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优化抽油机井沉没度降低能源消耗

发表时间：2020/10/16 来源：《基层建设》2020年第19期作者：白艳军万全生王伟

[导读] 摘要：抽油机井合理沉没度是取得理想泵效、降低系统能耗提高工具使用寿命的重要约束参数。

        华北油田公司二连分公司内蒙古锡林浩特市 026000
        摘要：抽油机井合理沉没度是取得理想泵效、降低系统能耗提高工具使用寿命的重要约束参数。抽油机井的沉没度大小是影响泵效、井底流压、油井产能和生产情况的重要因素，沉没度不合理严重影响抽油机井的正常生产。结合油田生产实际，对沉没度不合理的抽油机井采取优化生产参数、制定间开方案等，使沉没度趋于平稳正常，保证抽油机井的正常生产。为油田开发控制生产成本，降低能耗，提高油田开发经济效益提供了依据。
        关键词：沉没度；影响因素；系统效率；优化措施
        随着油田开发时间的延长，油田处于高含水阶段，油水关系变得复杂，产量逐渐递减，生产成本逐渐上升，开发经济效益下降。为使油田产量稳定减缓递减，通过抽油机井沉没度优化措施分析，确定合理抽油机井沉没度，从而获得最高的产量和经济效益。
        1.抽油机井沉没度现状概况
        岔河集油田大部分断块渗透率低，供液能力较差，“两极分化”严重，日产油下降、含水上升速度快。从生产实际情况看，多数油井处于低产、低效。针对生产实际，过低沉没度会导致泵效低，原油脱气，油井结蜡严重，泵在供液不足状况下抽汲，会产生液击现象，导致额外的冲击载荷，杆管交变载荷增大；沉没度低，油套环形空间内的液体少，对油管的径向束缚力小，油管的径向摆动就会相对剧烈，容易引起杆管偏磨、断脱。沉没度过高，流压增大，会抑制相对薄差低渗透率油层出液，层间矛盾突出。因此，合理控制沉没度才有利于抽油机井的正常生产。
        2.沉没度不合理对抽油机井的影响
        2.1沉没度低的影响因素：
        2.1.1冲击载荷影响因素：泵在供液不足状况下进行抽汲工作，出现额外的冲击载荷。泵径越大同时冲击载荷越大，液击可促使螺旋转矩的增大，管杆断脱的可能性越大。
        2.1.2摩擦载荷的影响因素：抽油机井长期处于低沉没度，原油粘度大，产生脱气现象，易造成结蜡，如结蜡严重，造成杆不下，使加速杆柱在抽汲过程中螺旋扭曲，导致抽油杆柱脱扣。
        2.1.3弯曲变形的影响因素：沉没度低对油管的径向摆动束缚力不大，摆动强烈产生偏磨，这种磨损会损坏抽油杆接箍和油管，造成抽油杆和弯曲的油管之间的磨擦接触，引起管杆偏磨。
        2.1.4生产压差的影响因素：沉没度过低，生产压差增大，易造成井底出砂。当泵来回工作时，井内液体较少产生涡流，井底出来的砂砾在泵下部吸入口处悬浮，被活塞抽到泵筒内卡泵。
        2.2沉没度高的影响因素：
        增加泵的充满系数和抽油机的负荷，流压增大，超过合理范围时，一些薄差油层的渗透率低、渗流阻力大或者地层压力水平低，从而抑制薄差油层、渗透率低油层不出液，出现层间矛盾突出现象。当沉没度超过合理界限后，系统效率下降，产量受影响不再上升。
        3.抽油机井沉没度的优化
        3.1利用曲线拟合法确定了油田抽油机井的合理沉没度范围。
        根据统计数据分析，发现泵效与沉没度的关系曲线符合指数函数的曲线形态，其拟合曲线方程为：
        η=aeb/h（1）式中，
        η为抽油泵泵效%、h为沉没度m、a、b为拟合系数。

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        根据统计数据，发现在相同的沉没度下，泵效随含水的变化而变化。当含水大于90%时，泵效在沉没度小于300m的范围内随沉没度的增大而增大，并且当沉没度等于200m时泵效达到60%以上；但是，当沉没度大于300m时，泵效随沉没度变化的幅度变小。说明当含水大于90%时，保持150～300m的沉没度较合理。同样，当含水小于90%时，沉没度范围为200～400m。
        3.2合理沉没度与地面参数的关系
        在合理沉没度范围确定以后，为保持其在合理范围内，需对地面参数进行调整。而以往地面调整参数仅限于3、5、7等固定皮带轮，造成频繁、反复调参，而部分井冲次为3次仍供液不足，只能间抽，对泵寿命有较大的影响。因此，需对低速电机、变频装置、数字化抽油机等进行研究，评价效果。
        计算合理冲次方法
        根据流压与沉没度的转换关系：
        hs=[（pwf-pc）×106-（H-L）γlg]/γog；
        pwf=[（H-L）γlg+hsγog]×10-6+pc（3）
        计算流压式中，hs为沉没度，m、pwf为流压，MPa、pc为套压，MPa、H为油层中部深度，m、L为泵挂深度，m；γo为原油密度，kg/m3；γ1为井内液气混和密度。
        再根据抛物线法计算公式计算在合理沉没度下的产量，
        公式如下：qf=qn[（pl-pf）pf1/2]/[（pl-pn）pn1/2]
        式中，qf为预测产量，t/d、qn为目前产量，t/d、pf为预测井底流压，Pa、pl为地层压力，Pa、pn为目前井底流压，Pa。然后通过泵的排量公式计算出抽油机井的参数。
        在泵径一定的情况下，根据预测产量和抽油井的泵效情况确定该井的精确冲次为：
        N=qf×106/360πd2Sγη
        式中，N为冲次，min-1、d为抽油泵的泵径，mm、γ为抽汲液体的密度，kg/m3、S为冲程，m、η为泵效，一般取015～0165。
        由于抽油机电机皮带轮直径不能无限减少，为取得较高的系统效率必将引入新技术如：变频装置、低速电机等。
        4.结论
        抽油机井泵效随沉没度变化符合三次多项式的曲线形态，不同含水井取得最佳泵效所需沉没度的区间有所不同。对于采取间歇抽油的抽油机井，合理摸索优化间抽周期，制定合理的间开制度。随着抽汲参数的增大，抽油机悬点最大载荷增加，最小载荷降低，交变载荷增加。抽油杆弯曲程度增加，易产生杆管偏磨；分析抽油机在长冲程、慢冲次下的运行表明：随着冲次降低，最小载荷上升，下行阻力减少，抽油杆收缩量减少，有效冲程增加，增加泵排量；冲次降低，可增加油层液体向泵筒内流动时间，泵筒充满程度增加，提高油井的泵效，增加油井的产量，进而提高油井的系统效率。
        参考文献：
        [1]抽油机井合理沉没度的确定[J]，谭多鸿，石油天然气学报，2007，29（1）：147～148.
        [2]沉没度偏低对机采井工况的影响[J]，苏瑞峰，卞志刚，徐少华等，油田节能