塔河油田非典型示功圖分析與工況判斷

吳元琴，劉聰，于國龍，郭文肖

（1.成都理工大學能源學院，四川成都610059；2.中國石化西北油田分公司采油三廠，新疆輪臺841604）

塔河油田非典型示功圖分析與工況判斷

吳元琴1，劉聰2，于國龍2，郭文肖2

（1.成都理工大學能源學院，四川成都610059；2.中國石化西北油田分公司采油三廠，新疆輪臺841604）

塔河油田已進入開采中期，有桿泵機械采油是最主要的開采方式，由于其油藏特征，管、桿、泵都在較惡劣環(huán)境下工作，導致機采井工況復雜。前人已經(jīng)對塔河油田機采井典型功圖進行了詳細總結，大多可用于直接判斷工況。但在實際生產(chǎn)中，出現(xiàn)了很多復雜、少見、多解、難解的功圖，對工況判斷造成了一定阻礙。本文將此類功圖定義為非典型功圖，根據(jù)功圖形狀特征細分為4大類10小類，與理論功圖對比，從功圖位置、載荷變化入手，結合現(xiàn)場現(xiàn)象、設備結構、檢泵情況等進一步分析功圖形成原因，并針對性的提出解決對策，以期進一步完善常見功圖類型，為后期復雜工況機采井的處理提供依據(jù)。

機械采油；工況；非典型；功圖

1 機采井生產(chǎn)特征

塔河油田主力開采奧陶系一間房組縫洞型油藏，油藏具有一超五高的特征，即超深、高溫、高壓、高含硫化氫、高礦化度、高黏度，主力區(qū)塊托甫臺區(qū)還具有供液差、高含瀝青質(zhì)、高含氣等特征。油藏特殊性導致機采井工況復雜，異常風險大，其主要有四大特征：（1）泵掛普遍較深，受供液不足影響大規(guī)模推廣桿式泵深抽工藝，目前（2016年8月）平均泵掛已達2 668 m，最深泵掛3 599 m，泵掛超過3 000 m的機采井91口；（2）設備工作環(huán)境惡劣，管、桿、泵普遍在高腐蝕、高黏度、高雜質(zhì)的流體環(huán)境中工作，損壞風險大；（3）稀油井氣油比高，稀油區(qū)塊原始氣油比一般為100 m3/t~500 m3/t，部分井高達2 000 m3/t[1]，較大程度影響泵效，嚴重時導致頻繁氣鎖；（4）部分井生產(chǎn)周期長，井下管、桿、泵等設備長期高負荷運作，腐蝕、老化程度高，進一步提高風險。

由于以上特征，機采井主要有三類異常情況：（1）抽油桿故障，包括抽油桿斷裂、脫扣及偏磨等；（2）抽油泵故障，包括閥漏失、卡泵、柱塞斷脫、泵筒臟、柱塞脫出泵筒或上下掛碰、桿式泵座封不嚴、氣鎖等；（3）油管故障，包括稠油上返或原油乳化、油管漏失、尾管堵塞等。

2 典型功圖概況

前人已對塔河油田典型功圖進行了詳細總結[2－4]，根據(jù)圖形特征可歸納為2大類11小類，典型功圖結合現(xiàn)場情況可直接用于工況判斷，準確率較高（見表1）。

表1 塔河油田典型功圖特征及工況判斷

3 非典型功圖分析及工況判斷

實際生產(chǎn)中存在大量典型功圖之外的復雜功圖，本文將其定義為非典型功圖，并結合理論功圖、現(xiàn)場情況、處理措施、檢泵情況將其分為4大類，即“一條線”型、整體雜亂型、區(qū)域卡阻型和異常卸載型。

3.1 “一條線”型

“一條線”型功圖指抽油機上下行程中無明顯的增、卸載，形狀呈“一條線”，與前文所述水平窄條狀功圖相同，但由于其多解性前期不能利用該功圖準確判斷工況，本文根據(jù)“一條線”功圖位置可更為準確的判斷工況異常類型。

3.1.1 上負荷線附近功圖位于正常功圖上負荷線附近，與典型功圖對比，缺少AB、CD段，功圖僅在B→C、C→B間往復運動（見圖1a）。功圖始終位于上負荷線附近，即上下行懸點都同時承受抽油桿本體負荷和液柱載荷，主要有兩類原因：（1）固定閥失靈，如閥球及閥座本體損壞或有大塊異物卡死閥球，固定閥處于敞開狀態(tài)，抽油泵下行過程中，不能打開游動閥卸載；（2）嚴重氣鎖，導致抽油泵下行程泵筒壓力上升幅度不足以打開游動閥卸載。以上兩種情況均導致無法卸載，故上下行懸點載荷不變，功圖呈一條線（見圖1a、圖1b）。

圖1 上負荷線附近“一條線”示功圖（注：兩圖疊合，無色者代表正常功圖，顏色填充者代表異常功圖，下同）

現(xiàn)場可觀察到井口不出液、憋壓不起壓，憋壓時油壓上行起壓、下行降壓，但整體不上升。針對該類工況，在油井若洗井能建立循環(huán)，通過大排量反循環(huán)洗井排除固定閥處異物或解除氣鎖可恢復生產(chǎn)；若無法建立循環(huán)或固定閥本體損壞，則需檢泵恢復生產(chǎn)。

3.1.2 下負荷線附近功圖位于正常功圖下負荷線附近，與典型功圖對比，缺少AB、CD段，功圖僅在D→A、A→D間往復運動（見圖2a）。功圖始終位于下負荷線附近，即上下行懸點都只承受抽油桿本體全部質(zhì)量，形成該功圖的原因包括游動閥失靈、柱塞未進泵筒、柱塞斷脫、抽油桿底部斷脫。游動閥失靈、柱塞未進泵筒導致柱塞上下液體連通，柱塞不能承受上部油管液體載荷，故無法增載；柱塞斷脫、抽油桿底部斷脫導致桿柱與柱塞脫離，上沖程無法依托柱塞承受上部油管液體，故無法增載（見圖2a、圖2b）。

現(xiàn)場可觀察到井口不出液、憋壓不起壓，由于光桿往復進出油管，憋壓時可觀察到下行起壓、上行降壓，壓力整體不上升。由于上述四類故障原因功圖、現(xiàn)場情況基本相同，難以進一步確定，故可先嘗試反循環(huán)洗井解除游動閥失靈，若無效則檢泵進一步確定故障原因并恢復生產(chǎn)。

3.1.3 下負荷線以下功圖位于正常功圖下負荷線以下（見圖3），由于抽油桿斷脫，懸點僅承受小于抽油桿本體質(zhì)量的載荷，故功圖顯示載荷位于正常功圖最小載荷以下（見圖3a、圖3b）。

圖2 下負荷線附近“一條線”示功圖

圖3 下負荷線以下“一條線”示功圖

現(xiàn)場可觀察同3.1.2所述壓力變化，同時由于桿柱失載較多，抽油機運行不平衡，電流波動大。針對該類工況，可先計算斷脫位置，若斷脫位置較淺，可嘗試對扣恢復生產(chǎn)，若斷脫位置深或抽油桿為本體斷裂，則檢泵恢復。

3.2 整體雜亂型

整體雜亂型功圖指功圖整體無規(guī)則形狀、上下行無增卸載、“鋸齒狀”、面變化大，針對該類功圖，需結合油質(zhì)、井筒狀況等參數(shù)分析，常見的工況為稠油井轉抽初期油稠、桿式泵卡泵解封、砂卡、皮帶機抽油桿斷。

3.2.1 稠油井轉抽初期油稠塔河十區(qū)、十二區(qū)為稠油區(qū)塊，密度大（0.95 g/cm3～1.09 g/cm3），黏度高（700 mPa·s～1 800 000 mPa·s），十二區(qū)平均密度達1.027 g/cm3[5]，屬于稠油-超稠油-特稠油范疇[6]。

稠油井轉抽后多采用正反注稀油后配合摻稀生產(chǎn)，由于地層壓力較高、產(chǎn)液量大，通常出現(xiàn)稀稠混配不均或稠油混合修井帶入臟物（堵漏材料、管桿鐵銹、泥沙等）進泵，導致運行期間出現(xiàn)卡阻，測試功圖整體雜亂（見圖4）。

該功圖生產(chǎn)現(xiàn)場還可觀察到出液黏度大、光桿間斷滯后或抽油機抖動、電流波動大等現(xiàn)象，可進一步判斷工況?？赏ㄟ^加大摻稀生產(chǎn)，減少停機次數(shù)，泵筒及油管內(nèi)整體黏度降低，可自行恢復（見圖5）。

3.2.2 卡泵解封桿式泵隨深抽的全面推廣，桿式泵已成為稀油井生產(chǎn)的主要泵型，由于下泵深、稀油黏度小、液面低，抽油泵漏失量較大[7]，為減小抽油泵漏失量，深抽井均采用Ⅰ級間隙泵，間隙僅0.025 mm~ 0.088 mm。稀油區(qū)如托甫臺區(qū)等瀝青質(zhì)含量高，最高達33.4%（見表2）。生產(chǎn)中瀝青質(zhì)沿井筒上升，當溫度低于90℃時，瀝青質(zhì)堵塞物黏度急劇增加[8]，塔河油田平均地溫梯度約2.2℃/100m，瀝青質(zhì)析出點多在泵掛以下；另一部分砂巖井出砂較嚴重，出砂粒徑集中在0.015 6 mm~0.088 4 mm，進入柱塞間隙的風險極大。

圖4 稠油井轉抽初期整體雜亂實測示功圖

圖5 加大摻稀后恢復正常實測示功圖

表2 部分井瀝青質(zhì)含量表（含量高于20%）

析出的瀝青質(zhì)或地層砂進入泵筒后易導致卡泵，卡泵后若抽油機拉力超過桿式泵座封力，桿式泵解封，柱塞帶動泵筒做往復運動，并反復座封-解封，功圖特征為上行初期因解封增載，解封后快速卸載（LL′段），下行不卸載，運行至座封位置快速卸載，由于解封后桿柱不承受液柱壓力，故載荷于正常功圖下負荷線附近（見圖6a、圖6b）。

圖6 卡泵桿式泵解封示功圖

圖7 砂卡初期雜亂實測示功圖

圖8 砂卡導致柱塞卡死實測示功圖

圖9 皮帶式抽油機抽油桿斷示功圖

該工況導致功圖出現(xiàn)雜亂鋸齒狀的原因有兩個：（1）由于泵筒外壁不光滑，與泵座及油管發(fā)生不摩擦形成鋸齒狀；（2）抽油泵失去液柱載荷，桿柱在井筒內(nèi)存在較小但頻率較高的震動，故出現(xiàn)振幅較小的振動載荷。

由于桿式泵頻繁解封座封，現(xiàn)場觀察抽油機行至解封出現(xiàn)晃動，若進行打壓驗證，上死點正打壓不起壓，下死點正打壓起壓。該工況地面解卡可能性小，通常需通過檢泵恢復。

3.2.3 砂卡前文已述出砂是機采井的一大隱患，當出砂粒徑較小，不足以導致抽油泵瞬間卡死，地層砂在泵筒內(nèi)逐漸堆積，短期內(nèi)出現(xiàn)運行過程卡阻但不卡死的功圖，增卸載正常，但BC、DA段上下行過程中均出現(xiàn)鋸齒狀雜亂（見圖7），若未及時采取措施，泵筒內(nèi)異物逐漸增多，則最終導致柱塞卡死（見圖8）。

出現(xiàn)砂卡后，現(xiàn)場可觀察到抽油機無規(guī)律抖動，初期可通過大排量反循環(huán)洗井有望恢復泵況，后期需根據(jù)功圖變化情況定期洗井；若采取措施不及時，工況進一步惡化為柱塞卡死，則需通過檢泵恢復泵況。

3.2.4 皮帶式抽油機抽油桿斷皮帶式抽油機承載大、長沖程、節(jié)能，適合深抽井使用，深抽大多采用皮帶式抽油機。皮帶式抽油機電機位于下部，通過齒輪帶動鏈條傳動，其正常功圖在上下行過程中會出現(xiàn)輕微鋸齒狀，但功圖整體形狀規(guī)則，若抽油桿斷脫后失載后，功圖呈類“一條線”形狀，由于震動影響占比增加，故呈現(xiàn)波浪狀雜亂，功圖載荷位于正常功圖下負荷附近或以下（見圖9a，圖9b）?，F(xiàn)場特征及處理方式與游梁式抽油桿斷脫相同。

3.3 區(qū)域卡阻型

地層流體高含Ca2+和HCO3-，地層水隨井液上升，CO2分壓減小并逸散，促使CaCO3沉淀[9]，故在油管和抽油泵局部會發(fā)生CaCO3結垢；另雖泵筒內(nèi)壁和柱塞外壁采用鍍鉻技術，但其抗高濃度H2S能力仍有限[10]，可能出現(xiàn)腐蝕導致涂層脫落致柱塞與泵筒接觸面局部不光滑。泵筒內(nèi)壁部分區(qū)結垢或腐蝕等原因會導致抽油泵行至該區(qū)域時發(fā)生卡阻，其他區(qū)域運行正?；蚩ㄗ璨粐乐?，功圖特征為某一區(qū)域載荷會線性上升，柱塞通過卡阻段后，功圖形狀恢復平滑（見圖10）。

圖10 區(qū)域卡阻實測示功圖

現(xiàn)場最明顯的現(xiàn)象為抽油機和光桿在運行至卡阻段出現(xiàn)抖動、光桿滯后、電流上升，通過卡阻段后運行正常。針對該類工況，若因結垢導致卡阻，可以通過少量注酸溶解結垢恢復泵況，后期定期用低濃度酸洗井；若因柱塞或泵筒內(nèi)壁腐蝕所致，需通過檢泵恢復。

3.4 異常卸載型

異常卸載指功圖卸載線延長、推遲或無卸載，此處討論的異常卸載指除典型供液不足、游動閥漏等以外的異常功圖，主要為下死點快速卸載及二次卸載。

3.4.1 下死點快速卸載功圖特征為上行增載近似正常，下行程不卸載，在接近下死點時快速卸載（見圖11），其形成的主要原因是固定閥失靈，同時泵筒下部堆積異物或防沖距過小，導致上下行程過程中均不卸載，接近下死點因碰泵（或異物）快速卸載，其功圖形狀類似3.1.1所述固定閥失靈，不同之處在于下死點碰泵，導致快速卸載，其卸載量取決于碰泵程度或異物堆積程度。

現(xiàn)場與3.1.1所述游動閥失靈現(xiàn)象類似，另可觀察到光桿運行至下死點時，因碰泵發(fā)生輕微抖動或光桿滯后。針對該類工況，可先嘗試上調(diào)防沖距進一步核實，若確定為固定閥失靈，可通大排量洗井恢復生產(chǎn)，若無效則檢泵恢復生產(chǎn)。

3.4.2 二次卸載功圖特征為上行增載AB段正常，下行卸載CD段正常，功圖整體形狀正常，但下行至接近下死點時，載荷在此進一步呈線性下降，出現(xiàn)第二次卸載，即AE段（見圖12a，圖12b）。導致二次卸載的原因主要是防沖距過小，長距離碰泵使抽油桿柱質(zhì)量進一步卸至泵筒上。

對應泵況正常，現(xiàn)場可觀察到出液連續(xù)，憋壓起壓，但光桿運行至下死點時出現(xiàn)光桿滯后、抽油機抖動，且下死點處抽油機電流快速上升。針對該工況，需通過功圖測量碰泵距離，上調(diào)對應防沖距可恢復正常。

圖11 下死點快速卸載示功圖

圖12 二次卸載示功圖

4 結論

前人已總結出典型功圖可用于直接判斷工況，但由于油藏特殊性導致管、桿、泵工作環(huán)境惡劣，工況復雜，產(chǎn)生了大量非典型功圖，本文總結為4大類10小類。生產(chǎn)中對非典型功圖的工況判斷需結合圖形、泵型、抽油機型、油質(zhì)、出砂及瀝青質(zhì)情況、作業(yè)情況、現(xiàn)場現(xiàn)象等多方面的因素綜合判斷。工況基本確定后，需立即采取處理措施避免情況進一步惡化導致檢泵。

［1］楊小輝，劉毅，于國龍，等.塔河油田防氣技術分析［J］.石油機械，2014，42（7）：92－95.

［2］張海云.塔河油田典型示功圖分析［J］.油氣井測試，2003，12（2）：40－43.

［3］胡廣杰，易斌，田寶庫，等.抽油機井實測示功圖泵況診斷分析［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2008.

［4］馮焱昀.塔河油田典型示功圖分析及應用［J］.中國石油和化工標準與質(zhì)量，2014，（12）：52－55.

［5］李平，趙海洋，廖志勇，等.塔河油田西北部稠油基本性質(zhì)研究［J］.新疆石油地質(zhì)，2010，31（6）：601-603.

［6］何生，葉加仁，徐思煌，等.石油及天然氣地質(zhì)學［M］.武漢：中國地質(zhì)大學出版社，2010.

［7］吳修德，汪建華，李詩珍，等.抽油泵環(huán)隙漏失量的計算［J］.江漢石油學院學報，2003，25（1）：1－3.

［8］康志江，黃詠梅，易斌，等.塔河奧陶系油藏瀝青質(zhì)沉淀形成機理研究［J］.特種油氣藏，2008，15（6）：34－37.

［9］杜江.氣田地層水酸鹽結垢影響因素及趨勢預測［J］.石化技術，2016，23（2）：172-173.

［10］胡松陽，畢琳琳，張艷敏，等.電鍍鎢基合金抽油桿耐腐蝕性能試驗研究［J］.石油機械，2011，39（10）：12-15.

Analysis of atypical dynamometer card and judgment of working condition of Tahe oilfield

WU Yuanqin1，LIU Cong2，YU Guolong2，GUO Wenxiao2
（1.College of Energy，Chengdu University of Technology，Chengdu Sichuan 610059，China；2.Oil Production Plant 3 of SINOPEC Northwest Branch Company，Luntai Xinjiang 841604，China）

Tahe oilfield has entered the medium term,sucker rod pumping is the most important way to oil production,because of the reservoir characteristics,tubes,rods,pumps are generally working in a more hostile environment,the operating conditions of the machine are complicated.Previous authors have made a detailed summary of the typical dynamometer card of Tahe oilfield,most can be used to directly determine the operating conditions.But there are many complex,rare,multi solution,hard dynamometer card in actual production whitch caused certain obstacles to the condition judgment.The definition of this type of work is atypical dynamometer card in this paper,according to the shape feature it is subdivided into 4 major categories and 10 small class.Contrast with theoretical dynamometer card,starting with the position and the load change,analysis the reasons for the formation of the dynamometer card by combining with the phenomenon of the field,equipment structure,pumpinspection,and puts forward the countermeasures to solve it,in order to improve the types of common dynamometer card and provid basis for the treatment of the complicated working conditions.

artificial lift；working condition；atypical；dynamometer card

TE355.5

A

1673-5285（2017）02-0058-07

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.02.014

2016－12-24

吳元琴，女（1988-），助教，油氣田開發(fā)工程在讀博士，2013年獲得成都理工大學油氣田開發(fā)工程碩士學位，主要從事采油工程、儲層改造與保護技術研究工作，郵箱：wuyaunqin007@163.com。