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煤层气用小型超低冲次抽油机的研制及应用

2021-01-21刘铁夫郭云龙

设备管理与维修 2021年12期
关键词:产液口井管柱

刘铁夫,郭云龙,徐 征

(1.中油集团渤海石油装备有限公司采油装备制造分公司河北华油一机抽油机有限公司,河北沧州 062658;2.中国石油集团渤海石油装备制造有限公司石油机械厂华油一机(河北)钻井装备有限公司,河北沧州 062658)

0 引言

与天然气、石油等资源相比,煤层气的开采有着独特特点:①埋藏煤层气的地层深度较浅,压力和温度不高,煤岩普遍缺乏良好的吸附性能以及产水量;②产出的煤层水中含有部分煤粉或压裂砂等固体颗粒;③针对供采关系来说,在煤层气田中通过连续对动液面的稳定下降,能够代替常规方式,维持供采平衡;④针对运行控制,通过对沉没度和排量的减少,长期稳定地对其进行持续控制。

随着油田开发的逐步深入,我国大多数油田已进入开发的中后期,加之我国加大了对低压、低渗、低丰度油田及煤层气等的开发力度。尤其是煤层气的开采,井供液不足、单井产量低已经成为当代油田开采的新常态。目前,各大油田的开发开采工艺已经从开发初期的高冲次调整为现在的低冲次乃至超低冲次,目的是减小空抽等对抽油杆、抽油泵及套管的磨损,提高泵效,延长检泵周期。根据结果得知:在特定范围内对冲次的降低,基本能够保持产量不下降,同时能够提升泵的效率和检查周期,大幅减少日耗电量,进而提升抽油机效率,实现节能降耗的目标。

合理优化参数、降低抽油机冲次的方法已经得到各大油田的认可。尤其是低成本开发的大前提下,设计适合非常规天然气井工况的抽油机,避免“大马拉小车”。

1 测试系统实例

如果其他参数不变,针对工作状态下的抽油机井,通过调整冲次,以及监测地面示功图、产液量及动液面在各油井变化情况,能够得知冲次频率,能够从整体上极大影响抽油机系统的效率。因此,以下分析研究了原测试仪表系统的相关数据。1998 年11月5 日,卫2-5 马寨油田井的测试数据:如果将原本6.3 次/min的冲次下降到4.05 次/min,油井原生产量保持不变,然而却降低了最大荷载,上升了最小荷载,交变应力和输入功率分别减小了9.99 kN 和27 kW。同一时期测试了卫2-61、95-42 和11-33井,得到了相似结果。发现文15-78 井泵没有充满,因此,将原本5 次/min 的冲次下降到4 次/min,产液量没有出现变化,充满泵时系数得到了提升,输入功率下降5 kW,抽油机平衡度上升0.1,基本能够协调生产。测试各口井系统后能够得知,应当存在一个恰当的冲次,不仅能够使抽油机井达到标准的产液量,还能够使系统保持一定的效率。特别是针对液量、泵效率较低的油井,合理调低冲次、提升系统效率,以及降低开采成本是较为可行的。

2 现场实施情况

2.1 江苏油田

江苏油田通过降低冲次的重要思路,实现了优化参数,以及提升体系效率等。2002 年,中原油田现场试验了5 个采油厂的33 口井。根据效果统计得知:系统平均效率从原来的25.36%提高到了41.64%,提高了16.28%;输入功率由11.47 kW 下降到8.58 kW;31 口井每年节电量达到82.4×104kW·h,节电率25%;冲次由原来5.22 次/min 的平均值减少为3.73 次/min;产液量从20.1 t/d 上升到23.3 t/d;泵的效率提升6.98%。分析33口井后得知:其中泵径增大的井有21 口,占63.6%;泵的深度没有改变或加大了。

2.2 胜利油田河口采油厂

某厂在河口采用的大北低渗抽油机,在油田中的平均泵深、平均单井日产液以及综合含水量分别为1800~1900 m、10.7 t、54.4%。通过优化相关参数,能够实现对冲次的减少。针对有潜力的抽油井,首先需要根据相关方案对不动管柱进行施工,等到需要对油井进行作业时,再根据相关方案对动管柱进行施工。截至2003 年5 月,共对270 口井进行了优化设计,对152 口井进行了施工。通过对30 口井的对比,得到以下数据:总共对15 口井进行了动管柱施工。其中,泵径加大、不变以及减小的井数量分别为7 口、7 口、1 口;通过对所有冲次的调小,平均减小量、平均增加的产液量、系统平均提升效率以及提高幅度分别为2.47 次/min、1.5 t/d、11.44%、5.1%~19.81%。对15 口井进行了不动管柱施工,平均冲次值从4.74 次/min 下调到2.21 次/min;产液量基本不变,平均增加0.03 t/d;系统效率由平均17.8%上升到23.98%,提高幅度3.30%~8.93%。有着可观经济效益。对于冲次的具体调节值,需要从供排协调、产液量以及生产压差等方面,对油井进行综合的计算才能够确定。采油厂通过应用“临界冲次点技术”,能够合理确定冲次目标。为了实现对机电速度的降低,就需要对旧机电进行改造,或是增加减速器,这一方法具有借鉴意义。2003 年9—10 月,中原油田四厂通过应用该技术,试验了几口产液量在5 t/d 以下并且供液长时间不足的油井。

2.3 胜利油田临盘采油厂

某厂将减速器应用到抽油机后,实现了节能目标。根据效果得知,其在耗电量、启动以及运行平稳性方面具有一定优势。截至2002 年11 月,将其应用在320 口油井,每口井达到了10%~70%的有功节电率。以下为实施前后13 口井的对比数据:冲次平均下降2.3 次/min;平均产液量下降0.15 t/d,泵效由平均17.98%提高到36.46%;平均日耗电降低35.4%,单井日平均节电72.4 kW·h。该技术节能效果显著,对成本的要求不高,维护保养较为简便,并且冲次在降低后,机械故障率减少,管杆寿命延长,油井在一定时间内实现免修,节约了成本。

3 冲次调小的意义及策略

3.1 意义

近年,抽油机井工作条件发生变化:开发目标由原来的中高渗透油藏转变为了低渗透油藏。低渗透油藏生产压差较大,大部分抽油机井在流压比饱和压力更低的井底工作;低渗油层的启动对生产压差有着较大要求,然而进一步提升生产压差会导致产量的增加逐渐变小。并且由于井底流压的不断减小,井底周边的地层渗透率会降低,还有可能降低产量。进而逐渐加大泵挂深度。2002 年,中原油田抽油井的泵挂平均深度达到了1271.5 m,泵效为46.37%。中原油田的平均泵深为664.2 m,。过大的泵挂深度使得抽油系统工作条件恶化,抽油杆极易由于下部弯曲导致杆出现磨损。中原油田已经对40%左右的定向斜井、侧井进行了钻井,在江苏油田中达到了70%~80%。会加大抽油杆、油管以及套管之间的磨损概率,必定会加大偏磨程度。因此需要使用更多的长冲程抽油机。根据初步计算结果得知,在冲次相同情况下,4.8 m 冲程与3 m 冲程相比,行程的瞬时速度在上下部的最大增加值为37%~38%,会导致管、杆出现更加严重的磨损。此外,分析寿命频次得知,假设抽油杆有着“107 次”的寿命,也就是19/n 年。调小冲刺后,也会降低频次,同时也会减小其交变应力,能够给具有更小冲刺率的抽油杆带来更大的寿命延长率。科学合理地调小冲次后,抽油机能够获得更好的抽油能力,改善系统的受力状况,使油井具备更高的综合经济效益。

3.2 实施方法

河口采油厂通过研究或引进“临界冲次点技术”,使抽油机井获得了更加合理的冲次;通过调试不同频率的冲次,对系统进行测试,实现了对冲次最佳值的寻找。在现场综合分析示功图、动液面以及产液量等资料,根据生产经验确定冲次,在实施过程中对系统进行跟踪调整。由于大部分抽油机已经具备了与原拖动系统配置接近的最小冲次参数,因此井只有通过改造后才能够投入使用。需要采用相关技术,进一步完善改造12 极、16 极电机,在抽油机中对减速器进行引进或加工。

调小冲次会导致管、杆出现严重磨损,此外,还需要在出砂生产阶段对生产压差进行控制。通过调小冲次对参数的优化,能够作为提升其系统效率的一种技术,可以共同实施。针对有系统效率提升潜力的井,需要做好对不动管柱和动管柱两套方案的设计。首先,需要根据相关方案对不动管柱进行施工,等到需要对泵进行检验时,再根据相关方案对管柱进行施工。虽然减速装置结构不复杂,但是具有较高效率。由于增加相关环节,需要根据松紧度对皮带进行及时调节,并对其进一步保养维护。根据相关参数调小不动管柱后,会导致部分井出现液量稍许下降。冲次调小后,会加大泵与泵之间的隙漏,可以通过增加活塞长度进行弥补,由1.2 m 向1.5 m 或1.8 m 进行加长,采油四厂在这方面已经有着成熟经验。此外,频次减少后,也能够减少柱塞与泵筒之间的磨损。杆泵失效主要是由于油管漏失导致。油管丝长期工作会出现松动而导致渗漏。调小冲次后,能够延长漏失油管的失效时间,使油管具备更长的使用期限,为油井提供一定免修期。近年,通过使用皮带式抽油机等塔式抽油机,冲程达到5.0~7.3 m,该设备自身具有节能特征。其悬点不仅能够在上死点和下死点进行换向,并且能够保持匀速运动,不需要惯性就能够通过大冲程、小冲刺进行抽油,因此,可以扩大使用面。

4 认识与结论

(1)抽油机在工作状态下,系统工况受到的最大影响来自于冲次,在抽油机中通过科学合理调小冲次,能够使泵和相关系统具备更高效率,节约电能,减少管、杆、油管、套管之间磨损,使管、杆或油井具备更长寿命。延长泵的检验周期,使油井维护变得更加简便。

(2)通过减小冲次和增大泵径,能够使系统具备更高的效率。因此,需要根据油藏性质、相关设备等因素,综合考虑泵挂深度,并且需要结合抽油系统的标准条件,参数组合的趋向是“冲次最小化、冲程最大化、泵径较大化、泵深合理化”。

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