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悬点载荷利用率在抽油机高效运行中的应用

发表时间：2021/4/16 来源：《中国科技信息》2021年5月作者：曹丽丽张春于鹏

[导读] 目前的研究主要集中在抽油机载荷利用率的影响因素上，例如，随着冲程、冲速、动液面、泵径和泵挂深度的增加，抽油机载荷利用率成正比例线性增加，各项参数按照对抽油机载荷利用率的影响权重大小依次排序为：冲程、冲速、动液面、泵径和泵挂深度。

现河采油厂山东东营曹丽丽张春于鹏 257000

摘要：目前的研究主要集中在抽油机载荷利用率的影响因素上，例如，随着冲程、冲速、动液面、泵径和泵挂深度的增加，抽油机载荷利用率成正比例线性增加，各项参数按照对抽油机载荷利用率的影响权重大小依次排序为：冲程、冲速、动液面、泵径和泵挂深度。另外，合理的抽油机悬点载荷利用率对于抽油机选型也有重要的作用。合理的抽油机悬点载荷利用率在油井的正常生产中具有重要意义，此次分析是以现场实际采集的生产数据为基础，应用大数据分析技术，确定抽油机最优悬点载荷利用率，以实现抽油机节能高效运行。
关键词：抽油机；载荷利用率；工况分析；影响因素
        游梁式抽油机是油田最主要的采油设备，对于井筒状况了解主要通过低压试井资料，抽油机悬点载荷的变化来诊断泵况，X 区块是产建新区块，目前由于结蜡周期短，导致维护性作业频次上升。通过抽油机悬点载荷在X区块的动态响应，采取清防蜡措施，降低井筒故障，减少维护性作业量，提升精细管理能力。目前油田发展迅速，定向井与水平井同时开发，X区块主要采用300m×300m正方形反九点井网开发，X区块油藏砂体总体呈南北向展布，呈穹窿构造。 X 区块目前平均泵挂950米，油层中深（1250）温度40℃，原油含碳C11以上占41%，结蜡周期短。
        1 悬点载荷计算方法及影响因素
        1.1 最大载荷的计算
        最大载荷发生在抽油机的上冲程中，主要由抽油杆柱的重量，液柱重量两大部分组成，其次还有抽油杆的惯性载荷、摩擦载荷（包括杆柱与油管的摩擦力、柱塞与衬套之间的摩擦力，液柱与油管之间的摩擦力），另外还有井口回压（增加载荷）沉没度压力（减少载荷）的影响。油田目前采用的定向井最大悬点载荷计算公式（1）[1]。

        式中 Pmax—悬点最大载荷，N；Wr—上冲程中作业在悬点上的抽油机杆柱载荷，N；Wt—作用在柱塞环形面积上液柱载荷，N；s—冲程，m；n—冲次，min-1。
        1.2 最小载荷的计算
        最小载荷发生在抽油机的下冲程中，主要由抽油杆柱的重量组成，其次还有抽油杆的惯性载荷、摩擦载荷（包括杆柱与油管的摩擦力、柱塞与衬套之间的摩擦力，液柱与油管之间的摩擦力，液体通过游动凡尔的摩擦力），井口回压对最小载荷也有影响，在下冲程过程时，这两种作用力总是向下，所以减小了悬点最小载荷。油田目前采用的定向井最小悬点载荷计算公式（2）。

        式中 Pmin—悬点最小载荷，N；Wr—上冲程中作业在悬点上的抽油机杆柱载荷，N；s—冲程，m；n—冲次，min-1。
        2 X区块悬点载荷动态响应
        对得到的分析数据集按电动机负载率的不同由小至大进行排序，电动机负载率相同的为一组，得到 40 组不同的数据，对所得 40 组数据分别进行抽油机悬点载荷利用率与单井日耗电的二次多项式拟合，求出在定义域范围内的日耗电量最低时的抽油机悬点载荷利用率为抽油机在该电动机负载率下的最优悬点载荷利用率，称之为第一抽油机悬点载荷利用率。以电动机负载率 45%为例进行说明，建立直角坐标系，以抽油机悬点载荷利用率为自变量，以单井日耗电量为因变量进行散点图绘制并进行二次多项式拟合，得到该组生产数据的二次多项式。确定出在定义域范围内日耗电最低时的抽油机悬点载荷利用率为 68.2%，称之为第一抽油机悬点载荷利用率。按照类似的方法对所得的40 组数据分别进行分析，得出 40 组在各自电动机负载率下的最优抽油机悬点载荷利用率，现场实际应用过程中，依据抽油机最优悬点最优载荷为 67%的原则，结合油井完井优化、地面调平衡等技术，使得抽油机悬点载荷利用率尽量靠近67%，实现系统节能高效运行。现场调平衡 50 井次，调冲程、冲速 62 井次，结合完井优化设计杆柱组合 197 次。
        X区块目前采用正方形反九点井网开发，采油井103口，开采原油蜡质含量高，目前在生产管理中，能够及时有效的通过抽油机悬点载荷的变化诊断油井工况，采取措施，保证油井两率，即油井利用率和采油时率的良好运行十分重要，现以实际生产中悬点载荷在X区块响应分析如下。
        2.1 轻微结蜡
        轻微结蜡时抽油机杆柱载荷 Wr'= Wr+ W'，（w'为蜡在管柱上的附加载荷）轻微结蜡油杆外表面由于被一层 2mm 蜡包围，抽油杆柱载荷增大，最大悬点载荷和最小悬点载荷同时增大，对比 1000m 泵深不同泵径实测悬点载荷，可以看出，随着生产时间的延长，最大最小载荷明显有一定的上升。起出油杆结蜡2-3mm，油管结蜡轻微。
        2.2 严重结蜡
        严重结蜡时抽油机杆柱载荷 Wr'= Wr+ W'，在油井在生产的过程中，抽油管柱结蜡越来越厚，油杆和油管内壁因为结蜡较厚在上下冲程时产生巨大的摩擦力，严重时更甚是克服蜡块所产生的阻力。即最大载荷 Pmax比没有结蜡的管柱增大，最小载荷 Pmin比没有结蜡的管柱减小（Wf为管柱摩擦产生的载荷）。
        3 结语
        （1）影响X区块悬点载荷的因素主要为杆柱组合、冲程、冲次、泵径。（2）X区块通过抽油机悬点载荷的测试，动态响应表现为轻微结蜡时，最大载荷与最小载荷同时增加，严重结蜡时，最大载荷变大，最小载荷变小。
参考文献：
[1]黎晓茸，姚斌.定向井悬点载荷计算问题探讨[J]. 钻采工艺，2018，26（2）：21-23.
[2]张琪.采油工程原理与设计[M]. 东营；中国石油大学出版社，2000，103-117.
[3]张琪.抽油机最大悬点载荷的计算[J]. 华东石油学院院报，1981（3）：17-31.
[4]陈宪侃，叶利平，谷玉宏.抽油机采油技术[J]. 北京：石油工业出版社，2006：123