游梁式抽油機(jī)地面參數(shù)與井筒的綜合管理

梁策（中國石油天然氣集團(tuán)公司油田節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評(píng)價(jià)中心）

游梁式抽油機(jī)的工作過程是通過電動(dòng)機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)過皮帶的傳動(dòng)，將動(dòng)能傳遞給減速箱，經(jīng)過三軸二級(jí)減速后，再由曲柄連桿機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橛瘟旱纳舷聰[動(dòng)；然后，抽油桿的上下往復(fù)工作帶動(dòng)懸繩器，使抽油泵柱塞上下運(yùn)動(dòng)，從而將原油抽汲到地面[1]。

在這個(gè)工作過程中，抽油桿及其帶動(dòng)的抽油泵大量往復(fù)做功，造成桿斷、偏磨，管斷，管漏、泵漏的發(fā)生，所以減少桿管問題是減少作業(yè)次數(shù)，延長抽油機(jī)工作周期的核心。

1 沖速與檢泵周期的關(guān)系

沖速是指抽油泵活塞在工作筒內(nèi)每分鐘往復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)。目前抽油泵沖速多為4～7 min-1。以6 min-1為例，每天桿上下運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)活塞泵往復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)為8640 次，每年可達(dá)3 153 600 次。所以沖速越快，活塞往復(fù)次數(shù)越頻繁，設(shè)備磨損程度越嚴(yán)重，作業(yè)概率越高，作業(yè)周期越短。

1.1 抽油桿問題對(duì)檢泵周期的影響

抽油桿工作中主要受到兩個(gè)作用力，即抽油桿本身的彈性力和抽油桿在上下行過程中存在法向力。

抽油桿本身的彈性力的產(chǎn)生是由于抽油桿是一種彈性體，當(dāng)驢頭開始上行時(shí)，游動(dòng)閥關(guān)閉，充滿的液柱載荷會(huì)作用在柱塞上，使抽油桿發(fā)生彈性伸長。下沖程開始時(shí)，吸入閥立即關(guān)閉，液柱的載荷由抽油桿柱逐漸轉(zhuǎn)移到油管上，使抽油桿縮短。抽油桿在這種伸長縮短的變化過程中，容易出現(xiàn)桿斷脫現(xiàn)象，沖速越快，這一過程越頻繁，斷脫概率越高。

正常抽油時(shí)抽油桿柱彎曲產(chǎn)生在下沖程，在中性點(diǎn)以上的抽油桿柱處于拉伸狀態(tài)，而在中性點(diǎn)以下的抽油桿柱受壓，由于側(cè)應(yīng)力的影響而產(chǎn)生側(cè)向彎曲，使桿體與油管內(nèi)壁相摩擦，進(jìn)而使抽油桿向油管一側(cè)移動(dòng)，造成桿管偏磨。同樣，沖速越快，抽油桿往復(fù)次數(shù)越頻繁，抽油桿柱上的法向力也就越頻繁，而檢泵次數(shù)越頻繁，周期就越短。

1.2 油管問題對(duì)檢泵周期的影響

油管是連接油管掛和抽油泵的工具，起到密閉液體的作用。如果發(fā)生油管漏或者斷，在抽汲過程中，液體會(huì)在漏失處流出。出現(xiàn)這一問題的原因是：下沖程開始時(shí)，吸入閥立即關(guān)閉，液柱載荷由抽油桿柱轉(zhuǎn)移到油管上，油管伸長；相反上沖程時(shí)，油管縮短，這就導(dǎo)致油管頻繁地伸長縮短，易斷脫；由于抽油桿對(duì)油管壁的磨損作用，造成管壁越來越薄，最終磨漏。所以，油管問題原因也與沖速快慢有直接關(guān)系。

1.3 抽油泵問題原因分析

抽油泵是抽油機(jī)井的心臟，位于桿管的最下部。它通過固定閥、游動(dòng)閥交替開關(guān)完成進(jìn)液和排液過程，使液體源源不斷地流向地面。固定閥和游動(dòng)閥主要由鋼球、球座組成，每次開關(guān)，鋼球都會(huì)撞擊球座一次，活塞完成一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)。長時(shí)間撞擊，鋼球與球座就會(huì)密封不嚴(yán)，球座會(huì)出現(xiàn)小坑，使泵逐漸漏失。

2 沖程與泵效的關(guān)系

沖程是指抽油機(jī)工作時(shí)光桿運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之間的距離，在井筒內(nèi)為活塞在泵筒內(nèi)移動(dòng)的距離。如果不考慮桿管的伸長形變，活塞在泵筒內(nèi)移動(dòng)的距離應(yīng)該和光桿運(yùn)動(dòng)的區(qū)間相等。通常柱塞沖程小于光桿沖程，這導(dǎo)致了泵效小于1。抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮愈大，柱塞沖程與光桿沖程的差也愈大，泵效就愈低。

多數(shù)油田處于抽油泵開采期，都是井底流壓低于飽和壓力，即使在高于飽和壓力下生產(chǎn)，泵口壓力也低于飽和壓力。因此，在抽汲時(shí)總是氣液兩相同時(shí)進(jìn)泵，氣體進(jìn)泵必然減少進(jìn)入泵內(nèi)的液體量，影響泵效。當(dāng)氣體影響嚴(yán)重時(shí)，可能發(fā)生“氣鎖”，使抽汲時(shí)氣體在泵內(nèi)壓縮和膨脹，吸入和排出閥無法打開，出現(xiàn)抽不出油的現(xiàn)象。

泵的充滿系數(shù)與泵內(nèi)氣液比和泵的結(jié)構(gòu)有關(guān)。在保證柱塞不撞擊固定閥的情況下，盡量減小防沖距，可以減小余隙。因此，抽油機(jī)盡量滿足長沖程，可以提高泵的充滿系數(shù)，從而提高泵效。

3 地面參數(shù)調(diào)整原則與常見問題

高含水期調(diào)參是保持穩(wěn)產(chǎn)的一種有效手段，通過放大生產(chǎn)壓差，使油井工作制度更趨于合理，更充分發(fā)揮油井的開采潛能，減緩產(chǎn)量遞減。

綜上分析，長沖程加上慢沖速可保持同等泵效維持產(chǎn)量，是減少磨損消耗的重要方法。在泵徑、沖程、沖速三者的配合關(guān)系中，對(duì)于操作者來說，工作量最小，最容易調(diào)整的是沖速值。目前普遍的調(diào)沖速方法是加裝皮帶輪與安裝變頻調(diào)參控制柜實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)參。其中加裝皮帶輪的周期不固定，操作較麻煩，變頻調(diào)參具有明顯優(yōu)勢[2]。

由于抽油設(shè)備已經(jīng)陳舊、老化，雖然近幾年加大了抽油機(jī)的更換力度，但仍存在著部分老機(jī)型，這些抽油機(jī)中部分曲柄銷子等部件已經(jīng)銹死，或孔眼損壞，無法調(diào)整沖程，影響了油井抽汲參數(shù)的調(diào)整。

4 優(yōu)化方案及效果評(píng)價(jià)

在日常生產(chǎn)中隨著地層供液能力的變化，桿管質(zhì)量和工作狀況也發(fā)生改變，液面與沉沒度的監(jiān)測是維持泵在良好的供液能力下工作的重要手段，也是地面參數(shù)調(diào)整的重要依據(jù)。保證井筒的供液能力與工作參數(shù)的合理匹配是維持游梁式抽油機(jī)工作的基礎(chǔ)。井筒液面如果過深，說明井下供液能力已經(jīng)不足，有抽空的趨勢，桿管泵在干磨的情況下斷或者漏的風(fēng)險(xiǎn)增加。若液面過淺，說明井下供液充足，但泵的排量仍無法滿足供液的輸出。這時(shí)地面參數(shù)如果已經(jīng)最大或最小，或因設(shè)備等原因已無法調(diào)整，那抽油機(jī)的合理生產(chǎn)就無法實(shí)現(xiàn)，只有在井下設(shè)備產(chǎn)生問題需要作業(yè)解決時(shí)并對(duì)施工設(shè)計(jì)作出調(diào)整，從井下井筒管理方面來解決問題。

4.1 方案設(shè)計(jì)過程中合理匹配抽汲參數(shù)

確定最合理的地面參數(shù)可改善抽汲狀況，有效降低異常問題發(fā)生率。

對(duì)供液能力改變，不能滿足供液的要在作業(yè)設(shè)計(jì)中考慮換小泵徑，對(duì)于供液能力充足的應(yīng)考慮放大泵徑。比如，采油一廠某井于2014年12月23日作業(yè)檢泵，2015年1月1日卡泵，檢泵周期只有8天。由于該井供液不足，在二次作業(yè)時(shí)泵徑由44 mm 換為38 mm，換泵后沉沒度由換前35 m 上升到329.4 m，功圖由供液不足變?yōu)檎?。從換泵前后對(duì)比可以看出，該井換小泵后，提高了泵的充滿系數(shù)，使其在合理的參數(shù)下生產(chǎn)，從2015年2月8日作業(yè)到目前，該井一直正常生產(chǎn)。 在泵徑變更時(shí)應(yīng)考慮泵掛深度的調(diào)整，使生產(chǎn)中保持合理沉沒度。

4.2 設(shè)計(jì)要求下入抽油桿前進(jìn)行油管蹩壓

該工序可及時(shí)發(fā)現(xiàn)管漏及絲扣漏現(xiàn)象，預(yù)防不合格油管再次下入井中造成返工。在油管打壓過程中發(fā)現(xiàn)壓力穩(wěn)不住，應(yīng)將油管起出，確定油管是否老化，是否需要更換，并在下井后重新打壓確認(rèn)，避免因油管不合格而造成返工作業(yè)。

4.3 針對(duì)砂卡及氣體影響井，作業(yè)時(shí)應(yīng)下入砂氣錨

在某采油廠已發(fā)生的6 口砂卡井中，由于作業(yè)時(shí)下入了砂氣錨，目前已平均運(yùn)行了5 個(gè)月以上，這些井的氣體影響也相對(duì)減弱，功圖形狀得到了改善（表1）。

4.4 油管錨的使用

對(duì)發(fā)生過管斷的井作業(yè)時(shí)采取下入油管錨的措施，可有效防止管斷脫。如北1-丁4-P35 井，2015年1月15日作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)第79 根管斷，2015年3月8日又發(fā)生管斷，檢泵周期只有52 天；在3月8日作業(yè)時(shí)下入了無卡瓦式油管錨，到目前為止，該井一直正常生產(chǎn)，有效延長了檢泵周期。

綜上所述，從優(yōu)化方案入手，結(jié)合地面參數(shù)調(diào)整，對(duì)減低抽油機(jī)井小修檢泵率有著重要的作用。以采油一廠2014年度為例，由于采取了綜合治理措施，上半年的返工井?dāng)?shù)與2013年同期相比減少了10 井次，返工率下降了1.2 個(gè)百分點(diǎn)，上半年當(dāng)年作業(yè)當(dāng)年返工井有22 井次，比2013年同期少了11 井次，與2013年下半年相比少了10 井次，2014年上半年作業(yè)2 次的井第二次返工桿管斷、管漏比例與2013年同期及下半年相比都有所降低。

表1 下入氣錨井措施前后數(shù)據(jù)對(duì)比

從2014年1—8月份的返工率明顯降低可以看出采取綜合治理后已逐漸見到了效果，返工率曲線見圖1。

圖1 2014年返工率曲線

采取綜合措施，尤其優(yōu)化方案設(shè)計(jì)只是降低抽油機(jī)井返工率的途徑之一。降抽油機(jī)井返工率是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它還與作業(yè)施工質(zhì)量、井下工具質(zhì)量及日常生產(chǎn)管理等關(guān)系密切，只有以上各方面共同提高，協(xié)調(diào)發(fā)展，才能最大限度地降低抽油機(jī)井返工率。

5 游梁式抽油機(jī)井的管理方法與難點(diǎn)

油管、抽油桿的偏磨主要是由井身結(jié)構(gòu)、油管受力側(cè)向彎曲、抽油桿側(cè)向彎曲以及工作參數(shù)不合理、采出液的特性等因素引起的。優(yōu)化組合油管抽油桿柱、選擇合適的井下工具、確定合理生產(chǎn)參數(shù)等能有效防治管桿偏磨，延長管桿使用壽命及油井免修期。

在滿足油田地質(zhì)開發(fā)要求的前提下，盡量采用長沖程、低沖速，從而增大油管與抽油桿的磨損面積，減少摩擦次數(shù)，使磨損均勻。另外，在上下沖程時(shí)，加速度變化變緩，使泵上油管在上沖程時(shí)受壓彎曲效應(yīng)減弱，使底部抽油桿在下沖程時(shí)中性點(diǎn)下移，底部抽油桿受壓彎曲程度減小，抽油桿與油管之間的磨損減小，有利于延長管桿使用壽命。

井下工具選擇要根據(jù)當(dāng)前地層供液能力及合理沉沒度界定，經(jīng)過計(jì)算合理選擇，使桿、管、泵在良好的工作狀態(tài)下進(jìn)行抽汲工作，保證井下工具的使用壽命。

雖然采取綜合措施可在一定程度上降低抽油機(jī)井返工率，但壓裂、大修、換泵、酸化、補(bǔ)孔等措施也造成了一定比例的返工井。目前油田仍存在一定數(shù)量的特殊機(jī)型，有些機(jī)型或沖程過小，或沖速過快，如10-3-37B 機(jī)型，其最小沖速為8 min-1，不能滿足合理生產(chǎn)的需求，給綜合治理帶來不便。

總之，針對(duì)抽油機(jī)井提高泵效而言，首先要考慮調(diào)大沖程，減少?zèng)_程損失，減少氣體影響，增加泵的充滿系數(shù)，達(dá)到提高泵效的目的。換泵、壓裂、大修后的井要根據(jù)措施后生產(chǎn)情況及時(shí)調(diào)整工作參數(shù)，防止這些井因異常造成返工。下新型三級(jí)泵及高強(qiáng)度扶正環(huán)對(duì)防偏磨起到了積極的作用，但在實(shí)際生產(chǎn)中還需研究探討一種更有效的防偏磨措施，將偏磨的發(fā)生率降到最低，從而減少因偏磨而造成的損失。

[1]武云石.提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的措施研究[J].油氣田地面工程,2009,28(7):7-8.

[2]趙磊.三元機(jī)采井工況參數(shù)實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)的研制與應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備,2014,99(5):13-15.