淺析抽油機(jī)井沉沒(méi)度與地面參數(shù)的確定

【摘要】不合理沉沒(méi)度會(huì)影響抽油機(jī)井的生產(chǎn)，有必要對(duì)其進(jìn)行控制。為使油井盡量保持合理的沉沒(méi)度范圍，利用曲線擬合法確定了抽油機(jī)井的合理沉沒(méi)度范圍。為實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井的合理沉沒(méi)度，需對(duì)地面參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以理論計(jì)算和長(zhǎng)沖程、慢沖次的效果評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，提出了充分利用沖程及精確沖次調(diào)整方法。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，可應(yīng)用可調(diào)式皮帶輪和二級(jí)減速裝置。

【關(guān)鍵詞】抽油井；抽油機(jī)；沉沒(méi)度；參數(shù)優(yōu)選；沖程；沖次

油井的沉沒(méi)度過(guò)低，泵在供液不足的狀況下抽汲時(shí)，可產(chǎn)生液擊現(xiàn)象，并導(dǎo)致額外的沖擊載荷。液體的沖擊載荷與泵徑的關(guān)系很大，泵徑越大沖擊載荷越大，液擊使桿管最大載荷與最小載荷的差值增大，螺旋扭矩也增大，桿、管斷脫的可能性增大。如果油井長(zhǎng)期在低沉沒(méi)度狀態(tài)下連續(xù)工作，原油脫氣，粘度增大，容易造成結(jié)蠟，加速了桿柱的螺旋扭曲。還會(huì)產(chǎn)生偏磨，這種磨損不僅傷害抽油桿接箍，也嚴(yán)重?fù)p壞油管。且再加上沉沒(méi)度小，油套環(huán)形空間內(nèi)的液體就少，對(duì)油管的徑向束縛力就小，油管的徑向擺動(dòng)就會(huì)相對(duì)劇烈，易引起桿、管斷脫。

如果沉沒(méi)度過(guò)高，油井的流壓就增大，當(dāng)超過(guò)了合理界限時(shí)，相對(duì)一些薄差油層，由于滲透率低或者地層壓力低，會(huì)抑制該層不出液，使該井的產(chǎn)液層層間矛盾突出。而且當(dāng)沉沒(méi)度超過(guò)合理的沉沒(méi)度后，油井的產(chǎn)量不再增加，系統(tǒng)效率下降。因此，有必要合理抽油機(jī)井的確定沉沒(méi)度。

一、合理沉沒(méi)度的確定方法

為確定抽油機(jī)井的合理沉沒(méi)度范圍，統(tǒng)計(jì)了永安油田114口抽油機(jī)井的數(shù)據(jù)，利用曲線擬合法確定了該油田抽油機(jī)井的合理沉沒(méi)度范圍。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)泵效與沉沒(méi)度的關(guān)系曲線符合指數(shù)函數(shù)的曲線形態(tài)，其擬合曲線方程為：

η=aeb/h（1）

式中，η為抽油泵泵效，%、h為沉沒(méi)度，m、a、b為擬合系數(shù)。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在相同的沉沒(méi)度下，泵效隨含水的變化而變化。因此，根據(jù)油井產(chǎn)出液含水的不同進(jìn)行分類(lèi)，分別對(duì)含水大于80%的井和小于80%的井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并擬合計(jì)算，得出來(lái)的擬合曲線分別為：

η=7110e-2115/h（當(dāng)油井含水大于80%時(shí)）

η=4511e-612/h（當(dāng)油井含水小于80%時(shí)）（2）

從擬合結(jié)果可以看出，當(dāng)含水大于80%時(shí)，泵效在沉沒(méi)度小于300m的范圍內(nèi)隨沉沒(méi)度的增大而增大，并且當(dāng)沉沒(méi)度等于200m時(shí)泵效達(dá)到60%以上；但是，當(dāng)沉沒(méi)度大于300m時(shí)，泵效隨沉沒(méi)度變化的幅度變小。說(shuō)明當(dāng)含水大于80%時(shí)，保持200～300m的沉沒(méi)度較合理。同樣，當(dāng)含水小于80%時(shí)，沉沒(méi)度范圍為300～400m。

二、合理沉沒(méi)度與地面參數(shù)的關(guān)系

在合理沉沒(méi)度范圍確定以后，為保持其在合理范圍內(nèi)，需對(duì)地面參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。而以往地面調(diào)整參數(shù)僅限于4、6、9、12等固定皮帶輪，造成頻繁、反復(fù)調(diào)參，而部分井沖次為4次仍供液不足，只能間抽，對(duì)泵壽命有較大的影響。因此，需對(duì)精細(xì)參數(shù)和二級(jí)減速進(jìn)行研究及對(duì)長(zhǎng)沖程、慢沖次的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1、計(jì)算合理沖次方法

根據(jù)流壓與沉沒(méi)度的轉(zhuǎn)換關(guān)系：

hs=[（pwf-pc）×106-（H-L）γlg]/γog；

pwf=[（H-L）γlg+hsγog]×10-6+pc（3）

計(jì)算流壓式中，hs為沉沒(méi)度，m、pwf為流壓，MPa、pc為套壓，MPa、H為油層中部深度，m、L為泵掛深度，m；γo為原油密度，kg/m3；γ1為井內(nèi)液氣混和密度。

再根據(jù)拋物線法計(jì)算公式計(jì)算在合理沉沒(méi)度下的產(chǎn)量，公式如下：

qf=qn[（pl-pf）pf1/2]/[（pl-pn）pn1/2]（4）

式中，qf為預(yù)測(cè)產(chǎn)量，t/d、qn為目前產(chǎn)量，t/d、pf為預(yù)測(cè)井底流壓，Pa、pl為地層壓力，Pa、pn為目前井底流壓，Pa。然后通過(guò)泵的排量公式計(jì)算出抽油機(jī)井的參數(shù)。在泵徑一定的情況下，根據(jù)預(yù)測(cè)產(chǎn)量和抽油井的泵效情況確定該井的精確沖次為：

N=qf×106/360πd2Sγη（5）

式中，N為沖次，min-1、d為抽油泵的泵徑，mm、γ為抽汲液體的密度，kg/m3、S為沖程，m、η為泵效，一般取015～0165。

2、依據(jù)皮帶輪直徑精確調(diào)整沖次

根據(jù)皮帶傳動(dòng)的計(jì)算公式以及減速箱傳動(dòng)原理得出公式：

沖次=電機(jī)帶輪外直徑×電機(jī)轉(zhuǎn)速/減速箱皮帶輪直徑×傳動(dòng)比.

根據(jù)抽油機(jī)現(xiàn)有的沖次，對(duì)式（5）進(jìn)行簡(jiǎn)化，得出：預(yù)調(diào)沖次=電機(jī)帶輪外。直徑×原沖次/原電機(jī)帶輪外直徑。

3、具體實(shí)現(xiàn)方法

（1）應(yīng)用可調(diào)式皮帶輪

可調(diào)式低沖次皮帶輪由錐形體、4塊扇型輪片及調(diào)參環(huán)組成，在應(yīng)用中可根據(jù)實(shí)際需要加工不同直徑的調(diào)參環(huán)，4塊扇型輪片在錐形體上左右滑動(dòng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)沖次的精確調(diào)整。其優(yōu)點(diǎn)是在設(shè)計(jì)可調(diào)整范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)沖次的任意調(diào)整，設(shè)計(jì)的特殊凹槽在低沖次時(shí)具有防滑作用，調(diào)參時(shí)只需更換不同直徑的調(diào)參環(huán)、移動(dòng)輪片，具有節(jié)省人力物力、調(diào)整方便等特點(diǎn)，參數(shù)調(diào)整范圍3～6次/min。

（2）應(yīng)用二級(jí)減速裝置

為解決皮帶包角不能無(wú)限縮小和可調(diào)式低沖次皮帶輪最小沖次只能達(dá)到3次/min的問(wèn)題，可采用二級(jí)減速裝置。該裝置主要由底座、輸入輪、輸出輪、傳動(dòng)軸、軸承部件組成。其工作原理是：輸入輪和輸出輪安裝在傳動(dòng)軸上，傳動(dòng)軸通過(guò)兩個(gè)軸承固定在底座上，傳動(dòng)時(shí)電機(jī)帶動(dòng)大輪，大輪通過(guò)傳動(dòng)軸帶動(dòng)小輪做相同角速度的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于兩輪的半徑差異使得兩輪的線速度不一樣，從而實(shí)現(xiàn)了減速調(diào)參的作用，調(diào)參范圍為1～4次/min。

三、效果評(píng)價(jià)

隨著抽汲參數(shù)的增大，抽油機(jī)懸點(diǎn)最大載荷增加，最小載荷降低，交變載荷增加；但是，隨著沖次的增加，載荷是以平方的形式增加和降低，因此，沖次越大對(duì)桿的損傷就越大。隨著沖次的增加，上沖程時(shí)，懸點(diǎn)載荷增大，抽油桿的伸長(zhǎng)量增加，使抽油桿疲勞程度加大；下沖程時(shí)，懸點(diǎn)載荷降低，下行阻力增大，抽油桿的收縮量增加，抽油桿彎曲程度增加，易產(chǎn)生桿管偏磨；沖次越大，抽油桿柱循環(huán)應(yīng)力次數(shù)越多，抽油桿易發(fā)生疲勞破壞。當(dāng)抽油桿最大應(yīng)力值超過(guò)允許應(yīng)力值時(shí)，開(kāi)始形成裂紋，裂紋在反復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生擴(kuò)展，最終導(dǎo)致抽油桿斷。

分析抽油機(jī)在長(zhǎng)沖程、低沖次下的運(yùn)行表明：隨著沖次降低，最小載荷上升，下行阻力減少，抽油桿收縮量減少，有效沖程增加，增加泵排量；沖次降低，可增加油層液體向泵筒內(nèi)流動(dòng)時(shí)間，泵筒充滿程度增加，提高油井的泵效，增加油井的產(chǎn)量，進(jìn)而提高油井的系統(tǒng)效率。

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