姬塬油田油井降載提效技術(shù)分析與應(yīng)用

王 科，段曉苗，白雪峰，劉康飛，張 恒

（中國石油長慶油田分公司第五采油廠，陜西定邊 718600）

1 抽油井懸點(diǎn)所承受的載荷分析

抽油機(jī)在正常工作時(shí)，懸點(diǎn)所承受的載荷根據(jù)其性質(zhì)可分為靜載荷、動(dòng)載荷、摩擦載荷及抽油過程中產(chǎn)生的其他載荷。

在只考慮靜載荷、動(dòng)載荷下的抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷公式[1-3]為:

式中:Pmax-懸點(diǎn)最大載荷，kN；Pmin-懸點(diǎn)最小載荷，kN；A-不同泵掛深度最大載荷系數(shù)；s-沖程，m；n-沖次，min-1；Ar-抽油桿截面積，m2；ρr-抽油桿密度，t/m3；ρ1-液體密度，kg/m3；g-重力加速度；Lp-泵深，m；Ap-抽油泵柱塞截面積，m2。

分析計(jì)算公式可知，降低抽油桿徑、抽油泵徑和運(yùn)行沖次是降低抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷的有效途徑。

2 減載技術(shù)研究及應(yīng)用效果

2.1 提強(qiáng)度降桿徑降載技術(shù)

2.1.1 提強(qiáng)度降桿徑降載技術(shù)原理分析 通過對(duì)姬塬油田不同井深下懸點(diǎn)載荷的計(jì)算對(duì)比分析看出（見表1），桿柱載荷比例占79%～83%，液柱載荷比例（抽油泵載荷所占比例）為13%～17%，其他載荷占4%。

表1 姬塬油田不同井深下各類載荷所占比例統(tǒng)計(jì)表

2.1.2 抽油桿柱質(zhì)量最輕抽油桿柱設(shè)計(jì)方法 從上節(jié)分析得知，抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷主要由桿柱載荷、液柱載荷等組成，通過對(duì)油田不同井深下抽油機(jī)井懸點(diǎn)載荷組成進(jìn)行計(jì)算統(tǒng)計(jì)分析得出（見表2，表3），降低桿柱載荷是減小懸點(diǎn)載荷的最有效途徑。

表2 EH 級(jí)抽油桿與H 級(jí)抽油桿力學(xué)性能對(duì)比表

由表2 可知，EH、H 級(jí)抽油桿比D 級(jí)抽油桿有更好的力學(xué)性能，在其他參數(shù)一定的條件下，EH、H 級(jí)抽油桿的極限下深明顯高于D 級(jí)。

由表3 可以看出，同一下泵深度，在滿足抽油桿柱使用強(qiáng)度的條件下，桿柱直徑降低一級(jí)桿柱載荷下降25%左右，“提強(qiáng)度、降桿徑”是在保證抽油桿下井后正常生產(chǎn)運(yùn)行前提下降低抽油機(jī)載荷的最有效途徑。

表3 不同桿柱組合下的懸點(diǎn)最大載荷

2.1.3 降桿徑應(yīng)用效果 地X液量2.17m3，泵深1520m，泵徑32 mm，該井于2015 年6 月1 日優(yōu)化桿徑，截至目前正常生產(chǎn)檢泵1 400 d。降低桿徑后最大載荷下降20.2%，下降9.7 kN，檢泵周期大幅延長（見表4）。

2.1.4 提強(qiáng)度應(yīng)用效果 為解決深井抽油桿斷問題，2019 年引入EH 級(jí)抽油桿技術(shù)，EH 級(jí)抽油桿采用小桿體大螺紋結(jié)構(gòu)，運(yùn)用表面超音頻感應(yīng)淬火工藝，提高抽油桿抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度可達(dá)1 050～1 350 MPa。EH級(jí)桿與H 級(jí)桿相比，抗拉強(qiáng)度提高10%左右，許用應(yīng)力提高近30%。目前完成4 口井試驗(yàn)，已正常生產(chǎn)284 d，效果明顯，未發(fā)生桿斷（見表5）。

2.2 降低沖次降載技術(shù)

2.2.1 降低沖次降載原理分析 由理論公式分析可知，降低沖次可以有效降低抽油機(jī)動(dòng)載荷，動(dòng)載荷由慣性載荷和振動(dòng)載荷組成。抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，驢頭帶著抽油桿柱和液體做變速運(yùn)動(dòng)，因而產(chǎn)生抽油桿柱和液柱的慣性力，產(chǎn)生慣性力除與抽油桿柱和液柱的質(zhì)量有關(guān)外，還與沖次的平方成正比。

合理的抽汲參數(shù)是油井高效生產(chǎn)的保障，理論研究與現(xiàn)場試驗(yàn)均表明，抽汲參數(shù)（沖程、沖次、泵徑、下泵深度以及抽油桿尺寸）對(duì)懸點(diǎn)載荷有顯著影響。降低抽油沖次，一方面有效提高了泵的充滿程度提高抽油泵效，降低了抽油機(jī)懸點(diǎn)動(dòng)載荷，減少“液擊現(xiàn)象”產(chǎn)生的沖擊載荷，減少桿柱故障。另一方面減少了管桿間的偏磨，減少了管柱故障。

表4 降桿徑效果統(tǒng)計(jì)表

表5 提油桿強(qiáng)度效果跟蹤表

與沖程參數(shù)比較，沖次調(diào)整簡單、易于實(shí)現(xiàn)，沖次降低，改變以水換油、以電換油的現(xiàn)狀，更適用于姬塬油田低產(chǎn)井。

2.2.2 降低沖次降載效果 2019 年作業(yè)區(qū)共計(jì)實(shí)施沖次優(yōu)化415 井次，平均泵效提高5.6%，平均最大載荷下降2.3%、下降1.4 kN（見表6）。

2.3 降泵徑降載技術(shù)

通過理論公式分析，其它條件不變，隨著泵徑不斷減小，液柱載荷在不斷減小，最大懸點(diǎn)載荷也不斷減小。

針對(duì)日產(chǎn)液小于5 m3堅(jiān)持使用28 mm 泵，針對(duì)頻繁斷脫井、低沉沒度井進(jìn)行泵徑優(yōu)化。2019 年共實(shí)施泵徑優(yōu)化112 井次，平均泵效提高14.1%，懸點(diǎn)最大載荷下降7.9%、下降5.0 kN（見表7）。

2.4 清蠟降載技術(shù)

油田開發(fā)之后，油井會(huì)出現(xiàn)結(jié)蠟的現(xiàn)象。油井井筒結(jié)蠟后會(huì)增加油桿上下運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力，集油管線結(jié)蠟會(huì)使管線內(nèi)徑變小增加原油流動(dòng)阻力使回壓上升，回壓上升會(huì)增加液柱載荷。油井清蠟可以降低摩擦載荷和液柱載荷實(shí)現(xiàn)降載。

姬塬油田目前主要的清蠟方式是熱力清蠟、化學(xué)清防蠟和機(jī)械清蠟三種。熱力清蠟是移動(dòng)熱洗撬自熱熱洗清蠟和蒸汽熱洗清蠟這兩種，效果明顯。化學(xué)清蠟主要是井筒投加清蠟劑。2019 年結(jié)合功圖量油載荷曲線變化、修井現(xiàn)場核實(shí)、套氣大小情況，分析清蠟方式的適應(yīng)性，對(duì)3 t 以上油井蒸汽熱洗，3 t 以下移動(dòng)熱洗撬熱洗；2019 年全年完成井筒熱洗2 230 井次，上電流平均下降1.5 A，平均最大載荷下降比例1.5%、下降0.9 kN（見表8）。

表6 降沖次降載提效統(tǒng)計(jì)表

表7 降泵徑降載提效統(tǒng)計(jì)表

表8 井筒清蠟降載提效統(tǒng)計(jì)表

表9 抽油機(jī)井降載技術(shù)降低維護(hù)性作業(yè)頻次效益測算表

3 應(yīng)用效果

2019 年，抽油機(jī)井減載提效技術(shù)在姬塬油田低效井中進(jìn)行了560 口油井的推廣應(yīng)用，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了井筒供采平衡，“降低懸點(diǎn)載荷、提高充滿程度”為主的低滲油田有桿泵采油管理方法得到了驗(yàn)證，達(dá)到了提高油井泵效、降低管柱和桿柱故障井次、降低生產(chǎn)運(yùn)行成本的目的，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。具體表現(xiàn)在節(jié)電、延長設(shè)備維修周期、減少時(shí)率影響、減少修井污油泥產(chǎn)生量、減少修井維修費(fèi)用、減少噪聲污染、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度等幾個(gè)方面，從而降低了單井開發(fā)費(fèi)用，提高了開發(fā)效益。

（1）提高了抽油機(jī)井工藝指標(biāo):與2018 年相比，減載井泵效由31.0%上升至47.7%，維護(hù)性作業(yè)管桿故障井次從2018 年的370 井次減少到272 井次；抽油機(jī)懸點(diǎn)最大載荷下降2.60 kN，全區(qū)系統(tǒng)效率由20.4%提高到21.7%。

（2）降低了運(yùn)行成本，年節(jié)約用電43.5×104kW·h、節(jié)約電費(fèi)34.8 萬元；降低維護(hù)性作業(yè)頻次效益預(yù)計(jì)170.54 萬元；偏磨油管更換量減少28.7 km，偏磨油桿更換量減少41.4 km，節(jié)約費(fèi)用228.9 萬元；抽油泵使用量減少84 臺(tái)，節(jié)約費(fèi)用25.2 萬元。

面對(duì)目前國際低油價(jià)的壓力，抽油機(jī)井降載技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于降低采油成本具有顯著的積極意義，為長慶油田實(shí)現(xiàn)“低成本、可持續(xù)”發(fā)展提供重要技術(shù)支撐（見表9）。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）提高抽油桿強(qiáng)度，運(yùn)用EH 級(jí)高強(qiáng)度降徑抽油桿替換原有的HY 級(jí)、HL 級(jí)桿，可有效的降低抽油機(jī)井懸點(diǎn)載荷，增大油井管柱油流道，減少回壓，減少斷脫頻次。

（2）運(yùn)用“清防蠟、降沖次、降泵徑、降桿徑提強(qiáng)度”技術(shù)可實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井降載，這四種技術(shù)在現(xiàn)場應(yīng)用中懸點(diǎn)最大載荷下降分別為2%、3%、6%、20%，提強(qiáng)度降桿徑、降泵徑是降低懸點(diǎn)載荷的最有效途徑。

（3）抽油機(jī)井降載提效技術(shù)可實(shí)現(xiàn)低產(chǎn)井提高泵效、降低原油開采成本，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效。