提撈抽油機(jī)在三元復(fù)合驅(qū)油井的適應(yīng)性分析

孫延安，李春福，陳明戰(zhàn)，許 萍

（1.西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，成都610500；

2.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江大慶163453；

3.大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠，黑龍江大慶163000）

提撈抽油機(jī)在三元復(fù)合驅(qū)油井的適應(yīng)性分析

孫延安1，2，李春福1，陳明戰(zhàn)2，許 萍3

（1.西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，成都610500；

2.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江大慶163453；

3.大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠，黑龍江大慶163000）

為綜合評價提撈抽油機(jī)在三元復(fù)合驅(qū)的應(yīng)用效果，分析了提撈抽油機(jī)的排量能力、舉升能力等技術(shù)適應(yīng)性。選取了排量相當(dāng)?shù)挠瘟菏匠橛蜋C(jī)、螺桿泵等主要舉升方式，分別從一次性投資、檢泵作業(yè)、能耗、日常維護(hù)保養(yǎng)4方面進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性對比評價分析。綜合分析結(jié)果表明，提撈抽油機(jī)是針對三元結(jié)垢工況的1種有效舉升方式，同時也指出了目前存在的主要問題。

三元復(fù)合驅(qū)；提撈抽油機(jī)；技術(shù)；經(jīng)濟(jì)；分析

由于游梁式抽油機(jī)和螺桿泵等舉升方式在三元結(jié)垢高峰期檢泵周期較短、表現(xiàn)出了較差的適應(yīng)性［1］，進(jìn)行了提撈抽油機(jī)在三元復(fù)合驅(qū)油井的現(xiàn)場試驗。現(xiàn)場應(yīng)用表明，轉(zhuǎn)用提撈抽油機(jī)后平均檢泵周期延長了300 d，表現(xiàn)出了較強(qiáng)的抗垢舉升性能［2］?？紤]到其本身設(shè)備規(guī)格參數(shù)和運(yùn)行特點，為綜合評價三元復(fù)合驅(qū)提撈抽油機(jī)與其他舉升方式的技術(shù)適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性，筆者進(jìn)行了分析研究，指出了目前存在的問題和改進(jìn)方向。

1 技術(shù)適應(yīng)性分析

1.1 排量分析

結(jié)合提撈抽油機(jī)設(shè)備規(guī)格及運(yùn)行參數(shù)，分別計算最大理論排量和滿足供排協(xié)調(diào)條件下的排量。

鋼絲繩抽油桿規(guī)格：外徑?24 mm。

繩速：常規(guī)三相異步電機(jī)驅(qū)動，由于絞盤鋼絲繩纏繞層數(shù)差異，抽子在不同深度時繩速有稍微差別，平均約為0.8 m／s。

抽子下行深度：現(xiàn)場下入油管深度在1 000 m左右，抽子下行深度應(yīng)小于油管下入深度。

1.1.1 提撈抽油機(jī)最大理論排量計算

只有當(dāng)油井產(chǎn)能足夠高，滿足當(dāng)抽子連續(xù)運(yùn)行且每次抽子起抽時液面在井口條件下，才能獲得最高理論排量。

此時，運(yùn)行1個沖程循環(huán)所需要的時間為

式中：H為抽子下行深度，m；v為抽子運(yùn)行速度，m／s。

1 d內(nèi)撈油次數(shù)為：

式中：n為日撈油次數(shù)。

由于每次起抽時液面在井口，抽子下行深度為抽子沉沒度，則每次撈油產(chǎn)量為：

式中：q為每次撈油產(chǎn)量，m3／d；rt為油管內(nèi)徑，m；rr為鋼絲繩抽油桿外徑，m；Hs為起抽時抽子沉沒度，m。

則理論最大日產(chǎn)液量為：

式中：Q為理論最大日產(chǎn)液量，m3／d。

從上式可以看出，理論最大日產(chǎn)液量與抽子下行深度無關(guān)，只與繩速、油管內(nèi)徑和鋼絲繩抽油桿外徑相關(guān)。

則88.9 mm（3?2英寸）油管的最大理論排量為：

1.1.2 供排協(xié)調(diào)時提撈抽油機(jī)理論排量計算

供排協(xié)調(diào)指舉升設(shè)備在合理的運(yùn)行參數(shù)下運(yùn)行，能夠使沉沒度（或動液面）保持在合理的范圍內(nèi)。

目前，游梁式抽油機(jī)和螺桿泵的平均沉沒度分別為258 m和438 m?？紤]到提撈抽油機(jī)自身工作時1個沖程內(nèi)液面波動范圍較大（100～200 m）以及三元復(fù)合驅(qū)應(yīng)用的特殊性，液面在1個沖程內(nèi)400～600 m（平均500 m）波動基本可以認(rèn)為能夠保證供排協(xié)調(diào)，對應(yīng)起抽時沉沒度為600 m，此時的理論產(chǎn)量為：

則88.9 mm（3?2英寸）油管供排協(xié)調(diào)時理論排量為：

根據(jù)以上計算結(jié)果，88.9 mm（3?2英寸）油管的提撈抽油機(jī)推薦的油井日產(chǎn)液量應(yīng)小于80 m3／d，73.0 mm（2英寸）油管時應(yīng)小于50 m3／d。

1.2 舉升能力分析

供排協(xié)調(diào)條件下抽子起抽時液面400 m、沉沒度600 m，即此時抽子上部油管內(nèi)液柱高度為600 m、承受壓力為0。如果不考慮漏失，當(dāng)井口開始出液時動液面下降到600 m，則此時抽子承受的液柱（600 m）壓力最大、舉升揚(yáng)程最高，系統(tǒng)載荷也最大，液柱載荷24.5 k N左右，加上抽子與油管內(nèi)壁的摩擦載荷，系統(tǒng)總載荷在40 k N以內(nèi)。

室內(nèi)模擬試驗檢測表明，內(nèi)部鋼絲直徑為12 mm、外徑24 mm的鋼絲繩抽油桿最小承拉載荷為80 k N左右，對應(yīng)的抗拉安全系數(shù)達(dá)到2.0；40 k N載荷時鋼絲繩現(xiàn)場彎曲疲勞壽命也超過2 a。鋼絲繩抗拉和抗彎曲疲勞能力基本能夠滿足現(xiàn)場舉升要求。

2 經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性分析

為全面評價提撈抽油機(jī)，與產(chǎn)量相當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)抽油機(jī)及螺桿泵進(jìn)行15 a全壽命周期的濟(jì)效益對比，包括12 a的水驅(qū)、1 a聚驅(qū)、2 a三元結(jié)垢期，并折合為年度費(fèi)用。

三元復(fù)合驅(qū)開發(fā)區(qū)塊目前采用的提撈抽油機(jī)型號主要為160 k N型，單井平均產(chǎn)液量56.1 m3／d，選取對應(yīng)排量游梁式抽油機(jī)型號為10型機(jī)70泵型、螺桿泵型號為800泵型。評價內(nèi)容主要包括一次性投資、作業(yè)、維護(hù)、能耗等費(fèi)用。

2.1 一次性投資對比

一次性投入包括抽油機(jī)或驅(qū)動裝置、桿管泵、安裝費(fèi)用、基礎(chǔ)及電機(jī)等費(fèi)用。抽油機(jī)（10型70泵）一次性投資為￥43.84萬元、螺桿泵（800型）為￥33.99萬元、提撈抽油機(jī)（160 k N型）為￥46.83萬元。為了綜合評價提撈抽油機(jī)與抽油機(jī)和螺桿泵對三元復(fù)合驅(qū)的適應(yīng)性，一次性投資按照15 a攤銷。如表1。

2.2 檢泵作業(yè)對比

檢泵作業(yè)費(fèi)用包括作業(yè)施工費(fèi)以及桿管和井下工具的更換等。其中，提撈抽油機(jī)三元復(fù)合驅(qū)結(jié)垢階段平均檢泵周期為431 d，水驅(qū)開發(fā)階段平均檢泵周期基本能夠達(dá)到3 a，聚驅(qū)達(dá)到2 a，計算結(jié)果如表2所示。

表1 抽油機(jī)、螺桿泵與提撈抽油機(jī)一次投入費(fèi)用攤銷后統(tǒng)計數(shù)據(jù) 萬元

表2 抽油機(jī)、螺桿泵與提撈抽油機(jī)作業(yè)維護(hù)費(fèi)用統(tǒng)計數(shù)據(jù)

2.3 日常維護(hù)及加藥對比（如表3）

日常維護(hù)費(fèi)用包括光桿、電機(jī)、減速箱（驅(qū)動裝置）、皮帶、毛辨子等地面設(shè)施的更換、維修、維護(hù)費(fèi)用。抽油機(jī)和螺桿泵結(jié)垢期在費(fèi)用中增加加藥裝置、藥劑等防垢投資。目前室內(nèi)檢測表明提撈抽油機(jī)鋼絲繩抽油桿壽命為2 a左右，折合年費(fèi)用為3萬元；鋼絲繩抽子壽命在2個月之內(nèi)，則年更換抽子費(fèi)用為12／2×0.089＝0.534萬元；更換電器元件、鏈條等其他部件年費(fèi)用為0.23萬元。則提撈抽油機(jī)年維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用為3＋0.534＋0.23＝3.764萬元。

表3 抽油機(jī)、螺桿泵與提撈抽油機(jī)日常維護(hù)和加藥費(fèi)用統(tǒng)計數(shù)據(jù) 萬元

2.4 運(yùn)行能耗對比（如表4）

表4 抽油機(jī)、螺桿泵與提撈抽油機(jī)運(yùn)行能耗費(fèi)用統(tǒng)計數(shù)據(jù)

2.5 綜合對比

綜合對比各項費(fèi)用，計算年均費(fèi)用如表5和圖1。

表5 抽油機(jī)、螺桿泵與提撈抽油機(jī)年綜合費(fèi)用對比 萬元

圖1 不同舉升方式單井年投入費(fèi)用對比（萬元）

從計算結(jié)果可以看出，在15 a設(shè)備使用壽命周期內(nèi)，由于聚驅(qū)特別是三元驅(qū)抽油機(jī)、螺桿泵檢泵周期下降較大，除水驅(qū)外提撈抽油機(jī)相對常規(guī)抽油機(jī)和螺桿泵都具有較高的經(jīng)濟(jì)性，尤其是在三元復(fù)合驅(qū)結(jié)垢階段，年運(yùn)行費(fèi)用可減少60%左右。

3 存在問題

雖然提撈抽油機(jī)在三元復(fù)合驅(qū)應(yīng)用表現(xiàn)出了較強(qiáng)的適應(yīng)性，但由于單個沖程循環(huán)需要30 min左右，液面波動100～200 m，流壓波動1～2 MPa，為非穩(wěn)定運(yùn)行工況，也給部分生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的測取以及油藏評帶來了困難。

主要體現(xiàn)在2個方面：

1） 含水化驗復(fù)雜。由于運(yùn)行穩(wěn)定、基本連續(xù)出液，常規(guī)抽油機(jī)、螺桿泵含水化驗隨機(jī)取樣即可。但提撈抽油機(jī)抽子從井底運(yùn)行到井口，再下行至井底，部分低產(chǎn)井還需等待液面恢復(fù)至合理的高度再起抽，單個沖程循環(huán)需要時間較長，存在明顯的油水分離，不同時刻取樣含水化驗結(jié)果差別很大，因此常規(guī)取樣方法不適用。采用含水分析儀則存在單井一次性投資高、儀器設(shè)備需定期清洗維護(hù)等問題。

2） 測井存在一定難度。產(chǎn)量超過50 m3／d的生產(chǎn)井需要采用88.9 mm（3?2英寸）油管，而現(xiàn)場套管基本為139.7 mm（5?2英寸），油套環(huán)空最大空間為16 mm。目前的測井儀器一般為28 mm、最小23 mm，遠(yuǎn)大于油套環(huán)空空間。而且，提撈抽油機(jī)是非連續(xù)運(yùn)行，油層供液不穩(wěn)定，即使有空間能夠通過儀器進(jìn)行測試，剖面測試過程及解釋也較困難和復(fù)雜。

4 結(jié)論

1） 提撈抽油機(jī)抽子工作時從井底到井口往復(fù)運(yùn)行能夠?qū)τ凸軆?nèi)壁進(jìn)行刮垢除蠟，抽子下行收縮，能夠有效避免垢卡；同時能夠基本滿足排量和舉升能力要求。

2） 采用88.9 mm（3?2英寸）油管時推薦的油井日產(chǎn)液量應(yīng)小于80 m3／d，采用73.0 mm（2英寸）油管時該值應(yīng)小于50 m3／d。但考慮到常規(guī)抽油機(jī)和螺桿泵三元防垢舉升的不適應(yīng)性，可以適當(dāng)擴(kuò)大提撈抽油機(jī)的排量應(yīng)用范圍。

3） 聚驅(qū)特別是三元結(jié)垢期，提撈抽油機(jī)相對常規(guī)抽油機(jī)和螺桿泵都具有經(jīng)濟(jì)性。

4） 在三元復(fù)合驅(qū)油井采用提撈抽油機(jī)，含水化驗方法和測井工藝仍需深入研究，同時保證測試精度和效率。

［1］ 周瑞芬，柏琳，李金玲，等.三元復(fù)合驅(qū)抽油機(jī)井結(jié)垢及懸點載荷試驗研究［J］.石油礦場機(jī)械，2012，.41（4）：44-47.

［2］ 陳明戰(zhàn).三元復(fù)合驅(qū)提撈抽油機(jī)用抽子改進(jìn)［J］.石油礦場機(jī)械，2014，43（2）：89-92.

Adaptability Analysis of Bailing Pumping Unit in ASP Flooding Well

SUN Yan-an1，2，LI Chun-fu1，CHEN Ming-zhan2，XU Ping3
（1.College of Material Science and Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；2.Production Engineering and Research Institute，Daqing Oilfield，Daqing 163453，China；3.No.3 Oil Production Plant，Daqing Oilfield，Daqing 163000，China）

To give a comprehensive application assessment of bailing pumping unit in ASP flooding，the technical specifications were analyzed，such as displacement and lift ability.Compared with beam pumping unit and progressive cavity pump with equal fluid rate，economic evaluation also was also given on investment，pump inspection，power consumption，and routine maintenance.The research result showed that the bailing pumping unit is an effective lifting method under scaling operating condition in ASP flooding.The main problems were also pointed out in the last.

ASP flooding；bailing pumping unit；technical；economic；analysis

TE933.107

B

10.3969／j.issn.1001-3482.2014.12.016

1001-3482（2014）12-0063-04

2014-06-16

孫延安（1968-），男，湖北天門人，高級工程師，博士研究生，主要研究方向為油田機(jī)械采油技術(shù)，E-mail：sunya＠petrochina.com.cn。