中国石油化工股份有限公司中原油田分公司文留采油厂 河南省濮阳市 457071
摘要：提高抽油井系统效率，对油田提高经济效益具有重要意义，2017年文中-文东油田开展了提高抽油井系统效率技术的应用研究，应用了各项提升系统效率技术共计2995井次，其中有杆泵系统优化设计中运用了示功图核算动液面、抽油泵避开大狗腿度的重要性甚于避开大井斜等新方法或理念。2017年该油田抽油井系统效率监测平均值35.2%，与2016年27.2%相比提高了8个百分点。
关键词：抽油井；系统效率；设计理念；节能降耗；文中-文东油田
一、前言
文中-文东油田隶属于中原油田，2016年抽油井平均系统效率测试值27.2%，较全油田平均值31.6%低4.4个百分点。2017年以来该油田针对抽油井斜井多、井筒环空泡沫段长等生产特点，加强系统效率优化技术的研究与应用，采取有效措施，使系统效率上升至35.2%，提升了8个百分点。
二、提高抽油井系统效率技术研究
提高抽油井系统效率是提高油田开采效益与管理水平的必然要求，其主要影响因素有工艺设备、日常管理、工艺设计等三个方面。
1、合理应用节能工艺与设备
节能工艺与设备对系统效率有一定影响。要提高系统效率，可采用较先进的、节能型的技术装备，如节能抽油机、节能电机、减磨扶正器、高效抽油泵及其他深抽配套工艺。
（1）地面节能工艺与设备应用
2017年文中-文东油田应用地面节能设备（工具、工艺）3项186井次。①电容补偿器对功率因数低于0.4的抽油机电动机进行电容补偿132口，平均功率因素提高到0.5，累节电10.4×104KW•h。②节能电机50台，为节能电机与变速装置一体化设计，年度节电76.9×104KW•h。③在14号站4口井实施抽油机井集群控制技术，系统效率提高了9个百分点，据统计每年可节约电量8.2×104KW•h。
（2）井筒配套工艺研究与应用
油田开发到中后期，油井井况逐渐恶化，偏磨、结蜡、结盐、腐蚀、出砂问题突出，相应的防治措施均有减小磨损损耗、提高系统效率的作用。2017年共计应用井筒砂、盐、蜡、腐蚀及偏磨防治配套926井次。其中重点归纳分析了抽油杆柱中性点以下偏磨的规律，采取了针对性更强的防治措施。
常规偏磨防治：常规的大井斜、大狗腿度导致的偏磨，根据井斜、狗腿度大小、偏磨井段、位置（本体、接箍）、程度、周期予以配套，合理优化配套旋转井口、旋转悬绳器、注塑杆、尼龙扶正体、扶正减磨装置、耐磨接箍、油管扶正器等。
中性点下偏磨：中性点以下偏磨是管杆偏磨的最严重井段。
抽油井下冲程杆柱中性点以下抽油杆受压应力，且越向下，压应力越大，杆柱越易失稳，表现在实际生产中即，离泵越近，泵上油管偏磨裂缝频次越高。2016年文中-文东油田抽油井油管偏磨裂缝47井次，其中泵上第1根管偏磨裂缝16井次，占比34%；中性点（一般在底部300m左右）以下43井次，占比91%。
中性点下偏磨防治除常规防偏工艺外，还需应用加重杆，既能促使下冲程杆柱下行和游动阀及时打开，提高泵效，又能提高底部杆柱的抗弯能力，减轻磨损和能耗。2017年该油田加重杆应用范围从大泵提液扩展到小泵加深，加重杆规格从Φ25mm扩展扩展到Φ22mm、Φ25mm、Φ30mm、Φ38mm。
2、强化日常管理工作
对地面系统效率的10个控制点进行强化治理。主要包括抽油井井口对中率、水平率、平衡率、润滑和紧固的五率达标活动，同时强化减速箱和皮带轮的四点一线调整工作，从而保证地面设备高效率工作。2017年文中-文东抽油机调对中54井次、调平衡213井次、润滑和紧固等措施1527井次。
3、提高有杆泵系统设计水平
提高有杆泵系统设计水平有助于优化合理沉没度、降低系统损耗、提高泵效和系统效率。2017年实施工作参数优化139井次，在设计中运用了示功图核算动液面、抽油泵避开大狗腿度的重要性甚于避开大井斜等方法或理念，平均系统效率提高了11.6个百分点，节能53.8×104KW•h。
（1）核实动液面为工程设计和系统效率优化提供依据
文中-文东油田抽油井普遍存在环空泡沫段，严重者泡沫段达1000m，给工程设计工作参数和沉没度优化带来不便，也使系统效率测试结果数据偏低。2017年开展了功图推算动液面的研究和应用，发现示功图所示液柱载荷和冲程损失均与动液面有关。以动液面为目标计算值，其他各参数均为油气生产中的常规录取参数，可推导出一种应用简便的动液面核算方法。
用示功图液柱载荷求动液面：
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用示功图冲程损失求动液面：
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取二者平均动液面：
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式中：
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——液体密度，kg/m3；
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——重力加速度，m/s2；
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——泵挂深度，m；
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——油压，Mpa；
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——套压，Mpa；
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——沉没压力，Mpa；
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——油密度，kg/m3；
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——动液面，m；
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——泵活塞截面积，mm2；
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——钢材弹性模量，212000Mpa；
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——杆柱按长度加权平均截面积，mm2；
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——第i级杆柱长度，m；
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——第i级杆横截面积，mm2；
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——第j级管柱长度，m；
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——第j级管横截面积，mm2。
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——油管柱金属部分按长度的加权平均截面积，cm2；
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——油比重，无因次。
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——混合液比重，无因次，气液比不大时直接取油水混合液比重；
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——液柱载荷，KN。
2017年文中-文东油田共计核实动液面89井次，主要集中在气液比大、环空泡沫段长的文东油田，其中采油管理三区系统效率测试值由2016年的25.0%升至2017年的34.55%，采油管理四区系统效率测试值由26.1%升至34.9%。
（2）抽油泵避开大狗腿度的重要性甚于避开大井斜
油管与抽油杆之间间隙较大，处于大井斜、大狗腿度井段内可以采取扶正、减磨配套工艺减缓偏磨，而抽油泵泵筒与柱塞间间隙极小（在用Ⅰ级泵配合间隙仅0.025-0.088mm），径向上基本无自由度，在大狗腿度井段内会出现泵筒弯曲变形、间隙磨损较快、间隙漏失增加、泵效及系统效率降低的问题，因此，抽油泵避开大狗腿度的重要性甚于避开大井斜。
2017年推导抽油泵在井筒内保持不形变的最大狗腿度公式：
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式中：
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——套管内径，mm；
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——泵最大外径，mm；
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——泵公称直径，mm；
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——泵本体壁厚，mm；
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——泵所处井段内的狗腿度，°；
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——泵长，mm。
三、结论与认识
1、在特定类型油井的有杆泵系统优化设计中运用示功图核算动液面、抽油泵避开大狗腿度的重要性甚于避开大井斜的新方法或理念，可实现系统效率的有效提升。
2、系统效率优化是一个长期工作，需要加大节能技术的投入，强化优化设计与配套，使抽油井保持高效稳定生产。