20王翠大庆油田有限责任公司采油工程研究院

石油石化节能 2015年7期

王翠（大庆油田有限责任公司采油工程研究院）

生产参数对抽油机系统运行影响研究

王翠（大庆油田有限责任公司采油工程研究院）

随着油田不断开发，水井注不进水或注水效果差等问题日益突出，油井供排平衡关系不协调，导致杆、管、泵生产状况差，检修周期缩短，抽油机井系统效率降低。合理调整抽油机井的生产参数，使油井在供采平衡条件下生产，避免机采井抽汲参数过大产生的供液不足、泵效过低、检泵率高等问题。通过研究生产参数对抽油机系统运行的影响，提出了合理控制油井沉没度、调整冲程、冲速是提高抽油机系统运行状况的关键。

抽油机生产参数沉没度冲速冲程

随着油田的不断开发，油井出现低液面、低流压、产量递减率增大等现象，使机采井参数过大、泵效过低、检泵率高等问题，导致抽油机井效率[1]降低，甚至低于10%，尽管经过注水系统结构的不断调整，但油井供小于排的予盾仍存在。通过对低产井生产参数分析及现场应用证明，在保证产量的前提下，合理、适时地调整油井生产参数，改善抽油机井运行状况，提高运行效率。

1 生产参数对抽油机系统的影响

1.1 沉没度对抽油机系统影响

在油井投产初期，考虑到适应地层供液能力的变化，生产井在进行设计时，机、杆、泵选择偏大，生产参数偏大的油井，会产生较高的生产压差，油井沉没度低，导致泵效降低[2]。表1为大庆油田某区块45口抽油机井平均沉没度与系统效率情况统计。对该区块油井进行了分析：附近形成脱气圈，阻碍采出液进入井筒，降低油井产液量。

表1 45口抽油机井平均沉没度与系统效率统计

理论研究表明，井底流动压力低于一定下限值时，流饱压差过大，由于气体的流度大于液体的流度，将会使油层严重脱气，在油井附近形成脱气圈，脱气圈内原油黏度大幅上升，采液指数降低，将严重影响原油采收率。因此，为提高油井产量，流压应在其临界压力点以上。

2）由于沉没度的降低，泵入口压力降低，采出液内含蜡容易在泵内或井筒内析出，造成杆管或泵筒内结蜡，由于蜡质的析出使油井采出液黏度增加，抽油杆柱下行阻力增大，容易造成杆管偏磨，严重时会发生蜡卡或杆柱断脱，影响油井生产。

3）沉没度低导致抽油泵充满程度低。柱塞下行程时，由于泵筒内充满度不足，柱塞开始速度较高，突然接触液面会发生强烈振动，即所谓的“液击”问题，油井发生液击后，杆、管、泵系统振动增加，偏磨加剧，杆管断脱、漏失概率增加，使检泵周期缩短。

1.2 冲速对抽油机系统影响

1）抽油机冲速的最大允许值受设备工作特点限制，在一定泵径与冲程长度条件下，随着冲速增加，上冲程惯性载荷增加，使悬点最大载荷增加，下冲程下行阻力增大，使悬点最小载荷减小。悬点示功图载荷波动幅度变大，地面抽油机平衡效果变差，电动机轴扭矩波动增大，导致电动机效率降低，因此抽油机不宜使用较高冲速。

冲速对悬点最大、最小载荷影响严重，通过相同工况理论计算，冲速为6 min-1和9 min-1时最大载荷与3 min-1相比，分别增加了12.63%和26.7%；最小载荷分别降低了9.44%和25.45%。随着冲速增加，示功图载荷曲线波动加大，说明杆柱振动增强（图1）。

图1 冲速对悬点示功图的影响

2）由于速度增加，系统动载荷增大，抽油机系统动载荷计算公式为

式中：

pd——动载荷，kN；

pg——杆柱重，kN；

S——冲程，m；

n——冲速，min-1。

由此可见，动载荷与冲速的平方成正比。冲速增加后，动载荷按平方的规律增加，引起杆柱和地面设备的强烈震动，易造成超载停机或故障损坏。

3）随着冲速增加，柱塞在工作筒中运动速度加快，如果比液体进入工作筒的速度快，工作筒将来不及充满液体，造成泵效降低。当光杆下行速度超过杆柱在液体中靠自身重力下降的速度时，抽油杆柱就受到相当的挤压力，容易使杆柱发生变曲，造成杆柱与油管内壁发生偏磨，同时杆柱受到运动方向改变的次数太多，容易发生弹性疲劳，缩短抽油杆的使用寿命，使断脱的概率增大。

1.3 冲程对抽油机系统影响

对于游梁式抽油机，油田普遍使用长冲程的生产参数。使油井冲程损失相对减少，有利于提高井下抽油泵效率；冲程增加也有利于降低冲速，杆柱运行频次降低，疲劳寿命得到提高。但冲程增加会使抽油机曲柄回转半径增大，曲柄轴力矩增大，抽油机系统载荷波动幅度增大，导致系统平衡状况变差，抽油机井地面效率降低。所以在选择冲程上，应将泵挂、泵径等参数综合考虑，当泵挂、泵径偏大（泵挂超过1200 m，泵径超过φ57 mm）时，选用中、小冲程[3]较为合理；当泵挂、泵径不大时，可选用长冲程。

2 优化生产参数

通过分析生产参数对抽油机系统影响，在大庆油田某区块开展了45口井的参数调整试验。据示功图测试分析，其中16口井存在气影响问题；沉没度较低供液不足井为9口；抽汲参数偏大的井为27口。采取了增加泵挂深度的方法，措施后平均单井沉没度为132 m；在保证机型不变的情况下，调整了冲程、冲速参数，平均冲程从调整前的2.8 m降为2.5 m，平均冲速从调整前4.7 min-1降为4.1 min-1；并对部分抽油机井进行了平衡调整，使抽油机电流平衡率都保持在85%～100%之间。措施后测试数据见表2。