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浅谈抽油机井地面参数调整技术的应用

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  摘要:为使油井尽量保持合理沉没度范围,本文以理论计算和长冲程慢冲次节能效果评价为基础,经现场验证,同时,对于地面参数已调至最小的抽油机井进行调整。
  关键词:抽油机 参数调整 二级减速装置
  一、前言
  随着油田的不断开发,综合含水不断上升,井筒内液柱比重增大,流动压力上升。要保持油井生产能力所必须的生产压差,一是增加地层压力,使注入水补充的能量弥补升液时所损耗的压力;二是降低流压,即降低油井沉没度,避免抑制薄差油层潜力发挥。而沉没度偏低,会降低泵充满系数,影响泵效,甚至造成脱气、出砂、干磨烧泵等问题。因此,沉没度必须控制在合理范围。为使油井尽量保持合理沉没度范围,本文以理论计算和长冲程慢冲次节能效果评价为。
  二 、不合理沉没度对抽油机井生产影响的分析
  1.沉没度过低的影响
  1.1如果油井的沉没度低,泵在供液不足的状况下抽汲,在下冲程时,柱塞与液面产生的液击,会对泵产生不可忽视的冲击力,从供液不足示功图上可以看出有明显的冲击波浪线。液体的冲击载荷与泵径的关系很大,泵径越大冲击载荷越大。冲击载荷越大,在下行程时,下部杆柱的弯曲越容易形成,使得弯曲扭矩值越大;同时,液击使杆管最大载荷与最小载荷的差值增大,因此螺旋扭矩也越大,这样杆、管断脱的可能性越大。
  1.2分析我厂原油物性特点,具有粘度大、含蜡高等特点,油井在低沉没度的状态下连续工作,容易造成结蜡,而且在低沉没度状态下结蜡比较严重。油井结蜡点一般在中上部,而在下冲程时,因活塞受泵内液体的摩阻和上部杆柱在结蜡点的阻力作用而发生弯曲,使得弯曲扭矩值增大,加速了杆柱的螺旋扭曲。总之,由于螺旋扭矩的引导及多重因素的影响,使得杆柱在抽汲过程中不断的产生上扣与脱扣的过程,从而导致了抽油杆柱的最终脱扣。
  1.3抽油杆在运动时与油管接触而产生偏磨,这种磨损不仅伤害抽油杆接箍,同时也严重损坏油管。油井沉没度低,泵柱塞在运动过程中产生液击从而造成冲击载荷,当作用于油管下端的载荷超过油管的临界载荷时就会造成油管下部失去稳定性,产生螺旋弯曲变形,有可能造成抽油杆和弯曲的油管之间的磨擦接触而造成杆管偏磨。
  1.4由于沉没度太低,生产压差大,地层容易出砂,当泵进行抽汲的时候,沉没度偏低,当泵来回抽汲时,液体产生涡流而使从地层出来的砂砾悬浮在泵底吸入口,容易被活塞抽到泵筒里而卡泵。
  1.5实际生产过程中,由于抽油杆柱与油管柱都不是理想的刚性体,均存在弯曲变形。在垂直悬挂条件下,全井管柱的弯曲变形将使柱塞与泵筒之间难以保持轴向同心。因此,泵内柱塞在运动中,泵筒对柱塞的横向制约将导致泵筒带动油管柱径向摆动。油井沉没度小,油套环形空间内的液体就少,对油管的径向束缚力就小,油管的径向摆动就会相对剧烈,易引起杆、管断脱。
  1.6油管在抽油机抽汲过程中,除了受到管内液体的重力和摩擦力等交变载荷外,还受到油套环形空间液体的稳定浮力,这个浮力总是减小油管的载荷,有利于改善油管的受力条件,其表达式为:F浮=(P套+ρ液gh)S底。其中h是沉没度。由上式可知,F浮随h的增加而增大。所以沉没度愈大,油管受到的浮力越大,越有利于减小油管的载荷,使油管的弹性形变变小。
  1.7现在油层经过长时间的开采,一般都是低于饱和压力进行生产,且含水升高,油管中的液柱的重力加大,抽油杆在上行时提升的液体重量加大。当沉没度过低时,泵的吸入口压力低,在抽汲时总是气液两相同时进泵,气体进泵必然减少进入泵内的液体量而降低泵效。当气影响严重时,可能发生“气锁”。
  2.沉没度过高的影响
  沉没度过高,油井的流压增大,该井的沉没度上升,当超过了合理界限后,相对一些薄差油层由于渗透率低或者地层压力低,压制该层不出液,使该井的产液层层间矛盾突出。而且,当沉没度超过合理的沉没度后,油井的产量不再增加,系统效率下降。
  因此,通过地面精确参数调整控制抽油机井的合理沉没度是非常必要的。
  三、地面参数调整技术研究
  在合理沉没度确定以后,为保持其在合理范围内,需对地面参数进行调整。而以往地面调参仅限于4、6、9、12等固定带轮,造成频繁、反复调参,而部分井4次仍供液不足,只能间抽,对泵寿命有较大的影响,对此,进行了精细参数和二级减速技术的研究以及长冲程、慢冲次的效果评价。
  1.精确调整冲次方法研究
  1.1计算合理冲次方法
  在根据流压与沉没度的转换关系:
  根据抛物线法计算公式计算在合理沉没度下的产量,然后通过泵的排量公式计算出抽油机井的参数。公式如下:
  然后根据抽油井的泵效情况计算该井的排量,再根据排量确定该井地面参数。
  2.长冲程慢冲次相结合节能效果评价
  2.1长冲程、低冲次时抽油杆受力状况分析
  抽油机在不同抽汲参数下工作时,抽油机悬点所承受的载荷也不一样,悬点最大载荷、最小载荷计算公式为:
  从公式可以看出,随着抽汲参数的增大,抽油机悬点最大载荷增加,最小载荷降低,交变载荷增加,但是随着冲次的增加,载荷是以平方的形式增加和降低,因此冲次增大对杆的损伤越大。随着冲次的增加,上冲程时,悬点载荷增大,增加抽油杆的伸长量,使抽油杆疲劳程度加大;下冲程时,悬点载荷降低,下行阻力增大,抽油杆的收缩量增加,抽油杆弯曲程度增加,易产生杆管偏磨;冲次越大,抽油杆柱循环应力次数越多,抽油杆易发生疲劳破坏,当抽油杆最大应力值超过允许应力值时,开始形成裂纹,裂纹在反复交变应力作用下发生扩展,最终导致抽油杆断。
  2.2长冲程、低冲次时泵筒充满程度及系统效率分析
  抽有机在长冲程、低冲次下运行,随着冲次降低,最小载荷上升,下行阻力减少,抽油杆收缩量减少,有效冲程增加,增加泵排量;冲次降低,可增加油层液体向泵筒内流动时间,泵筒充满程度增加,提高油井的泵效,增加油井的产量,进而提高油井的系统效率。
  对冲次下调的14口抽油机井进行了调参前后能耗对比,由对比数据可看出,沉没度由36.0m提高到138.3m,系统效率由21.50%提高到22.76%。 结果表明,吨液百米耗电由2.22kwh降至2.10kwh,节电率为5.78%。
  通过以上分析认为,充分利用冲程、降低冲次可减少抽油杆弯曲及运动次数,从而减少杆管偏磨及杆管断,延长抽油泵使用寿命,提高检泵周期;长冲程、低冲次增加了泵筒充满程度,提高了系统效率。
  四 、结论
  1.确保产液、产油稳定的同时保持合理的沉没度,可以提高单井的泵效,降低单井日耗电量,提高系统效率,减少生产成本投入。
  2.可利用曲线拟合法确定合理沉没度,再跟据计算进一步确定合理地面参数。
  3.长冲程、慢冲次可改善抽油杆受力状况,减少抽油杆断裂机率,提高系统效率、降低能耗。
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