塔河油田非典型示功图分析与工况判断

吴元琴，刘聪，于国龙，郭文肖

（1.成都理工大学能源学院，四川成都610059；2.中国石化西北油田分公司采油三厂，新疆轮台841604）

塔河油田非典型示功图分析与工况判断

吴元琴1，刘聪2，于国龙2，郭文肖2

（1.成都理工大学能源学院，四川成都610059；2.中国石化西北油田分公司采油三厂，新疆轮台841604）

塔河油田已进入开采中期，有杆泵机械采油是最主要的开采方式，由于其油藏特征，管、杆、泵都在较恶劣环境下工作，导致机采井工况复杂。前人已经对塔河油田机采井典型功图进行了详细总结，大多可用于直接判断工况。但在实际生产中，出现了很多复杂、少见、多解、难解的功图，对工况判断造成了一定阻碍。本文将此类功图定义为非典型功图，根据功图形状特征细分为4大类10小类，与理论功图对比，从功图位置、载荷变化入手，结合现场现象、设备结构、检泵情况等进一步分析功图形成原因，并针对性的提出解决对策，以期进一步完善常见功图类型，为后期复杂工况机采井的处理提供依据。

机械采油；工况；非典型；功图

1 机采井生产特征

塔河油田主力开采奥陶系一间房组缝洞型油藏，油藏具有一超五高的特征，即超深、高温、高压、高含硫化氢、高矿化度、高黏度，主力区块托甫台区还具有供液差、高含沥青质、高含气等特征。油藏特殊性导致机采井工况复杂，异常风险大，其主要有四大特征：（1）泵挂普遍较深，受供液不足影响大规模推广杆式泵深抽工艺，目前（2016年8月）平均泵挂已达2 668 m，最深泵挂3 599 m，泵挂超过3 000 m的机采井91口；（2）设备工作环境恶劣，管、杆、泵普遍在高腐蚀、高黏度、高杂质的流体环境中工作，损坏风险大；（3）稀油井气油比高，稀油区块原始气油比一般为100 m3/t~500 m3/t，部分井高达2 000 m3/t[1]，较大程度影响泵效，严重时导致频繁气锁；（4）部分井生产周期长，井下管、杆、泵等设备长期高负荷运作，腐蚀、老化程度高，进一步提高风险。

由于以上特征，机采井主要有三类异常情况：（1）抽油杆故障，包括抽油杆断裂、脱扣及偏磨等；（2）抽油泵故障，包括阀漏失、卡泵、柱塞断脱、泵筒脏、柱塞脱出泵筒或上下挂碰、杆式泵座封不严、气锁等；（3）油管故障，包括稠油上返或原油乳化、油管漏失、尾管堵塞等。

2 典型功图概况

前人已对塔河油田典型功图进行了详细总结[2－4]，根据图形特征可归纳为2大类11小类，典型功图结合现场情况可直接用于工况判断，准确率较高（见表1）。

表1 塔河油田典型功图特征及工况判断

3 非典型功图分析及工况判断

实际生产中存在大量典型功图之外的复杂功图，本文将其定义为非典型功图，并结合理论功图、现场情况、处理措施、检泵情况将其分为4大类，即“一条线”型、整体杂乱型、区域卡阻型和异常卸载型。

3.1 “一条线”型

“一条线”型功图指抽油机上下行程中无明显的增、卸载，形状呈“一条线”，与前文所述水平窄条状功图相同，但由于其多解性前期不能利用该功图准确判断工况，本文根据“一条线”功图位置可更为准确的判断工况异常类型。

3.1.1 上负荷线附近功图位于正常功图上负荷线附近，与典型功图对比，缺少AB、CD段，功图仅在B→C、C→B间往复运动（见图1a）。功图始终位于上负荷线附近，即上下行悬点都同时承受抽油杆本体负荷和液柱载荷，主要有两类原因：（1）固定阀失灵，如阀球及阀座本体损坏或有大块异物卡死阀球，固定阀处于敞开状态，抽油泵下行过程中，不能打开游动阀卸载；（2）严重气锁，导致抽油泵下行程泵筒压力上升幅度不足以打开游动阀卸载。以上两种情况均导致无法卸载，故上下行悬点载荷不变，功图呈一条线（见图1a、图1b）。

图1 上负荷线附近“一条线”示功图（注：两图叠合，无色者代表正常功图，颜色填充者代表异常功图，下同）

现场可观察到井口不出液、憋压不起压，憋压时油压上行起压、下行降压，但整体不上升。针对该类工况，在油井若洗井能建立循环，通过大排量反循环洗井排除固定阀处异物或解除气锁可恢复生产；若无法建立循环或固定阀本体损坏，则需检泵恢复生产。

3.1.2 下负荷线附近功图位于正常功图下负荷线附近，与典型功图对比，缺少AB、CD段，功图仅在D→A、A→D间往复运动（见图2a）。功图始终位于下负荷线附近，即上下行悬点都只承受抽油杆本体全部质量，形成该功图的原因包括游动阀失灵、柱塞未进泵筒、柱塞断脱、抽油杆底部断脱。游动阀失灵、柱塞未进泵筒导致柱塞上下液体连通，柱塞不能承受上部油管液体载荷，故无法增载；柱塞断脱、抽油杆底部断脱导致杆柱与柱塞脱离，上冲程无法依托柱塞承受上部油管液体，故无法增载（见图2a、图2b）。

现场可观察到井口不出液、憋压不起压，由于光杆往复进出油管，憋压时可观察到下行起压、上行降压，压力整体不上升。由于上述四类故障原因功图、现场情况基本相同，难以进一步确定，故可先尝试反循环洗井解除游动阀失灵，若无效则检泵进一步确定故障原因并恢复生产。

3.1.3 下负荷线以下功图位于正常功图下负荷线以下（见图3），由于抽油杆断脱，悬点仅承受小于抽油杆本体质量的载荷，故功图显示载荷位于正常功图最小载荷以下（见图3a、图3b）。

图2 下负荷线附近“一条线”示功图

图3 下负荷线以下“一条线”示功图

现场可观察同3.1.2所述压力变化，同时由于杆柱失载较多，抽油机运行不平衡，电流波动大。针对该类工况，可先计算断脱位置，若断脱位置较浅，可尝试对扣恢复生产，若断脱位置深或抽油杆为本体断裂，则检泵恢复。

3.2 整体杂乱型

整体杂乱型功图指功图整体无规则形状、上下行无增卸载、“锯齿状”、面变化大，针对该类功图，需结合油质、井筒状况等参数分析，常见的工况为稠油井转抽初期油稠、杆式泵卡泵解封、砂卡、皮带机抽油杆断。

3.2.1 稠油井转抽初期油稠塔河十区、十二区为稠油区块，密度大（0.95 g/cm3～1.09 g/cm3），黏度高（700 mPa·s～1 800 000 mPa·s），十二区平均密度达1.027 g/cm3[5]，属于稠油-超稠油-特稠油范畴[6]。

稠油井转抽后多采用正反注稀油后配合掺稀生产，由于地层压力较高、产液量大，通常出现稀稠混配不均或稠油混合修井带入脏物（堵漏材料、管杆铁锈、泥沙等）进泵，导致运行期间出现卡阻，测试功图整体杂乱（见图4）。

该功图生产现场还可观察到出液黏度大、光杆间断滞后或抽油机抖动、电流波动大等现象，可进一步判断工况。可通过加大掺稀生产，减少停机次数，泵筒及油管内整体黏度降低，可自行恢复（见图5）。

3.2.2 卡泵解封杆式泵随深抽的全面推广，杆式泵已成为稀油井生产的主要泵型，由于下泵深、稀油黏度小、液面低，抽油泵漏失量较大[7]，为减小抽油泵漏失量，深抽井均采用Ⅰ级间隙泵，间隙仅0.025 mm~ 0.088 mm。稀油区如托甫台区等沥青质含量高，最高达33.4%（见表2）。生产中沥青质沿井筒上升，当温度低于90℃时，沥青质堵塞物黏度急剧增加[8]，塔河油田平均地温梯度约2.2℃/100m，沥青质析出点多在泵挂以下；另一部分砂岩井出砂较严重，出砂粒径集中在0.015 6 mm~0.088 4 mm，进入柱塞间隙的风险极大。

图4 稠油井转抽初期整体杂乱实测示功图

图5 加大掺稀后恢复正常实测示功图

表2 部分井沥青质含量表（含量高于20%）

析出的沥青质或地层砂进入泵筒后易导致卡泵，卡泵后若抽油机拉力超过杆式泵座封力，杆式泵解封，柱塞带动泵筒做往复运动，并反复座封-解封，功图特征为上行初期因解封增载，解封后快速卸载（LL′段），下行不卸载，运行至座封位置快速卸载，由于解封后杆柱不承受液柱压力，故载荷于正常功图下负荷线附近（见图6a、图6b）。

图6 卡泵杆式泵解封示功图

图7 砂卡初期杂乱实测示功图

图8 砂卡导致柱塞卡死实测示功图

图9 皮带式抽油机抽油杆断示功图

该工况导致功图出现杂乱锯齿状的原因有两个：（1）由于泵筒外壁不光滑，与泵座及油管发生不摩擦形成锯齿状；（2）抽油泵失去液柱载荷，杆柱在井筒内存在较小但频率较高的震动，故出现振幅较小的振动载荷。

由于杆式泵频繁解封座封，现场观察抽油机行至解封出现晃动，若进行打压验证，上死点正打压不起压，下死点正打压起压。该工况地面解卡可能性小，通常需通过检泵恢复。

3.2.3 砂卡前文已述出砂是机采井的一大隐患，当出砂粒径较小，不足以导致抽油泵瞬间卡死，地层砂在泵筒内逐渐堆积，短期内出现运行过程卡阻但不卡死的功图，增卸载正常，但BC、DA段上下行过程中均出现锯齿状杂乱（见图7），若未及时采取措施，泵筒内异物逐渐增多，则最终导致柱塞卡死（见图8）。

出现砂卡后，现场可观察到抽油机无规律抖动，初期可通过大排量反循环洗井有望恢复泵况，后期需根据功图变化情况定期洗井；若采取措施不及时，工况进一步恶化为柱塞卡死，则需通过检泵恢复泵况。

3.2.4 皮带式抽油机抽油杆断皮带式抽油机承载大、长冲程、节能，适合深抽井使用，深抽大多采用皮带式抽油机。皮带式抽油机电机位于下部，通过齿轮带动链条传动，其正常功图在上下行过程中会出现轻微锯齿状，但功图整体形状规则，若抽油杆断脱后失载后，功图呈类“一条线”形状，由于震动影响占比增加，故呈现波浪状杂乱，功图载荷位于正常功图下负荷附近或以下（见图9a，图9b）。现场特征及处理方式与游梁式抽油杆断脱相同。

3.3 区域卡阻型

地层流体高含Ca2+和HCO3-，地层水随井液上升，CO2分压减小并逸散，促使CaCO3沉淀[9]，故在油管和抽油泵局部会发生CaCO3结垢；另虽泵筒内壁和柱塞外壁采用镀铬技术，但其抗高浓度H2S能力仍有限[10]，可能出现腐蚀导致涂层脱落致柱塞与泵筒接触面局部不光滑。泵筒内壁部分区结垢或腐蚀等原因会导致抽油泵行至该区域时发生卡阻，其他区域运行正常或卡阻不严重，功图特征为某一区域载荷会线性上升，柱塞通过卡阻段后，功图形状恢复平滑（见图10）。

图10 区域卡阻实测示功图

现场最明显的现象为抽油机和光杆在运行至卡阻段出现抖动、光杆滞后、电流上升，通过卡阻段后运行正常。针对该类工况，若因结垢导致卡阻，可以通过少量注酸溶解结垢恢复泵况，后期定期用低浓度酸洗井；若因柱塞或泵筒内壁腐蚀所致，需通过检泵恢复。

3.4 异常卸载型

异常卸载指功图卸载线延长、推迟或无卸载，此处讨论的异常卸载指除典型供液不足、游动阀漏等以外的异常功图，主要为下死点快速卸载及二次卸载。

3.4.1 下死点快速卸载功图特征为上行增载近似正常，下行程不卸载，在接近下死点时快速卸载（见图11），其形成的主要原因是固定阀失灵，同时泵筒下部堆积异物或防冲距过小，导致上下行程过程中均不卸载，接近下死点因碰泵（或异物）快速卸载，其功图形状类似3.1.1所述固定阀失灵，不同之处在于下死点碰泵，导致快速卸载，其卸载量取决于碰泵程度或异物堆积程度。

现场与3.1.1所述游动阀失灵现象类似，另可观察到光杆运行至下死点时，因碰泵发生轻微抖动或光杆滞后。针对该类工况，可先尝试上调防冲距进一步核实，若确定为固定阀失灵，可通大排量洗井恢复生产，若无效则检泵恢复生产。

3.4.2 二次卸载功图特征为上行增载AB段正常，下行卸载CD段正常，功图整体形状正常，但下行至接近下死点时，载荷在此进一步呈线性下降，出现第二次卸载，即AE段（见图12a，图12b）。导致二次卸载的原因主要是防冲距过小，长距离碰泵使抽油杆柱质量进一步卸至泵筒上。

对应泵况正常，现场可观察到出液连续，憋压起压，但光杆运行至下死点时出现光杆滞后、抽油机抖动，且下死点处抽油机电流快速上升。针对该工况，需通过功图测量碰泵距离，上调对应防冲距可恢复正常。

图11 下死点快速卸载示功图

图12 二次卸载示功图

4 结论

前人已总结出典型功图可用于直接判断工况，但由于油藏特殊性导致管、杆、泵工作环境恶劣，工况复杂，产生了大量非典型功图，本文总结为4大类10小类。生产中对非典型功图的工况判断需结合图形、泵型、抽油机型、油质、出砂及沥青质情况、作业情况、现场现象等多方面的因素综合判断。工况基本确定后，需立即采取处理措施避免情况进一步恶化导致检泵。

［1］杨小辉，刘毅，于国龙，等.塔河油田防气技术分析［J］.石油机械，2014，42（7）：92－95.

［2］张海云.塔河油田典型示功图分析［J］.油气井测试，2003，12（2）：40－43.

［3］胡广杰，易斌，田宝库，等.抽油机井实测示功图泵况诊断分析［M］.北京：石油工业出版社，2008.

［4］冯焱昀.塔河油田典型示功图分析及应用［J］.中国石油和化工标准与质量，2014，（12）：52－55.

［5］李平，赵海洋，廖志勇，等.塔河油田西北部稠油基本性质研究［J］.新疆石油地质，2010，31（6）：601-603.

［6］何生，叶加仁，徐思煌，等.石油及天然气地质学［M］.武汉：中国地质大学出版社，2010.

［7］吴修德，汪建华，李诗珍，等.抽油泵环隙漏失量的计算［J］.江汉石油学院学报，2003，25（1）：1－3.

［8］康志江，黄咏梅，易斌，等.塔河奥陶系油藏沥青质沉淀形成机理研究［J］.特种油气藏，2008，15（6）：34－37.

［9］杜江.气田地层水酸盐结垢影响因素及趋势预测［J］.石化技术，2016，23（2）：172-173.

［10］胡松阳，毕琳琳，张艳敏，等.电镀钨基合金抽油杆耐腐蚀性能试验研究［J］.石油机械，2011，39（10）：12-15.

Analysis of atypical dynamometer card and judgment of working condition of Tahe oilfield

WU Yuanqin1，LIU Cong2，YU Guolong2，GUO Wenxiao2
（1.College of Energy，Chengdu University of Technology，Chengdu Sichuan 610059，China；2.Oil Production Plant 3 of SINOPEC Northwest Branch Company，Luntai Xinjiang 841604，China）

Tahe oilfield has entered the medium term,sucker rod pumping is the most important way to oil production,because of the reservoir characteristics,tubes,rods,pumps are generally working in a more hostile environment,the operating conditions of the machine are complicated.Previous authors have made a detailed summary of the typical dynamometer card of Tahe oilfield,most can be used to directly determine the operating conditions.But there are many complex,rare,multi solution,hard dynamometer card in actual production whitch caused certain obstacles to the condition judgment.The definition of this type of work is atypical dynamometer card in this paper,according to the shape feature it is subdivided into 4 major categories and 10 small class.Contrast with theoretical dynamometer card,starting with the position and the load change,analysis the reasons for the formation of the dynamometer card by combining with the phenomenon of the field,equipment structure,pumpinspection,and puts forward the countermeasures to solve it,in order to improve the types of common dynamometer card and provid basis for the treatment of the complicated working conditions.

artificial lift；working condition；atypical；dynamometer card

TE355.5

A

1673-5285（2017）02-0058-07

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.02.014

2016－12-24

吴元琴，女（1988-），助教，油气田开发工程在读博士，2013年获得成都理工大学油气田开发工程硕士学位，主要从事采油工程、储层改造与保护技术研究工作，邮箱：wuyaunqin007@163.com。