有桿泵舉升模擬試驗(yàn)方法研究

李 彪

（遼河油田 鉆采工藝研究院，遼寧 盤(pán)錦124010）

有桿泵采油是一種傳統(tǒng)的采油方法，它在油田生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位。但抽油泵的物理模擬試驗(yàn)評(píng)價(jià)手段依然缺乏，在一定程度上阻礙了舉升工具的發(fā)展進(jìn)程。遼河油田于2009年研制了一套“多功能有桿泵舉升模擬試驗(yàn)系統(tǒng)”，為油田舉升工藝及舉升設(shè)備研發(fā)提供中間試驗(yàn)手段，通過(guò)測(cè)試泵效、描繪被試驗(yàn)抽油泵示功圖，摸索泵效影響因素，達(dá)到提高抽油泵性能、縮短研發(fā)周期、提高生產(chǎn)效率的目的。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)功能和技術(shù)指標(biāo)

多功能有桿泵舉升模擬試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1，可試驗(yàn)的抽油泵泵徑為?32～?140mm，覆蓋了目前油田現(xiàn)場(chǎng)所使用的抽油泵系列。具體試驗(yàn)參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)如下：

泵筒傾角 0～90°（10°／級(jí)，分級(jí)可調(diào)）

最大沖程 5m，無(wú)級(jí)可調(diào)

最高沖次 6min－1，連續(xù)可調(diào)

試驗(yàn)介質(zhì)溫度 室溫～90℃

泵吸入沉沒(méi)壓力 0～3MPa

泵出口壓力 0～15MPa

懸點(diǎn)載荷 ≤120kN

瞬時(shí)最大流量 ≤500m3／d

加氣量 ≤1m3／min

含砂量 ≤3%（體積比）

圖1 多功能有桿泵舉升模擬試驗(yàn)系統(tǒng)原理

2 試驗(yàn)研究方法與結(jié)果分析

2.1 常規(guī)試驗(yàn)與結(jié)果分析

選取?57mm和?120mm 2種抽油泵進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)，試驗(yàn)介質(zhì)為清水。為了使試驗(yàn)具有可比性，控制介質(zhì)溫度、入口壓力和出口壓力等參數(shù)基本相同?？紤]到水平井應(yīng)用時(shí)，抽油桿容易與油管摩擦而導(dǎo)致抽油桿產(chǎn)生橫向載荷，進(jìn)行了傾角試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

表1 常規(guī)試驗(yàn)泵效對(duì)比

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：同一泵型、其他參數(shù)不變時(shí)，傾角越大（與地面）泵效越高；效率方面，小直徑抽油泵要大于大直徑抽油泵。另外，本次試驗(yàn)中沖程沖次組合方面，?57mm泵型沖程5m、沖次4 min－1與沖程3m、沖次6min－1泵效接近，泵效未見(jiàn)明顯變化。

2.2 含氣試驗(yàn)方法與結(jié)果分析

利用氣液混合器將空氣與清水混合，進(jìn)行含氣試驗(yàn)［1］。泵型選取?44mm防氣泵，加氣量分別為30m3／h與35m3／h，傾角選取60°（與地面），沖程沖次組合選取沖程3m、沖次2min－1與沖程3m、沖次4min－1，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2～3，示功圖如圖2。

比較試驗(yàn)結(jié)果可以看出：介質(zhì)含氣后，泵效遠(yuǎn)低于不含氣介質(zhì)情況；當(dāng)含氣量增加時(shí)，泵效隨之降低，沖次提高后，泵效降低［2］，在試驗(yàn)中未出現(xiàn)氣鎖情況；氣井有桿泵舉升時(shí)，應(yīng)提高沖程，降低沖次。

表2 沖次2min－1時(shí)加氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖2 沖次2min－1時(shí)加氣試驗(yàn)示功圖

表3 沖次4min－1時(shí)加氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖3 沖次4min－1時(shí)加氣試驗(yàn)示功圖

2.3 加砂試驗(yàn)方法與結(jié)果分析

進(jìn)行含砂介質(zhì)試驗(yàn)時(shí)，利用攪拌器將石英砂、胍膠與清水混合，介質(zhì)黏度2 000mPa·s，加砂量按照體積比3%進(jìn)行試驗(yàn)［3］。泵型選取?44mm防砂泵，傾角選取30°（與地面），選取沖程3m、沖次2 min－1和沖程3m、沖次3min－1［4］。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4～5，示功圖如圖4～5。

比較試驗(yàn)結(jié)果可以看出：介質(zhì)含砂后，泵效遠(yuǎn)低于不含砂介質(zhì)情況，但均未出現(xiàn)砂卡情況。含砂量相同時(shí)，低沖次泵效高于高沖次，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，出砂井可考慮降低沖次以提高機(jī)采效率。4 2min

表 沖次 －1時(shí)含砂試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖4 沖次2min－1時(shí)含砂試驗(yàn)示功圖

表5 沖次3min－1時(shí)含砂試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖5 沖次3min－1時(shí)含砂試驗(yàn)示功圖

3 結(jié)論

1） 抽油泵傾角越?。ㄅc地面），排量系數(shù)越小。實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)結(jié)合井況，盡量減小抽油泵傾角。

2） 在相同泵筒傾角下，小泵徑抽油泵排量系數(shù)大于大直徑抽油泵，在適用生產(chǎn)需求的條件下，應(yīng)優(yōu)先選用小直徑抽油泵。

3） 在含氣條件下，由于氣體影響了抽油泵的充滿(mǎn)程度和上下沖程的流動(dòng)狀態(tài)，故抽油泵的排量系數(shù)比常規(guī)試驗(yàn)要低。含氣量越大，排量系數(shù)越低。

4） 利用含砂介質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，泵效明顯降低。在相同加砂量條件下，沖次越低，排量系數(shù)越大。

［1］ 林 盛，羅延生，方華燦.氣液兩相流流壓抽油泵模擬試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)［J］.石油機(jī)械，1999，27（4）：9.

［2］ 辜志宏，彭慧琴，耿會(huì)英.氣體對(duì)抽油泵泵效的影響及決策［J］.石油機(jī)械，2006，34（2）：65.