深抽減載工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

陳學(xué)輝，周妍，黨曉麗

(1.玉門油田工程技術(shù)研究院，甘肅 酒泉 735019；2.玉門油田酒東采油廠，甘肅 酒泉 735008)

0 引言

隨著各油田低滲透薄差油藏儲量的不斷增加，油藏開發(fā)難度的不斷增大，深井開采技術(shù)正逐漸成為各大油田所面臨的主要難題。為了有利于這類油藏開采，增加機(jī)采井下泵深度成為必然手段。而隨著下泵深度增加，現(xiàn)役舉升設(shè)備在運(yùn)行過程中都出現(xiàn)了不同程度的不適用現(xiàn)象［1-3］。例如泵深增加使得抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷過大，導(dǎo)致諸如地面機(jī)型過大、油田能耗增高、低滲透油田供采不協(xié)調(diào)、常規(guī)桿柱組合不能滿足強(qiáng)度要求等問題，進(jìn)而嚴(yán)重地制約了原油的生產(chǎn)規(guī)模。

目前，玉門油田深井機(jī)抽井平均泵掛深度已達(dá)2 600 m，泵掛呈逐年加深的趨勢。尤其在部分機(jī)采井注水受效差的情況下，加強(qiáng)深抽工藝研究和試驗(yàn)十分重要。為解決這一難題，引入抽油機(jī)減載器技術(shù)，它能夠有效地減輕抽油機(jī)驢頭載荷，降低各級抽油桿的應(yīng)力和變形，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)減載節(jié)能采油和延長抽油桿及地面設(shè)備使用壽命，可有效地節(jié)約生產(chǎn)成本。

1 抽油機(jī)減載器的結(jié)構(gòu)原理

1.1 減載器結(jié)構(gòu)組成

抽油機(jī)減載器主要結(jié)構(gòu)：上活塞管、上密封管、呼吸孔、減載活塞、下密封管、雙公接管等部件，如圖1所示。

圖1 減載器結(jié)構(gòu)示意圖

其連接方式為：抽油機(jī)減載器上部通過脫接器與抽油桿相連，下部直接與抽油桿連接，上柱塞管、減載活塞、脫接器及上、下抽油桿串聯(lián)在一起構(gòu)成整個抽油桿柱。

1.2 減載器工作原理

減載器工作時，減載活塞通過呼吸孔將油管、套管貫通，其減載活塞的上端面，處于與油套管環(huán)空壓力平衡的低壓系統(tǒng)；其減載活塞的下端面，處于減載器所下深度位置與油管壓力平衡的高壓系統(tǒng)。

當(dāng)抽油機(jī)上沖程時，減載活塞向上運(yùn)動，將下密封管空間讓出，井液通過液孔，回流到讓出的空間內(nèi)，使減載活塞下端面的壓力，始終處于減載器所在位置與油管壓力平衡的高壓系統(tǒng)中；由于油管內(nèi)液柱壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于油套環(huán)空的壓力，由這個壓力差所產(chǎn)生的力作用，使減載活塞形成同個懸點(diǎn)，使其產(chǎn)生一個向上的舉升力，帶動下面的抽油桿柱及抽油泵向上運(yùn)動，從而達(dá)到減輕抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷的目的。

當(dāng)抽油機(jī)下沖程時，減載活塞向下運(yùn)動，將減載活塞以下的液體壓出，通過液孔及柱塞管進(jìn)入油管內(nèi)，最終由上部油管排到地面，下行過程中利用油管內(nèi)高壓系統(tǒng)和油套環(huán)空低壓系統(tǒng)形成向上的舉升力，減少負(fù)荷，如此完成一個抽汲過程。

2 減載器適用性

2.1 抽油機(jī)減載器受力分析

通過對減載器作為受力對象分析，不考慮流體通過減載器的阻力，能夠定量計算出抽油機(jī)減少的載荷。減載器受力分析圖如圖2所示。

圖2 減載器受力分析圖

式中：F減為減載器減小載荷(N)；P1、P2、P3分別為柱塞管上端、減載活塞上端、下端，所受壓力(N)；S1、S2、S3分別為抽油桿的截面積、柱塞管、減載活塞(m2)。

忽律減載器上下端的壓力差，由此可得P1=P3=ρgH1。同樣，忽略套管環(huán)形空間動液面以上的氣柱重力，則減載器大柱塞上端壓力為P2=ρgH2+Pc。

則減載器減小載荷計算如下：

式中：ρ為井液密度(kg/m3)；g為重力加速度(m/s2)；H1、H2分別為減載器的下深和沉沒度(m)；Pc為井口套壓(Pa)。

由公式(2)可以看出[4]：(1)減載器下深H1一定時，F(xiàn)減的大小只與H2有關(guān)；(2)當(dāng)液面在井口時即H2=H1時，此時F減≈0；(3)隨著動液面的逐漸增大即油井的沉沒度H2逐漸變小，F(xiàn)減逐漸增大；(4)當(dāng)動液面達(dá)到減載器的呼吸口位置或者以下時(H2=0)，此時抽油機(jī)減載力F減最大。

2.2 減載器適用參數(shù)

深井，下入減載器一方面可以降低懸點(diǎn)載荷，從而選擇小型抽油機(jī)，另一方面，可以進(jìn)一步加深泵掛，使現(xiàn)有抽油機(jī)的承載能力充分發(fā)揮。不同深度、泵徑的減載器使用效果如表1所示。

表1 不同深度、泵徑的減載器使用效果

2.3 減載器安裝條件

(1)生產(chǎn)油井套管尺寸必須在Φ51/2″以上。

(2)生產(chǎn)油井套管完好。

(3)生產(chǎn)油井井斜＜45°，該裝置在下入部位不能存在大狗腿度(＞10°/30 m)。

(4)生產(chǎn)油井出砂不太嚴(yán)重。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果評價

3.1 生產(chǎn)井挖潛

油井生產(chǎn)參數(shù)如表2所示。

表2 油井生產(chǎn)參數(shù)

通過對油井生產(chǎn)特征的分析研究，建議對以下供液能力差、動液面低、有挖掘潛力的油井進(jìn)行推廣應(yīng)用，結(jié)合井筒情況，優(yōu)選1-XX井。

3.2 應(yīng)用效果評價

1-XX井于2016年9月7日進(jìn)行深抽減載試驗(yàn)，由于該井供液能力差、動液面低，泵徑由Φ44 mm調(diào)整為Φ38 mm，泵掛深度由2 498～2 825 m，產(chǎn)液量由4.7 m3/d上升至 8 m3/d，動液面由2 350～2 800 m，生產(chǎn)壓差增大了3.6 MPa，免修期達(dá)1 200天，有效挖掘了井筒潛力，取得了非常理想的效果。

同時，根據(jù)管柱結(jié)構(gòu)及液柱載荷計算最大理論載荷為10.1 t，通過應(yīng)用減載器后載荷僅有8 t，減載2.1 t，泵效達(dá)47.2%，減載21%，應(yīng)用效果明顯。

4 結(jié)語

(1)試驗(yàn)結(jié)果表明，減載器的應(yīng)用能夠使抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷明顯下降，同時有助于泵掛加深，產(chǎn)液量明顯增加，有效的挖掘了井筒潛力。

(2)減載器不適用于黏度較高的稠油生產(chǎn)井，由于抽油機(jī)減載器的減載活塞和柱塞管內(nèi)的過流通道較小，如果油質(zhì)屬于稠油，就會存堵死柱塞管的現(xiàn)象，從而影響減載效果，減載器不適合黏度較高的稠油油藏。

(3)減載器一般下井深度1 000～1 500 m，結(jié)合油井結(jié)蠟程度，可以采用下“短路”洗井管柱工藝，定期對油井進(jìn)行維護(hù)，確保平穩(wěn)生產(chǎn)。