游梁式抽油機(jī)井機(jī)桿泵組合方式探討

程亮亮 夏紅新 杜偉

【摘 要】孤東油田七區(qū)中單元1987年投入注水開發(fā)以來，一直以機(jī)械采油為主要的采油工藝。在2001年轉(zhuǎn)入聚合物驅(qū)開發(fā)后，隨著油井見聚濃度的高低變化，油井產(chǎn)能，井筒動液面，設(shè)備載荷，動力耗能等參數(shù)都會相應(yīng)發(fā)生了變化。為使油井保持經(jīng)濟(jì)、高效生產(chǎn)，進(jìn)行了機(jī)、桿、泵組合分析，并根據(jù)分析結(jié)果對油井工作制度進(jìn)行了合理的優(yōu)化，取得了較好的治理效果。

【關(guān)鍵詞】聚合物驅(qū)；抽油機(jī)；機(jī)桿泵組合；效率

抽油機(jī)井在聚合物驅(qū)生產(chǎn)過程中隨著聚合物采出液含聚合物濃度的上升，含水下降，負(fù)荷變重，使得桿、管偏磨，泵閥座不嚴(yán)，造成桿斷脫、泵漏現(xiàn)象十分嚴(yán)重，影響了聚合物驅(qū)油的效果。抽油桿與油管偏磨比水驅(qū)時速度和程度加劇，主要原因是聚合物驅(qū)采出液比水驅(qū)油井的粘度增加，導(dǎo)致與粘度有關(guān)的各種摩擦力增加，聚合物驅(qū)抽油機(jī)井見聚后下行阻力較水驅(qū)時增大，使得抽油桿柱失穩(wěn)產(chǎn)生縱向彎曲的變形波數(shù)增加，同時由于聚合物溶液屬于粘彈性流體，在抽油桿和油管環(huán)形空間流動時，對抽油桿產(chǎn)生法向力。因此抽油桿在下行阻力和法向力雙重作用下，與油管偏磨加劇，桿斷率增加，作業(yè)井次明顯增加。影響聚合物驅(qū)后油井生產(chǎn)；同時作業(yè)費用增加，使得采油成本加大。如何選擇好抽油設(shè)備，實現(xiàn)桿、管、泵、抽油機(jī)的最優(yōu)組合。

1、抽油桿的選擇

抽油桿的選擇主要包括確定抽油桿的長度、直徑、組合及材料，下泵深度確定后，抽油桿的長度就定了。為了保證抽油桿安全工作，必須根據(jù)材料及強度來確定其直徑。抽油桿在工作過程中，承受不對稱循環(huán)載荷的作用，上部光桿承受的載荷包括：抽油桿柱的載荷，液柱載荷，抽油桿柱、油管柱和液柱的慣性載荷，抽油桿柱在運動中受的摩擦阻力，抽油管柱和油管柱的彈性引起的振動載荷，由液擊引起的沖擊載荷，由井斜變化、螺紋不同心、懸繩器擺動等因素造成的扭力等七方面的力。而抽油桿柱承受的載荷隨深度有所變化，如抽油桿柱載荷越往下越小，加上下部抽油桿柱所承受的上頂力的作用，在中和點以下抽油桿柱由承受張應(yīng)力變成壓應(yīng)力，迫使抽油桿彎曲，增大了扭力和摩擦力，使得下部抽油桿工作條件更加惡劣。因此，抽油桿柱承受的不是簡單的不對稱循環(huán)載荷，而實際上中和點以下的抽油桿承受的是不對稱拉壓循環(huán)載荷，加上抽油桿柱本身未加工面積達(dá)85%以上，不可避免地會有疲勞源存在，從而產(chǎn)生疲勞斷裂。

注聚開發(fā)后，原油密度增大，抽油機(jī)負(fù)荷增大，因此，選擇的抽油機(jī)直徑需要適當(dāng)增加。目前經(jīng)常使用的抽油桿直徑多為19mm，22rnm，25 rrmm三種，而又以22mm抽油桿居多。對于下泵較深的井，可以采用不同直徑的抽油桿，上部用粗的，下部用細(xì)的，因為上部抽油桿承受負(fù)荷較下部大，這樣可以減輕總的抽油桿重量，降低驢頭負(fù)荷。

2、抽油機(jī)的選擇

游梁式抽油機(jī)是孤東油田主要的機(jī)械采油設(shè)備。在機(jī)械采油井中，游梁抽油機(jī)井又占機(jī)械采油井的96%左右。游梁抽油機(jī)系統(tǒng)的運行特點游梁抽油機(jī)是機(jī)、桿、泵組成的復(fù)雜系統(tǒng)，其運行特點有三個。（1）游梁抽油機(jī)是一種帶有沖擊性的周期交變負(fù)載，起動轉(zhuǎn)矩大，在一個周期（一個沖次）內(nèi)負(fù)載波動很大。這種負(fù)載要求驅(qū)動電機(jī)在選擇容量時留有足夠的余量，以保證帶載起動時能克服抽油機(jī)較大的慣性扭矩，滿足起動要求。在運行時有足夠的過載能力，以克服交變載荷的最大扭矩。

抽油機(jī)是油井生產(chǎn)過程中不輕易更換的設(shè)備。選擇時應(yīng)考慮到在長期生產(chǎn)中有利于充分發(fā)揮油層的最大生產(chǎn)能力，而又不致超負(fù)荷運轉(zhuǎn)一定型號的抽油機(jī)，都有其允許的最大負(fù)荷及可供調(diào)節(jié)的沖程和沖次。在具體選用時，所遵循的原則是：用最大沖程、沖數(shù)及選用一定泵徑后，既滿足油井最大可能的產(chǎn)量，同時在此參數(shù)配合和需要的最大下泵深度下，懸點最大載荷及減速箱輸出軸的扭矩又不超過它的允許值。在實際選用時，一般采用計算法：（1）根據(jù)油井可能的最大產(chǎn)量初步確定泵徑、沖程、沖次；（2）根據(jù)油井可能的最大產(chǎn)量下，需要的下泵深度和抽吸參數(shù)，初選抽油桿組合；（3）由已選出的f，s，n組合及抽油桿柱，計算懸電最大載荷和減速箱輸出軸扭矩；（4）根據(jù)計算的最大載荷和扭矩、及選擇的s和n，查各型抽油機(jī)的技術(shù)規(guī)范表，選出需要的抽油機(jī)型號；（5）初選后，再進(jìn)行參數(shù)配合及抽油機(jī)和抽油桿柱的校核，如校核不合格，則調(diào)整后重新進(jìn)行校核。

3、抽油泵的選擇

由于孤東油田大局部已進(jìn)入了高含水開發(fā)期，加上高含砂、低溫蒸氣稠油開采、注聚合物開采及強腐蝕的介質(zhì)環(huán)境和井況差等要素影響，柱塞抽油泵的泵筒和柱塞的磨損、腐蝕、劃傷越來越嚴(yán)重，油井均勻檢泵周期越來越短，有的甚至不到30天就需求檢泵，嚴(yán)重影響油田開發(fā)綜合經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)步。

泵筒和柱塞摩擦副及四周任務(wù)環(huán)境和條件構(gòu)成了一個摩擦學(xué)零碎，這一零碎的腐蝕磨損量由泵筒的腐蝕磨損量和柱塞的腐蝕磨損量的總和所決議。而泵筒和柱塞各自的腐蝕磨損量則由構(gòu)成資料的物理機(jī)械化學(xué)功能、互相運動關(guān)系、任務(wù)環(huán)境和條件等要素決議。最終從抽油泵角度上看，泵筒和柱塞的資料和外表處置工藝的選擇成為決議這個摩擦學(xué)零碎腐蝕磨損量的決議要素

選擇并優(yōu)化泵筒和柱塞資料和外表處置工藝的目的是讓這個摩擦學(xué)零碎的腐蝕磨損量到達(dá)最小。由于影響要素眾多，所以泵筒和柱塞的資料選擇婚配依然沒有一個實際指點，研發(fā)人員目前做的最多的任務(wù)是選擇各種泵筒和柱塞的資料和外表處置工藝，然后在一定的腐蝕磨損條件下停止室內(nèi)摩擦磨損實驗，從實驗的后果來確定在這種實驗條件下，應(yīng)該選擇什么樣的泵筒柱塞資料。這里引見兩種實驗后果

抽油泵也叫深井泵。它是有桿機(jī)械采油的一種專用設(shè)備，泵下在油井并筒中動液面以下一定深度，依靠抽油桿傳遞抽油機(jī)動力，將原油抽出地面。除了確定直徑外，還必須根據(jù)油并條件選擇泵的類型及間隙配合。泵深在400 m以內(nèi)的淺井，如果具有較大的腐蝕性，且含砂不大于0.1%，一般可選用皮碗泵；1000 m以內(nèi)的井，如果具有較大的腐蝕性，且含砂量小于0.2%，油井結(jié)蠟較嚴(yán)重，或油較稠者應(yīng)采用管式泵；產(chǎn)液較小的中深或深井可采用桿式泵?；钊鸵r套的間隙要根據(jù)原油粘度、井溫、含砂量等資料來選（表1）。

表1 活塞與缸套的配合間隙

4、現(xiàn)場實際應(yīng)用情況

孤東油田七區(qū)中Ng4-6注聚開發(fā)單元，年實施機(jī)桿泵組合優(yōu)化后，躺井率指標(biāo)和免修期都較聚驅(qū)結(jié)束前期有了較大幅度的提高，抽油機(jī)完好率由原來的96%提高到97.9%以上，躺井率由注聚原來的5.6%下降到目前的4.3%；油井免修期由注聚前期的325d上升到目前的412d，保持了良好的開發(fā)勢頭。

【參考文獻(xiàn)】

[1]大慶油田高含水期注采工藝技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1999.