《有桿泵斜抽工藝作法》在油田現(xiàn)場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用

黃曉東，姚滿倉(cāng)，雷德榮，張輝

中國(guó)石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院（新疆克拉瑪依834000）

《有桿泵斜抽工藝作法》在油田現(xiàn)場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用

黃曉東，姚滿倉(cāng)，雷德榮，張輝

中國(guó)石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院（新疆克拉瑪依834000）

《有桿泵斜抽工藝作法》標(biāo)準(zhǔn)是新疆油田目前推廣應(yīng)用效果較好的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一，特別是在稠油水平井和SAGD、火驅(qū)等重大試驗(yàn)中，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。該標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)新疆油田的特殊油藏特征制定了完善的抽油機(jī)、抽油桿、抽油泵的選型設(shè)計(jì)方法，特別是管柱及桿柱設(shè)計(jì)方法具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性。該標(biāo)準(zhǔn)采用了“十一五”期間重要的科研成果作為編寫依據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)中涉及多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品，創(chuàng)新點(diǎn)突出。實(shí)施后普通稠油水平井的檢泵周期大幅度延長(zhǎng)，平均檢泵周期為原來(lái)的10倍左右，該標(biāo)準(zhǔn)在SAGD生產(chǎn)井應(yīng)用后，試驗(yàn)區(qū)的生產(chǎn)井平均檢泵周期48個(gè)月以上。該標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)內(nèi)外油田得到了廣泛應(yīng)用，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

有桿泵；斜抽工藝；標(biāo)準(zhǔn)；標(biāo)準(zhǔn)化

《有桿泵斜抽工藝作法》標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)有桿泵斜抽工藝技術(shù)的通用做法而制定，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了有桿泵斜抽工藝的抽油泵、抽油機(jī)、抽油桿的選型，斜抽管柱結(jié)構(gòu)及桿柱結(jié)構(gòu)推薦設(shè)計(jì)方法等內(nèi)容，標(biāo)準(zhǔn)用于指導(dǎo)各類斜抽井的單管、平行雙管管柱及桿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該標(biāo)準(zhǔn)的制定是基于新疆油田多年斜直水平井、常規(guī)水平井及各類定向井的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)及多項(xiàng)研究成果基礎(chǔ)上，通過(guò)反復(fù)論證編制完成的。

1 標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容

對(duì)于淺層超稠油區(qū)塊，由于斜井特殊的井身結(jié)構(gòu)，井身中抽油桿柱、抽油泵的受力狀況、工作狀況較為復(fù)雜，且隨著原油黏度的增大，抽油桿柱在下行過(guò)程中所產(chǎn)生的黏滯阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通稠油直井，抽油桿柱下行阻力增大，光桿“打架”和桿柱脫扣為主要技術(shù)難題。《有桿泵斜抽工藝作法》標(biāo)準(zhǔn)特有的管柱及桿柱結(jié)構(gòu)可保證定向井有桿泵舉升的可靠性及高效性，特別是針對(duì)新疆油田的淺層稠油油藏有桿泵開(kāi)發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

1.1抽油泵、抽油機(jī)、抽油桿的選擇

對(duì)于抽油泵選擇，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了抽油泵泵效、泵徑、沖程、沖次的確定，抽油泵類型和間隙級(jí)別的選擇，斜井泵使用規(guī)則判定，正常使用井筒井斜角及井眼曲率要求的判定等內(nèi)容。其中抽油泵對(duì)井筒井斜角及井眼曲率要求為抽油泵選擇的核心內(nèi)容，綜合目前油田現(xiàn)場(chǎng)斜井泵的結(jié)構(gòu)及使用情況，標(biāo)準(zhǔn)確定選用斜井泵的原則為泵掛位置井斜角大于30°不大于60°。同時(shí)對(duì)于有桿泵斜抽工藝技術(shù)而言，抽油泵泵筒是否在泵掛位置發(fā)生變形，能否正常工作最為重要，新疆油田部分區(qū)塊的水平井、定向井開(kāi)發(fā)油藏屬于淺層稠油油藏，鉆井井眼曲率較大，最大井斜全角變化率達(dá)到18°/30m,特別對(duì)于平行雙管等多管管柱結(jié)構(gòu)，由于井眼空間有限，因此更需要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)下入性進(jìn)行判定。

抽油泵下入性判定，以244.5mm套管下入3根管（主管為1根88.9mmTBG油管，副管為2根60.3mm內(nèi)接箍油管）為例，判定Φ57mm×5m抽油泵下入性如下。

3根油管管柱在套管內(nèi)位置關(guān)系如圖1所示，需要保證泵筒不發(fā)生變形。

圖1 管柱與套管位置關(guān)系圖

分析下入性可取套管及管柱界面，分別以3種假設(shè)的極限情況進(jìn)行分析，分析過(guò)程依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行允許下入抽油泵長(zhǎng)度計(jì)算，利用計(jì)算結(jié)果判定抽油泵下入性。

假設(shè)一：最理想情況，2根副管給主管留有最大下入空間，即2根副管并緊且貼緊套管壁，Φ57mm× 5m抽油泵的最大外徑為88.9mm，長(zhǎng)度為6.9m，則允許下入的長(zhǎng)度，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

假設(shè)二：2根副管按井口位置關(guān)系分開(kāi)分布，參數(shù)取值同假設(shè)一，則允許下入的長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

假設(shè)三：較為惡劣（非最惡劣）的情況，即2根副管軸線與套管軸線位于同一平面上，參數(shù)取值同假設(shè)一，則允許下入的長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定計(jì)算出的抽油泵允許下入深度對(duì)應(yīng)有造斜率值，參照油井鉆井井眼軌跡數(shù)據(jù)，可判斷抽油泵是否滿足下入要求，可避免下入過(guò)程及泵掛位置造斜率過(guò)大引起的抽油泵泵筒變形。

抽油機(jī)的選型根據(jù)抽油泵排量、設(shè)計(jì)下泵深度、桿柱組合及原油黏度等情況，由單井設(shè)計(jì)確定抽油機(jī)的載荷及其型號(hào)，抽油桿按照引用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇。

1.2抽油管柱及桿柱設(shè)計(jì)

單管斜井抽油管柱,自上而下排列順序?yàn)?油管掛、油管柱、回音標(biāo)、抽油泵、泄油器、泵下尾管、篩管、沉砂管、絲堵，其中回音標(biāo)和泄油器是根據(jù)工藝情況選用工具。篩管、沉砂管、絲堵，其規(guī)格應(yīng)與油管尺寸相符（出砂井用防砂篩管）。

雙管斜井抽油管柱（圖2）,主管自上而下排列順序?yàn)?油管掛、油管柱、抽油泵、泄油器、泵下尾管、篩管、沉砂管、絲堵，其中泄油器是根據(jù)工藝情況選用工具。副管自上而下排列順序?yàn)?油管掛、油管柱、通孔引鞋。

表1 假設(shè)一計(jì)算結(jié)果

表2 假設(shè)二計(jì)算結(jié)果

表3 假設(shè)三計(jì)算結(jié)果

圖2 雙管斜井抽油管柱

常規(guī)型斜井抽油桿柱從上而下排列順序?yàn)?光桿、抽油桿、加重桿、拉桿、柱塞，根據(jù)單井設(shè)計(jì)在桿柱上布置扶正器及防脫器。抽油桿防脫器安裝的部位宜在光桿下端和油井造斜點(diǎn)附近，同時(shí)根據(jù)桿柱所受扭矩情況布置其他防脫器的位置。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定內(nèi)容并利用計(jì)算軟件，可判斷桿柱在油井內(nèi)的彎曲應(yīng)力和支反力引起變化情況，見(jiàn)圖3，指導(dǎo)扶正器及加重桿的布置，彎曲應(yīng)力及支反力較大的位置可重點(diǎn)布置扶正器，減緩桿、管偏磨。軟件同時(shí)可根據(jù)井眼軌跡數(shù)據(jù)計(jì)算桿柱受到的附加扭矩，見(jiàn)圖4，根據(jù)扭矩值以及現(xiàn)場(chǎng)桿柱脫扣情況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了防脫的布置方法，避免因過(guò)大扭矩造成桿柱脫扣故障。

圖3 桿柱受力分析計(jì)算圖

圖4 桿柱扭矩計(jì)算曲線圖

2 標(biāo)準(zhǔn)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

新疆油田的定向井及水平井多位于稠油區(qū)塊（部分區(qū)塊50℃原油黏度達(dá)到20 000mPa·s），有桿泵舉升過(guò)程桿柱受到黏滯阻力較大，油藏埋深淺（150～600m）導(dǎo)致鉆井井眼軌跡井斜變化率大，有桿泵舉升桿柱受力狀況惡劣，桿柱下行動(dòng)力不足，且定向井及水平井開(kāi)發(fā)規(guī)模逐年擴(kuò)大，有桿泵舉升開(kāi)發(fā)難度較大。

《有桿泵斜抽工藝作法》標(biāo)準(zhǔn)主要結(jié)合了新疆油田的各類定向井開(kāi)采的特殊工藝特點(diǎn)，將多年的研究成果及多項(xiàng)專利技術(shù)融于標(biāo)準(zhǔn)之中，特有的管柱及桿柱結(jié)構(gòu)可保證定向井有桿泵舉升的可靠性及高效性，特別是針對(duì)新疆油田的淺層稠油油藏常規(guī)有桿泵開(kāi)發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

該標(biāo)準(zhǔn)的制定過(guò)程采用了《淺層稠油水平井有桿泵舉升工藝技術(shù)研究》等項(xiàng)目的相關(guān)研究成果，其中桿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，桿柱及管柱中涉及部分配套工具具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

3 標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施情況

《有桿泵斜抽工藝作法》標(biāo)準(zhǔn)目前在新疆油田廣泛應(yīng)用于各類定向井、水平井的稠油注蒸汽吞吐、汽驅(qū)開(kāi)發(fā)，同時(shí)已經(jīng)在SAGD火驅(qū)等重大試驗(yàn)項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用，國(guó)外在哈薩克斯坦肯基亞克鹽上油田水平井也得到應(yīng)用。該標(biāo)準(zhǔn)可指導(dǎo)單管、平行雙管、平行三管舉升管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可滿足最大井斜角65°，最大造斜率18°/30m，50℃原油黏度

20 000mPa·s的稠油開(kāi)發(fā)，目前單井最長(zhǎng)檢泵周期為SAGD生產(chǎn)井FHW 003P，已經(jīng)達(dá)到6年。

該標(biāo)準(zhǔn)2011年修訂，修訂前依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的斜井單井設(shè)計(jì)主要用于定向井，且前期開(kāi)發(fā)定向井所在區(qū)塊原油黏度低，油藏埋深600m左右，因此修訂前標(biāo)準(zhǔn)可基本滿足生產(chǎn)要求。但隨著開(kāi)發(fā)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，開(kāi)始轉(zhuǎn)向油藏埋深淺、原油黏度高區(qū)塊，原標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用過(guò)程中部分區(qū)塊，如風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)重32井區(qū)水平井的平均檢泵周期為30天左右，最短檢泵周期為7天，桿柱脫扣為主要故障形式，井口溫度60～100℃時(shí)就出現(xiàn)“光桿打架”問(wèn)題。新修訂標(biāo)準(zhǔn)基于最新研究成果制定，實(shí)施后普通稠油水平井的檢泵周期大幅度延長(zhǎng)，平均檢泵周期為原來(lái)的10倍左右，該標(biāo)準(zhǔn)在SAGD生產(chǎn)井應(yīng)用后，試驗(yàn)區(qū)的生產(chǎn)井平均檢泵周期48個(gè)月以上。

4 經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益分析

該標(biāo)準(zhǔn)主要應(yīng)用于新疆油田的采油一廠紅淺1井區(qū)、重油開(kāi)發(fā)公司九6、九7、九8井區(qū)、百口泉采油廠百重七井區(qū)、風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)的重1、重32、重45、重37及烏33等區(qū)塊的定向井、水平井、SAGD生產(chǎn)水平井、火驅(qū)生產(chǎn)水平井等，應(yīng)用的井3 000余口，目前各類斜抽井的有桿泵舉升大多數(shù)依照本標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展單井舉升設(shè)計(jì)，累計(jì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益超過(guò)億元。

《有桿泵斜抽工藝作法》標(biāo)準(zhǔn)目前已經(jīng)應(yīng)用于哈薩克斯坦肯基亞克鹽上油田等國(guó)外市場(chǎng)，取得了較好的應(yīng)用效果。標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)下的水平井有桿泵舉升工藝技術(shù)，使得新疆油田的各類舉升配套工具批量出口，為新疆油田的開(kāi)采工藝創(chuàng)造國(guó)際影響力起到了重要作用。

《有桿泵斜抽工藝作法》標(biāo)準(zhǔn)目前已經(jīng)成為新疆油田較為重要的標(biāo)準(zhǔn)之一，推行期間取得較為突出的社會(huì)效益。目前新疆油田的各種類型定向井開(kāi)發(fā)規(guī)模逐年增加，有桿泵斜抽工藝技術(shù)作為一種成熟的技術(shù)在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于控制工藝質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，因此應(yīng)用前景廣闊。

[1]陳森，袁新生，竇升軍，等.風(fēng)城SAGD生產(chǎn)水平井合理壓井時(shí)機(jī)確定方法探討[J].鉆采工藝，2012,35（5）：52-54.

[2]有桿泵斜抽工藝作法:Q/SYXJ0570-2011[S].

[3]黃曉東，張麗萍,張輝,等.新疆油田稠油水平井桿柱防脫扣研究[J].新疆石油科技，2011，21（2）:35-36.

[4]采油采氣專業(yè)標(biāo)委會(huì).有桿泵抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工推薦作法:SY/T 5873-2005[S].北京:石油工業(yè)出版社,2005.

[5]羅英俊，萬(wàn)仁溥.采油技術(shù)手冊(cè)（上冊(cè)）[M].3版.北京：石油工業(yè)出版社，2005

The standard"Slant Pumping Technology of Sucker Rod Pump"is one of the enterprise standardswhich havebetter applica?tion effect in Xinjiang Oilfield atpresent,and itachievesgood economic and socialbenefitsespecially in horizontalwell developmentof heavy oil,SAGD and fire flooding.The perfect type selectionmethods suitable to the reservoir characteristics of Xinjiang Oilfield for pumping unit,sucker rod and oil pump are presented in the standard,and the standard has innovation especially in the designmethod of tubular stringand rod string.The importantscientific research achievements during"11th Five-Year Plan"areadopted in the standard, and it involves a number of productswith independent intellectual property rights.After the implementation of the standard,the pump check cycle of the normal heavy oil horizontalwell is prolonged,and the average pump check cycle is about 10 times of original pump check cycle.The app lication of the standard in the SAGD production wellsmakes the average pump check cycle of the production wells in the testarea reaches tomore than 48months.

suck rod pump;slantpumping technology;standard;standardization

王梅

2016-01-21

黃曉東（1968-），男，高級(jí)工程師，主要從事人工舉升工藝研究和推廣應(yīng)用工作。