淺層稠油井抽油桿配套技術(shù)研究及應(yīng)用

韓鎖（中國(guó)石油遼河油田分公司錦州采油廠， 遼寧 錦州 121209）

淺層稠油井抽油桿配套技術(shù)研究及應(yīng)用

韓鎖（中國(guó)石油遼河油田分公司錦州采油廠， 遼寧 錦州 121209）

淺層超稠油水平井生產(chǎn)初期抽油桿柱脫扣率較高，嚴(yán)重影響了高溫期抽油生產(chǎn)，通過(guò)對(duì)水平井抽油桿柱受力狀況、桿柱及附件結(jié)構(gòu)等分析，確定脫扣主要原因?yàn)槌橛蜅U及附件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不完善，導(dǎo)致卸扣扭矩?zé)o法有效釋放。通過(guò)確定合理的管桿結(jié)構(gòu)，桿柱脫扣率大幅下降，有效延長(zhǎng)了稠油水平井抽油期間的免修期。

遼河油田；淺層超稠油；水平井；配套技術(shù)；抽油桿

淺層超稠油水平井生產(chǎn)初期頻繁出現(xiàn)機(jī)、桿不同步—光桿“打架”現(xiàn)象。機(jī)、桿不同步情況增加了抽油機(jī)的震動(dòng)，影響了減速箱、抽油桿壽命，加重了桿柱斷脫機(jī)率，影響高溫期采油正常生產(chǎn)。出現(xiàn)脫扣故障位置主要在中上層到井口之間，對(duì)應(yīng)水平井井斜角范圍在0°～14°，其中有抽油桿連接處脫扣、扶正器與插接式抽油桿連接處脫扣、扶正器滾輪磨損不均脫落。

1　故障原因分析

（1）機(jī)、桿不同步原因分析 機(jī)抽生產(chǎn)中下沖程機(jī)、桿不同步主要是由于下沖程時(shí)懸點(diǎn)載荷過(guò)小引起的，而下沖程懸點(diǎn)載荷的減小主要受摩擦力的影響。懸點(diǎn)載荷中的摩擦力包括四方面：抽油桿柱與油管間的半干摩擦力；柱塞和泵筒間的半干摩擦力；抽油桿柱和液柱的液體摩擦力；液體通過(guò)游動(dòng)凡爾時(shí)的液體摩擦力，下沖程時(shí)，抽油桿柱運(yùn)動(dòng)方向向下，摩擦力作用方向向上，減少了懸點(diǎn)載荷，如下式所示，下沖程時(shí)懸點(diǎn)載荷P下等于：

式中：P靜為抽油桿柱靜載荷；P慣為抽油桿柱慣性載荷；P振為

抽油桿柱振動(dòng)載荷；P摩為抽油桿柱所受摩擦力總和。

對(duì)于低粘度油井，液體摩擦力數(shù)值很小，在計(jì)算中可忽略不計(jì)，但對(duì)于高粘度油井，液體摩擦力有時(shí)可達(dá)10～20kN，大大減小了下沖程抽油桿柱的下行力，從而造成抽油桿柱下行滯后，造成機(jī)桿不同步現(xiàn)象。

（2）桿柱頻繁脫扣原因分析 水平井井眼軌跡是一三維空間曲線，不但有曲率，還有撓率，這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形態(tài)使得在其內(nèi)沿軸向運(yùn)動(dòng)的抽油桿柱承受附加扭矩，并成為抽油桿柱斷脫的一個(gè)外動(dòng)力。經(jīng)分析認(rèn)為，水平井抽油桿柱頻繁脫扣主要有以下幾個(gè)因素造成。

①井眼軌跡。由于井斜角、方位角的影響，水平井桿柱在上下沖程運(yùn)動(dòng)時(shí)不是像直井一樣沿井筒的單純軸向運(yùn)動(dòng)，抽油桿軸線在運(yùn)動(dòng)中的形狀和軌跡是變化的，桿柱運(yùn)動(dòng)的軸線是一條三維空間曲線，即抽油桿受到的側(cè)向力會(huì)隨著井斜角、方位角的變化而發(fā)生變化。抽油桿柱在井斜角和方位角變化的影響下將產(chǎn)生螺旋彎曲變形，形成具有松動(dòng)效應(yīng)的扭矩，沿中和點(diǎn)向下逐漸增大。另外，抽油桿柱承受的交變載荷影響著松動(dòng)扭矩的大小，交變載荷越大，卸扣扭矩就越大。水平井的井身軌跡在空間分布上形成一個(gè)方向不一致的螺旋曲線，因此引入地質(zhì)中“旋回”概念，指鉆井時(shí)井深與方位角的變化關(guān)系，“正旋回”表示井身結(jié)構(gòu)按順時(shí)針?lè)较蚵菪蛳?，“反旋回”表示逆時(shí)針螺旋向下，當(dāng)泵位于正旋回段，活塞下行時(shí)將受到一個(gè)卸扣扭矩，此扭矩小于抽油桿正常上扣扭矩，在活塞運(yùn)動(dòng)中卸扣扭矩反復(fù)作用，上扣扭矩消失導(dǎo)致桿柱脫扣。

②原油粘度高?；钊艿街亓?、浮力及摩擦力作用，超稠油的特性造成液體摩擦力在下沖程時(shí)顯著增大，在油管的限制空間內(nèi)加劇了桿柱旋轉(zhuǎn)，易發(fā)生脫扣；此外由于摩擦力影響，下沖程時(shí)抽油桿柱中將產(chǎn)生一個(gè)不受力的中和點(diǎn)，該點(diǎn)附近的接箍部位由于不受力，最易受到卸扣扭矩的作用，發(fā)生脫扣。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，原油粘度越高，油層、泵深越淺，則檢泵周期越短。

③抽油桿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。初期應(yīng)用的防脫抽油桿沒(méi)有臺(tái)肩，無(wú)法產(chǎn)生足夠的擠壓力；柱塞上端拉桿連接抽油桿短節(jié)，缺少足夠剛性，桿柱下行時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲變形，處于嚴(yán)重失穩(wěn)狀態(tài)，桿柱載荷無(wú)法有效傳遞到柱塞，在交變載荷作用下容易導(dǎo)致脫扣故障；防脫器在超稠油水平井中承受較高軸向載荷的情況下，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，扭矩不能完全釋放。

④振動(dòng)影響。由于機(jī)桿不同步現(xiàn)象頻繁，抽油機(jī)懸繩器與管桿卡子的劇烈碰撞加快了桿柱卸扣。

⑤修井質(zhì)量。由于采用插接式抽油桿，如果插接不到位，造成預(yù)緊接箍上不到位，生產(chǎn)很短時(shí)間就會(huì)脫扣。

2　采取的對(duì)策

（1）機(jī)、桿不同步解決對(duì)策 ①通過(guò)伴熱、降粘等方式降低井筒內(nèi)原油粘度，減少摩擦阻力；②要求井眼軌跡平滑，井眼曲率盡可能小；③使用短柱塞泵，對(duì)泵結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，減少摩擦阻力；④提高泵掛位置，避開(kāi)狗腿度大的位置；⑤增加加重桿數(shù)量，或改用加重桿，增加下行力。

（2）桿柱頻繁脫扣解決對(duì)策 ①桿柱優(yōu)化：結(jié)合單井軌跡情況，對(duì)由于井眼軌跡的原因而產(chǎn)生的扭矩值進(jìn)行了計(jì)算，預(yù)測(cè)出井眼扭矩較大值出現(xiàn)的重點(diǎn)位置，根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè)置防脫器，有效釋放扭矩。②開(kāi)展多種桿柱及附件試驗(yàn)：進(jìn)行了5種桿柱防脫現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，其中主要的兩種方案為：一是采用防松墊圈桿柱，即在原配套工具上增加防松墊圈，增加抽油桿接箍的預(yù)緊力，防止因預(yù)緊力不足產(chǎn)生脫扣；另一種全井桿柱采用雙螺母背帽防松結(jié)構(gòu)，將原普通防脫抽油桿換成帶雙螺母背帽式的防脫抽油桿，每根桿增加一個(gè)雙螺母背帽；同時(shí)也進(jìn)行了普通抽油桿、全井加重桿、滑動(dòng)扶正器等。

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)桿柱的應(yīng)用研究認(rèn)為，由于受井身軌跡及原油粘度影響，普通插接式抽油桿不適用于淺層超稠油水平井，淺層超稠油水平井抽油桿柱應(yīng)以防脫為主。雙螺母背帽插接式配套桿柱進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以來(lái)，脫扣井次顯著降低，有效延長(zhǎng)了檢泵周期，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，推薦淺層超稠油水平井使用雙螺母背帽插接式抽油配套桿柱。

［1］任國(guó)亮，張世安，等.稠油斜直井抽油桿柱滯后原因及解決途徑.特種油氣藏，2004，11（4）：74-77.