鄯善油田高含水期有桿泵配套技術研究與應用

吳俊紅 (中國地質大學(北京)能源學院，北京 100083)

劉 富 (長江大學石油工程學院，湖北 荊州 434023)

鄯善油田高含水期有桿泵配套技術研究與應用

吳俊紅 (中國地質大學(北京)能源學院，北京 100083)

劉 富 (長江大學石油工程學院，湖北 荊州 434023)

針對鄯善油田高含水生產(chǎn)階段由于偏磨、腐蝕結垢等因素造成的油管破裂、桿斷、井卡等問題，研究了高含水期有桿泵配套技術，對桿柱進行了優(yōu)化組合設計，并研究了防偏磨技術和防腐防垢技術。該技術在油田的規(guī)模應用中取得了良好的效果。

鄯善油田；有桿泵；優(yōu)化設計；防偏磨；防腐防垢

鄯善油田2004年進入高含水采油階段，目前油田綜合含水91.8%。有桿泵采油井199口，占油井總數(shù)的93.4%。進入高含水采油階段后，產(chǎn)液指數(shù)下降，有桿泵采油泵掛逐年加深，由于偏磨、腐蝕結垢等因素造成的油管破裂、桿斷、井卡問題突出，這大大縮短了油井的檢泵周期，嚴重制約了油田正常生產(chǎn)。為此，筆者開展了高含水期有桿泵配套技術研究。

1 桿柱優(yōu)化組合設計

抽油桿柱在下行程時桿柱承受的靜載主要有3個：桿柱自重G桿、桿柱在井液中的浮力載荷F浮、液柱載荷F液；此外，桿柱還承受慣性載荷[1]F慣、摩擦載荷[1]F摩、流動阻力F阻、抽油泵運行半干摩擦力F摩干等多種動載[2-3]。設定中性點至泵之間的距離為L，則L段抽油桿桿柱自重G桿為：

G桿=F浮+F液+F慣+F摩+F阻+F摩干

(1)

結合以上公式可以推導出失穩(wěn)距離公式為：

(2)

依據(jù)式(2)，按照油田平均含水為80%、平均泵掛在1960m來計算，有桿泵井的中性點集中在泵上400～600m，平均為526m。

從中性點的計算可以看出，隨著含水的升高，失穩(wěn)彎曲距離加大，為此開展了桿柱優(yōu)化設計工作。針對不同泵徑、含水期采用單井優(yōu)化原則，采用計算機對不同泵徑、含水油井進行桿柱設計，確保桿柱具備較好的等強度特性。

針對加深泵掛要求，應用H級高強度抽油桿，強度比D級桿提高17%，安全系數(shù)提高到1.8。對泵徑為57mm的大泵，油井載荷幅較大，使用底部加重的4級桿柱組合，最大限度的滿足桿柱的載荷利用率，提高桿柱的使用壽命。

針對深井桿柱彎曲，桿柱底部使用22mm抽油桿，提高彎曲桿段的強度，同時推廣采用19mm注塑桿進行4m間距扶正，以確保桿柱的有效扶正。

2 防偏磨技術研究

在井下桿柱上下活動的過程的中，彎曲桿柱與管柱之間的接觸面變大，加之鄯善油田井眼軌跡的不規(guī)則，是引起偏磨的主要因素[4-5]。井眼軌跡的不規(guī)則可分為自然井斜和人工井斜，井斜在生產(chǎn)井中普遍存在，不同的是井斜角(狗腿度)的大小差異。桿柱偏磨段與井斜段相對應，狗腿度越大，拐點越急，偏磨越嚴重。近年對偏磨嚴重的生產(chǎn)井進行陀螺測井，結果顯示鄯善油田油井普遍存在狗腿度，90%油井最大狗腿度在2000～2500m，而此井段恰好為抽油泵泵掛所處位置。

針對上述問題，采取的防偏磨、防斷脫主要技術措施為：

1)管柱的優(yōu)化設計 主要在于加重桿的設計，用2根35mm加重桿代替原來的1根28mm加重桿，改變桿柱受力情況，保證抽油桿不受壓縮載荷作用，使下沖程時，抽油桿不彎曲。目前，油田100%的抽油井經(jīng)優(yōu)化設計后下有加重桿。

2)合理安裝井下附件 根據(jù)抽油井井下桿柱偏磨實際情況，在偏磨井段加密尼龍扶正器，配套使用了活絡防脫器，減少了斷脫、卡泵等井下事故的發(fā)生。特別嚴重的，在偏磨井段增加旋轉扶正器，保護節(jié)箍，提高桿柱有效使用周期。利用抽油機驢頭上、下沖程帶動抽油桿短節(jié)上的螺旋扶正套旋轉，使偏磨的位置始終不固定在一個點上，延長扶正體磨損時間，又起到扶正刮蠟作用。

3)安裝旋轉井口裝置 利用抽油機下沖程時產(chǎn)生的動能帶動旋轉井口裝置，使得井下油管轉動。使管桿柱之間的原單一方向的局部摩擦變?yōu)槎喾较虻木鶆蚰Σ?，延長了管柱的使用壽命。

4)控制桿柱扶正間距 采取桿體扶正與桿端扶正相結合的方式，控制扶正間距為4m。

5)加強抽油桿管理 開展抽油桿檢測工作，防止抽油桿超期服役，控制人為因素對抽油桿的損傷。

6)優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù) 降低管桿柱之間的摩擦頻次，延長使用壽命。

3 防腐防垢技術研究

鄯善油田產(chǎn)出水中Cl-含量為5000～10000mg/L，是Cl-較為活躍的腐蝕含量，為電化學腐蝕提供了基本條件。而鄯善油田伴生天然氣中含CO2，pH值低，多數(shù)油井產(chǎn)出水pH值為6，存在酸性腐蝕。

針對鄯善油田采出液特點，優(yōu)選出主要是以馬來酸的共聚物為主劑輔助，以有機磷酸鹽和無機磷酸鹽添加無機助劑形成的復配藥的固體緩蝕阻垢劑(見表1)來防腐防垢。

表1 常用緩釋阻垢劑類型表

4 應用效果

項目研究從2007年開始，成果在油田得到規(guī)模應用(見表2)，取得了良好效果，檢泵井次得到大幅度下降，2009年與2007年相比，下降87井次，下降幅度達35.5%(見圖1)。

表2 鄯善油田高含水期有桿泵配套技術應用規(guī)模狀況表

圖1 鄯善油田歷年檢泵曲線

[1]張琪.采油工程原理與設計[M].北京：石油大學出版社，2000：108.

[2]冷繼先. 井下管柱屈曲行為的理論與實驗研究[D].成都：西南石油學院，2003.

[3] 劉鳳梧,徐秉業(yè),高德利. 受橫向約束的細長無重管柱在壓扭組合作用下的后屈曲分析[J].工程力學，1998(4)：46-23.

[4] 劉巖, 于秋霞. 高含水對抽油桿偏磨的影響[J]. 科技咨詢導報，2007(8)：38-39.

[5] 遲世偉, 周思柱, 李洪波, 等. 桿式抽油機油管偏磨分析[J]. 機械工程師，2006(12)：35-36.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.06.022

TE35.5

A

1673-1409(2011)06-0068-03

2011-02-26

吳俊紅，男，高級工程師，博士生，現(xiàn)主要從事油田開發(fā)、采油工程技術與管理方面的研究工作。