基于油藏特征分析抽油机井系统匹配对策

徐立明 冯静 王雪松

摘要：抽油机采油是国内外应用最广泛的采油方式。随着油田开发难度的加大，低渗油层、难采储量动用和比例的增大，平均单井日产液量降低，抽油泵泵效降低，油井系统效率较低。本文调研分析了油田油藏特征以及油品性质，并结合油田典型采油工艺与典型井筒结构，对产液在井筒中的流动规律做了详细计算分析研究。并以此为理论依据，开展了对机杆泵井采油工艺的优化研究工作，主要对泵挂深度、抽油杆组合以及抽油机选型进行了优化研究，通过优化，实现了泵挂深度的上提，抽油机型号的减小，能耗的降低。现场试验表明，实施改进采油工艺后，油井均可正常运行，泵挂深度有所上提，抽油机负荷降低。

关键词： 油藏;生产系统;供排协调;系统效率;匹配

结合油田油藏和生产特点，以抽油机井生产系统的供排协调为设计前提，以提高抽油机井的系统效率为设计目标，以抽油机井的抽汲参数（冲程、冲次、泵径）为设计参数，建立抽油机井选井选泵优化设计数学模型，探索优化抽油机参数、抽油机井选井选泵优化设计的方法，并将该方法在油田抽油机井选井选泵优化设计中进行应用。实践表明：该方法是提高抽油机系统效率和降低油井投资成本的重要途径之一。

抽油机井采油系统既包括抽油机、抽油杆、抽油泵等“硬件”设备，又涉及抽汲参数、沉没度等“软件”参数。如何对抽油机井合理选井选泵，使抽油机采油机井匹配、抽油机系统效率提高和油井产能发挥充分，成为油田急需要解决的问题。因此，研究抽油机井选井选泵优化设计对抽油机井高效、节能运行具有重要的意义。

一、对抽油杆的要求

油田泵挂深度生产井多为定向井、斜井、水平井及复杂结构井，油井生产中抽油杆的偏磨、断脱问题比较普遍。目前在直井段以外的抽油杆上都加有尼龙扶正器。现场使用最多的抽油杆按尺寸分有Φ22、Φ19;按钢级分有D级、H级。

1、抽油杆使用中存在问题

（1）产品质量的问题。由于抽油杆用热轧圆钢，轧制质量不能完全满足要求，鋼材没有进行100%探伤，在杆体的锻造质量、接箍的加工过程中难免存在缺陷。在井下非对称循环应力的作用下，这些缺陷就是产生损坏的薄弱环节。在同一个杆柱组合设计方法下产生不合理下井设计方案，导致杆断脱问题加重。（2）杆柱组合下井设计问题。油井井身结构复杂，一个井场井数不断增加，井眼轨迹很不规整，加重抽油杆的损坏趋势，设计不同的杆柱组合及扶正防磨措施显得很重要。

2、对抽油杆的需求

针对油田的生产特征，对抽油杆的要求表现在性能方面有：①尽可能小的杆径尺寸和杆体重量下具有尽可能高的强度;②耐磨性能好;③承受弯压载荷的能力强;④起下作业方便。从满足以上性能方面看，高强度抽油杆、玻璃钢抽油杆、复合材料连续抽油杆等都有很大的应用前景。但就目前的技术现状来看，还需要进行进一步的科技创新和改进。

二、对抽油机的要求

目前油田常用抽油机按大小分有：6型、8型、10型以及12型等。按结构形式分有：常规游梁式抽油机、异相曲柄抽油机、摆轮式抽油机、复合平衡抽油机、调径变矩抽油机等，主要以异相曲柄抽油机和复合平衡抽油机为主。

1、对额定悬点最大负荷要求

长期的抽油机选型及现场最大负荷实测资料反应出：对最大载荷为70kN和90kN的抽油机有一定量的需求。而抽油机标准系列为：6型、8型、10型、12型等。缺失7型和9型机。造成在抽油机配型上的浪费或者超负荷运行。

2、抽油机参数的要求。对于抽油机来说，其主要性能参数有：悬点最大负荷、减速箱额定扭矩、所配电机功率、冲程、冲、各连接部位尺寸、外型尺寸等。一般情况下，不同型号的抽油机都有相匹配的以上几个参数。但由于生产情况不一样，油田对抽油机各种参数需求的重点有所不同。以油田为例，由于产液量小，对减速箱额定扭矩、电机功率、冲程、冲次的要求都不高，需要满足的首要条件是抽油机的额定悬点最大负荷。其它参数的配置应在尽可能降低系统效率的前提下进行。计算和实测资料表明：即使10型、12型抽油机，其额定扭矩也不会超过37 kN·m。冲程最大为3 m即可，冲次选择以尽可能低为好。

三、对抽油泵的需求

油井日常维护性作业中有三分之一以上是由于泵出故障造成的。油田由于低产液、气体、腐蚀、结垢、结蜡、同时泵位于斜井段等问题的存在，使泵的工作环境更加不好。基本以管式整筒泵为主。根据油田井的产量分布情况可明显看出，使用小的泵径会减小抽油杆柱的杆径，减低抽油机悬点载荷，提高系统效率，降低能耗。但泵体太小后在加工及表面镀涂工艺方面难度提高。大部分泵在井下处于倾斜放置，现有的斜井泵还没有体现出明显的优势，致使应用井数不是很多，基本还是采用常规泵。

四、机、杆、泵系统的需求

（1）抽油机冲程参数。冲程损失是抽油泵效率降低的重要方面，直接影响抽油机选择合理的冲程，与活塞及油管截面积、抽油杆长度及截面积、动液面深度、液体密度等有关。随着泵径减小，抽油机冲程损失减少。为减少冲程损失对抽油泵效率的影响，应尽量增大抽油机光杆冲程。冲程长度增加对于悬点载荷的影响不大，但抽油机的高度需要增加，而且更重要的是减速器曲柄轴的扭矩和冲程长度成正比的增加。同时冲程长度增加后抽油机的减速器的尺寸、质量和成本相应增加。此外随着冲程长度的增加，减速器齿轮磨损速度增加很快。因此光杆冲程并不是越长越好，需要确定在合理范围内。

（2）抽油机冲次参数。抽油机冲次是衡量抽油机快慢的参数，与冲程参数比较，冲次调整简单、易于实现。由于油田单井产量低，因此降低冲次成为抽油机满足工况、提高抽油机井系统效率的重要途径之一。抽油机实现低冲次方法有3种：调整电机皮带轮直径、降低电机转速、使用大速比减速器。调整电机皮带轮直径是常用方法：抽油机配套3件皮带轮，根据现场需要更换调整。降低电机转速的方法有使用变频调速、低速电机等技术，考虑油井低成本采油，考虑采用低速电机和减速器的优化组合。不同速比减速器与不同转速电机组合实现抽油机的低冲次，但需要综合比较确定。采用低冲次对于延长机杆泵寿命、提高抽油机系统效率、降低能耗等方面有很好的效果。

（3）抽油泵泵径参数。以8型抽油机为例，最大冲程长度3m，冲次最低2.5次/min，最大5次/min，泵效取45%。不同泵径油井液量确定范围。按照钻采工程方案，采用小泵径、低冲次后，抽油杆降一个等级、强度增加一级，抽油机下降一个型号。小泵径是油田抽油泵泵径的首选，对于产液量高的油井可以通过更换电机提高冲次的方式实现。

有杆抽油系统是各陆上油田的主要采油设备，由于其效率低，所以有杆抽油系统的节能降耗也成为油田开采后期的主要工作。原有抽油机选型方法不能满足油田开采后期实际情况的需要，直接影响了有杆抽油系统的系统效率。为了使抽油机选型方法最终确定的机型与实际生产方案相符，进而达到提高有杆抽油系统效率的目的，本文开展油田开采后期抽油机井优化设计方面的研究，取得了明显效果。

参考文献

[1]高鹏.  H级抽油杆柱力学特性及其设计方法研究[D]. 西安石油大学 2016

（作者单位：1.东辛采油厂盐家管理区采油六站;2.东辛采油厂盐家管理区采油六站;3.东辛采油厂盐家管理区采油四站）