抽油機(jī)懸點(diǎn)上負(fù)荷過(guò)大的危害及治理對(duì)策探討

齊安煒 羅先強(qiáng)（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

引言

抽油機(jī)井驢頭懸點(diǎn)上負(fù)荷由以下因素組成，如：抽油桿在液體中的質(zhì)量、作用在活塞上的液柱質(zhì)量、桿柱運(yùn)動(dòng)造成的慣性載荷、活塞與泵筒之間的摩擦載荷、管桿之間的摩擦載荷及井口回壓。

抽油機(jī)井懸點(diǎn)上負(fù)荷過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致抽油機(jī)井啟抽困難，能耗增大，同時(shí)，抽油桿疲勞加劇，易造成管串落井事故，增加井下作業(yè)費(fèi)用，影響油井產(chǎn)能正常發(fā)揮。

隨著最近5年來(lái)原油上產(chǎn)力度的加大，單井的產(chǎn)液量逐年增大，油井泵徑逐漸增大。然而，抽油機(jī)同步升級(jí)較慢，導(dǎo)致油井懸點(diǎn)上負(fù)荷超理論最大載荷井逐年上升，從2014年的253口，到2018年達(dá)到了703口，增長(zhǎng)了450口井（表1）。

2018年7月，全區(qū)抽油機(jī)井正常生產(chǎn)3 247口井，油機(jī)井懸點(diǎn)上負(fù)荷超理論載荷井有703口，占總井?dāng)?shù)的21.6%，其中B區(qū)井?dāng)?shù)最多（354口）。這部分井平均泵徑59 mm、平均沖程2.4 m、沖速4.1 min-1、日產(chǎn)液19.6 t、日產(chǎn)油1.5 t、沉沒(méi)度240.5 m（表2）。

表1 近5年抽油機(jī)井懸點(diǎn)上負(fù)荷超理論最大值井變化趨勢(shì)

表2 抽油機(jī)井懸點(diǎn)上負(fù)荷超理論載荷井目前生產(chǎn)情況統(tǒng)計(jì)

1 油井懸點(diǎn)上負(fù)荷過(guò)大的危害

1）油井能耗增大，浪費(fèi)油田電能。2018年上半年統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)效率共計(jì)測(cè)試377口井，其中懸點(diǎn)上負(fù)荷超理論最大負(fù)荷井有42口井。選取與超理論最大負(fù)荷井日產(chǎn)液量基本相同的284口井進(jìn)行對(duì)比，平均單井有功功率增加了1.3 kW，噸液耗電增加了10.4kWh/t，系統(tǒng)效率下降了3.1個(gè)百分點(diǎn)（表3）。

表3 2018年上半年超理論最大負(fù)荷井與對(duì)比井的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2）抽油桿疲勞加劇，引發(fā)管串落井事故，增加作業(yè)費(fèi)用。統(tǒng)計(jì)2018年1—6月全區(qū)內(nèi)檢泵井366口，其中超負(fù)荷井109口，占總檢泵井?dāng)?shù)的29.8%；其他井421口，其中超最大負(fù)荷井156口，占其他井總井?dāng)?shù)的37.1%，油井懸點(diǎn)載荷超理論最大負(fù)荷井作業(yè)頻率明顯高于載荷正常井（表4）。

表4 2018年1—6月檢泵井/其他井統(tǒng)計(jì)

2 降低油井懸點(diǎn)上負(fù)荷對(duì)策

抽油機(jī)懸點(diǎn)上負(fù)荷計(jì)算公式如下：

式中： ρs——抽油桿（鋼）密度，取7 850 kg/m3；

g——重力加速度，取9.807 m/s2；

Ar——抽油桿橫截面積，m2；

L——抽油桿柱長(zhǎng)度，m；

ρl——抽汲液密度，kg/m3

Ap——活塞截面積，m2；

Wr——抽油桿柱質(zhì)量，t；

S——光桿沖程，m；

n——沖速，min-1；

r——曲柄半徑，m；

l——連桿長(zhǎng)度，m；

Fbu——上沖程中井口回壓造成的選點(diǎn)載荷，N；

Fu——上沖程中的最大摩擦載荷，N。

從上述公式可以看出，通過(guò)降低抽油桿的桿徑、質(zhì)量、抽油桿與油管之間的摩擦力、油井井口回壓、沖程、沖速，可有效降低抽油機(jī)井的懸點(diǎn)上負(fù)荷[1]。

1）對(duì)懸點(diǎn)載荷突然上升井，及時(shí)進(jìn)行化清處理，減輕桿管的摩擦阻力，降低懸點(diǎn)負(fù)荷[2]。統(tǒng)計(jì)2018年上半年，全區(qū)化清共計(jì)2 698井次，化清前懸點(diǎn)上負(fù)荷平均值為56.22 kN，化清后下降到48.3 kN，下降了7.92 kN，油井懸點(diǎn)上負(fù)荷有了明顯的下降，取得了良好的效果（表5）。

表5 2018年1—6月化清效果統(tǒng)計(jì)

2）對(duì)回壓高井定期打干線。液流在地面管線中的流動(dòng)阻力所造成的井口回壓，將會(huì)對(duì)懸點(diǎn)產(chǎn)生附加載荷，其性質(zhì)與油管內(nèi)液體的作用載荷相同，都會(huì)增加油井的懸點(diǎn)上負(fù)荷[3]；因此，對(duì)高回壓井進(jìn)行定期治理，能夠有效降低油井懸點(diǎn)上負(fù)荷，保證油井正常生產(chǎn)。

3）隨檢泵作業(yè)，合理優(yōu)化油井桿管泵組合，降低懸點(diǎn)上負(fù)荷。抽油桿桿柱所受的重力在上沖程中始終作用在懸點(diǎn)上，產(chǎn)生了懸點(diǎn)靜載荷，其方向始終向下，故增加了懸點(diǎn)載荷。通過(guò)對(duì)井下桿管泵組合進(jìn)行優(yōu)化，適當(dāng)換小桿徑，可以在一定程度上降低抽油機(jī)井的懸點(diǎn)上負(fù)荷[4]（表6）。

表6 不同泵徑、不同桿柱組合下理論懸點(diǎn)上負(fù)荷計(jì)算

4）對(duì)于懸點(diǎn)上負(fù)荷長(zhǎng)期超理論值、采用化清等方式已經(jīng)無(wú)法有效降低油井懸點(diǎn)上負(fù)荷的井，建議適當(dāng)換大抽油機(jī)型[5]，降低油井故障率，保障油井安全平穩(wěn)生產(chǎn)。2015年至2018年全區(qū)換機(jī)井累計(jì)87口，換機(jī)后抽油機(jī)井故障率有了明顯降低（表7）。

表7 2015—2018年換機(jī)井?dāng)?shù)統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）油井驢頭懸點(diǎn)上負(fù)荷包括抽油桿在液體中的質(zhì)量、作用在活塞上的液柱質(zhì)量、桿柱運(yùn)動(dòng)造成的慣性載荷、活塞與泵筒之間的摩擦載荷、管桿之間的摩擦載荷及井口回壓。

2）油井懸點(diǎn)上負(fù)荷過(guò)高會(huì)導(dǎo)致抽油機(jī)井啟抽困難，同時(shí)能耗增大，抽油桿疲勞加劇，易造成管串落井事故，增加井下作業(yè)費(fèi)用，影響油井產(chǎn)能正常發(fā)揮。

3）通過(guò)化清處理，降低油井桿管之間的摩擦力，高回壓井打干線，合理優(yōu)化桿管組合，可有效降低懸點(diǎn)上負(fù)荷，保證油井高效平穩(wěn)生產(chǎn)。