抽油機(jī)井舉升工藝方案設(shè)計方法研究

張華先 潘晨 虞小衛(wèi) 蔡旭東

摘 要：目前，我國的科技發(fā)展十分想迅速，為了保證抽油機(jī)舉升工藝系統(tǒng)滿足生產(chǎn)要求、提高整個系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、延長設(shè)備的整體壽命，需要對抽油機(jī)舉升工藝系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)舉升工藝方案設(shè)計思路，對每一項(xiàng)設(shè)計內(nèi)容的預(yù)測方法進(jìn)行歸納匯總，并對應(yīng)用中的注意事項(xiàng)及局限性進(jìn)行分析，對抽油機(jī)井舉升工藝方案設(shè)計起到積極地指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：抽油機(jī);舉升工藝;方案;設(shè)計方法

0 引言

如今我國對油田資源的開發(fā)開始進(jìn)入后期階段，當(dāng)前因?yàn)獒槍酆衔矧?qū)油技術(shù)的開發(fā)手段與運(yùn)用技術(shù)都在不斷完善，我廠實(shí)踐所匯集的數(shù)據(jù)也顯示抽油機(jī)井檢泵率指標(biāo)指數(shù)也節(jié)節(jié)攀升，從舉升工藝“硬件”潛力看，基本上達(dá)到了極限。今后降低其檢泵率的重要舉措是，從舉升工藝的管理方面出發(fā)，研究也進(jìn)入了后期階段，通過完善相關(guān)的工作制度，保證抽油機(jī)井的合理運(yùn)行，除此之外，還希望達(dá)成抽油機(jī)穩(wěn)定、長期的生產(chǎn)，這對油田開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益的提高有著十分重要的作用。

1 抽油機(jī)井舉升工藝適應(yīng)性分析系統(tǒng)動態(tài)控制圖和參數(shù)

1.1 抽油機(jī)井地面設(shè)備動態(tài)控制圖

1）參數(shù)的選擇能夠反映抽油機(jī)井地面設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的主要特性參數(shù)有懸點(diǎn)載荷、曲柄軸輸出扭矩、電機(jī)實(shí)耗功率。2）驢頭懸點(diǎn)載荷驢頭懸點(diǎn)載荷是反映抽油機(jī)井的工作能力的重要參數(shù)之一，也是選型的主要依據(jù)，當(dāng)抽油機(jī)工作時，驢頭懸點(diǎn)主要承受以下五種載荷，即：（1）抽油桿桿柱重;（2）油管內(nèi)活塞以上液柱重;（3）抽油桿柱和液柱在運(yùn)轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的慣性載荷;（4）抽油桿柱和液柱在運(yùn)轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的振動載荷;（5）活塞與泵筒、抽油桿與油管內(nèi)壁的摩擦，以及抽油桿與液柱、液流與油管內(nèi)壁的摩擦等。若不考慮摩擦載荷的影響，抽油機(jī)井懸點(diǎn)最大載荷Pmax和最小載荷Pmin：Pmax=Wl+Wr（1+SN2/1790）Pmax——抽油機(jī)井懸點(diǎn)最大載荷，單位（N）;Wl——柱塞以上液體的重力，單位（N）;Wr——桿柱在空氣中的重力，單位（N）;SN2/1790——無因次動載荷系數(shù);Pmin=Wrl-Wr×SN2/1790Wrl——桿柱在液體中的重力，單位（N）;抽油機(jī)井負(fù)載利用率f：f=P實(shí)際/P銘牌×100%P實(shí)際——抽油機(jī)現(xiàn)場實(shí)測載荷，單位（KN）;P銘牌——抽油機(jī)銘牌允許最大載荷，單位（KN）;3）減速箱曲柄軸輸出扭矩減速箱曲柄軸輸出扭矩是衡量抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的重要技術(shù)參數(shù)，其經(jīng)驗(yàn)公式M實(shí)際：M實(shí)際=30S-0.236S×（Pmax-Pmin）抽油機(jī)井減速箱曲柄軸輸出扭矩利用率M：M=M實(shí)際/M銘牌×100%M實(shí)際——抽油機(jī)減速箱曲柄軸實(shí)測輸出扭矩，單位（KNm）;M銘牌——抽油機(jī)減速箱曲柄軸銘牌輸出最大扭矩，單位（KNm）.

1.2 抽油機(jī)井地面設(shè)備適應(yīng)性動態(tài)控制圖的繪制

此時若是將期減速箱扭矩利用率轉(zhuǎn)變成為X軸的情況下，那么可以把負(fù)載利用率當(dāng)做四Y軸，再構(gòu)建相應(yīng)的直角坐標(biāo)系，此時繪制出的控制圖能夠檢驗(yàn)抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)中液量和泵徑，之間的具體運(yùn)行是否完全匹配，如果電機(jī)功率的利用率為X軸，那么可以Y軸的負(fù)載利用率具體來描繪出相關(guān)的適應(yīng)性動態(tài)控制圖，這個繪制的圖片能夠具體檢驗(yàn)液量與電機(jī)相互間是否完全匹配。

1.3 抽油泵設(shè)計

（1）下泵深度的確定抽油泵的作用是將不低于預(yù)測產(chǎn)液量的流體舉升至地面。產(chǎn)液量和井底流壓決定泵的下入深度。常用的下泵深度預(yù)測方法有經(jīng)驗(yàn)公式法和供排協(xié)調(diào)點(diǎn)法。經(jīng)驗(yàn)公式（3）依據(jù)井筒多相流壓力分布特點(diǎn)，用于下泵深度估算。

式中：Hp—下泵深度，m;Hz—油層中部，m;Pfs—井底流壓，MPa;Pλ—泵吸入口壓力，MPa;γo—混合液密度，g/cm3。應(yīng)用設(shè)計軟件繪制IPR曲線和不同下泵深度的流出曲線，得出多個協(xié)調(diào)點(diǎn)處的井底流壓和產(chǎn)量，選取滿足產(chǎn)能預(yù)測要求的協(xié)調(diào)點(diǎn)，對應(yīng)的下泵深度即為投產(chǎn)初期抽油泵的下泵深度。

1.4 抽油泵適應(yīng)性動態(tài)控制圖

抽油機(jī)井生產(chǎn)過程是油層生產(chǎn)能力和深井泵工況相互影響、協(xié)調(diào)的過程。抽油機(jī)井動態(tài)控制圖是在平面坐標(biāo)圖中描述井底流壓與抽油泵泵效之間的關(guān)系，是地層供液能力同抽油泵排液能力有機(jī)結(jié)合。由于目前流壓是通過泵吸入壓力和油層中深到泵吸入口液柱壓力計算得到的。在套壓合理的條件下，應(yīng)用沉沒率（沉沒度/泵深×100%）替代流壓，相比更直觀反映油層供液能力。抽油泵動態(tài)控制圖的繪制橫坐標(biāo)為泵效，縱坐標(biāo)為沉沒率;如圖2-3所示。低效區(qū)：泵效0-20%，沉沒率0-40%;泵效20%-30%，沉沒率0-30%。分析原因：單井供液能力差。檢泵區(qū)：泵效0-20%，沉沒率40%-100%;泵效20%-30%，沉沒率70%-100%。分析原因：由于斷脫、漏失等原因異常。下調(diào)參數(shù)區(qū)：泵效30%-70%，沉沒率0-20%。分析原因：工作制度不合理，參數(shù)偏大。上調(diào)參數(shù)區(qū)：泵效30%-80%，沉沒率70%-100%。分析原因：工作制度不合理，參數(shù)偏小。待落實(shí)區(qū)：泵效80%以上，沉沒率0-50%;泵效70%-80%，沉沒率0%-30%。分析原因：選值資料不準(zhǔn)，需核實(shí)。自噴區(qū)：泵效80%以上，沉沒率50%-100%。分析原因：參數(shù)偏小，供液能力大。

2 抽油桿和抽油機(jī)的確定

根據(jù)《采油工程手冊》中的計算公式，結(jié)合下泵深度、泵徑預(yù)測結(jié)果，預(yù)測設(shè)計井的最大載荷、最小載荷、扭矩、抽油桿折算應(yīng)力。參考抽油桿使用安全系數(shù)和抽油機(jī)選型要求，進(jìn)行抽油桿組合的選配和抽油機(jī)選型。大慶油田抽油桿工作安全系數(shù)為1.2;抽油機(jī)的載荷利用率小于90%、扭矩利用率小于90%。抽油機(jī)選型時要參考相似區(qū)塊的已投產(chǎn)井示功圖載荷對計算公式進(jìn)行修正。

3 抽油機(jī)井舉升工藝適應(yīng)性分析系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用情況

抽油機(jī)井舉升工藝適應(yīng)性動態(tài)控制圖是抽油機(jī)井總井?dāng)?shù)根據(jù)單月數(shù)據(jù)統(tǒng)計的。相對時間而言是靜態(tài)的。為了連續(xù)觀測抽油機(jī)單井舉升工藝適應(yīng)性變化情況，引入抽油機(jī)單井措施跟蹤圖表，提高適應(yīng)性動態(tài)控制圖的監(jiān)測和措施后的跟蹤功能，加強(qiáng)了措施的針對性和可靠性，完善了適應(yīng)性控制圖“動態(tài)”的含義。

4 結(jié)語

（1）抽油機(jī)井動態(tài)控制圖根據(jù)目前的研究發(fā)現(xiàn)，其還有待進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計，但是不可忽視的是，該工藝的適應(yīng)性分析體系應(yīng)用價值非常高，也能夠很大程度上讓追蹤的數(shù)據(jù)更加精確，提高工作人員的工作效率。（2）通過在抽油機(jī)井上的應(yīng)用情況分析可知，其中還是存在著一些不足之處，有必要采取一定的策略和方法來加以完善，使其提供的維護(hù)和治理效果達(dá)到最佳狀態(tài)。（3）結(jié)合具體的計算機(jī)輔助工作和實(shí)踐應(yīng)用數(shù)據(jù)可以提高整個抽油機(jī)井的數(shù)據(jù)收集正確率與使用效率，這從根本上滿足了整個油田日后發(fā)展的要求。

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