抽油井生产适应性分析与优化匹配策略

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　　摘要：随着油田开发难度的加大，复杂、低渗油层的动用和比例的增大，油田平均单井日产液量有所降低，抽油泵泵效较低，油井系统效率低。因此，结合油田油藏和生产特点，积极探索优化抽油机参数是提高抽油机系统效率和降低油井投资成本的重要途径之一。根据油井流入动态曲线和油田定产要求，首先初选抽油机、设计抽油杆、选择抽油泵的型号以及选择冲程、冲次等参数，再从井底到抽油机反向计算受力情况，以校核抽油机型号、冲程、冲次参数是否合理，以此反复循环，分析目前机、杆、泵系统应用中存在不足和问题，提出具体的需求参数及生产方向，实现抽油机、抽油杆、抽油泵的最佳匹配。
　　关键词：抽油机;系统效率;机杆泵;需求参数;优化匹配
　　抽油机、抽油杆、抽油泵的选型对于采油生产和节能降耗具有十分重要的意义。主要表现在对机、杆、泵型号、参数、尺寸、性能方面的特殊要求。
　　一、对抽油机的要求
　　目前油田常用抽油机按大小分有：6型、8型、10型以及12型等。按结构形式分有：常规游梁式抽油机、异相曲柄抽油机、摆轮式抽油机、复合平衡抽油机、调径变矩抽油机等，主要以异相曲柄抽油机和复合平衡抽油机为主。油田大多数油井产液量低，井深在2000m左右，长期的现场实际生产资料表明，在抽油机的需求方面有以下特征：
　　1、抽油机参数的要求
　　对于抽油机来说，其主要性能参数有：悬点最大负荷、减速箱额定扭矩、所配电机功率、冲程、冲、各连接部位尺寸、外型尺寸等。一般情况下，不同型号的抽油机都有相匹配的以上几个参数。但由于生产情况不一样，油田对抽油机各种参数需求的重点有所不同。以某油田为例，由于产液量小，对减速箱额定扭矩、电机功率、冲程、冲次的要求都不高，需要满足的首要条件是抽油机的额定悬点最大负荷。其它参数的配置应在尽可能降低系统效率的前提下进行。计算和实测资料表明：即使10型、12型抽油机，其额定扭矩也不会超过37 kN·m。冲程最大为3 m即可，冲次选择以尽可能低为好。
　　2、对额定悬点最大负荷的要求
　　长期的抽油机选型及现场最大负荷实测资料反应出：对最大载荷为70kN和90 kN的抽油机有一定量的需求。而抽油机标准系列为：5型、6型、8型、10型、12型等。缺失7型和9型机。造成在抽油机配型上的浪费或者超负荷运行。
　　二、对抽油杆的要求
　　复杂油田泵挂深度生产井多为定向井、斜井、水平井及复杂结构井，油井生产中抽油杆的偏磨、断脱问题比较普遍。油井維护性作业中有三分之一以上是因为杆的问题。目前在直井段以外的抽油杆上都加有尼龙扶正器。现场使用最多的抽油杆按尺寸分有Φ22、Φ19;按钢级分有D级、H级。
　　1、抽油杆使用中存在的问题
　　（1）产品质量的问题。由于抽油杆用热轧圆钢，轧制质量不能完全满足要求，钢材没有进行100%探伤，在杆体的锻造质量、接箍的加工过程中难免存在缺陷。在井下非对称循环应力的作用下，这些缺陷就是产生损坏的薄弱环节。抽油杆生产厂所生产的产品存在质量不稳定，检验指标不尽一致的问题，在同一个杆柱组合设计方法下就会产生不合理的下井设计方案，从而导致了杆断脱问题的加重。（2）杆柱组合的下井设计问题。前已述及，油田油井井身结构复杂，并且随着近年来一个井场井数的不断增加，井眼轨迹很不规整，这种情况就更加加重了抽油杆的损坏趋势。针对单井不同的井眼轨迹设计不同的杆柱组合及扶正防磨措施显得很重要。表现在不仅需要翔实的测斜数据，还需要现场设计人员有相当的抽油杆性能方面的知识，仅有一套死的设计软件是不够的。
　　2、对抽油杆的需求
　　针对油田的生产特征，对抽油杆的要求表现在性能方面有：①尽可能小的杆径尺寸和杆体重量下具有尽可能高的强度;②耐磨性能好;③承受弯压载荷的能力强;④起下作业方便。从满足以上性能方面看，高强度抽油杆、玻璃钢抽油杆、复合材料连续抽油杆等都有很大的应用前景。但就目前的技术现状来看，还需要进行进一步的科技创新和改进，才能大面积应用于生产。
　　三、对抽油泵的需求
　　油井日常维护性作业中有三分之一以上是由于泵出故障造成的。油田由于低产液、气体、腐蚀、结垢、结蜡、同时泵位于斜井段等问题的存在，使泵的工作环境更加不好。目前基本以管式整筒泵为主。根据油田井的产量分布情况可能明显看出，使用小的泵径会减小抽油杆柱的杆径，减低抽油机悬点载荷，提高系统效率，降低能耗。但泵体太小后在加工及表面镀涂工艺方面难度提高。小批量生产成本不但不会降低反而还会升高。但随着生产需求的增大和技术的进步，这一矛盾应该能够得到解决。大部分泵在井下处于倾斜放置，斜井泵的需求自不必说，但从目前的应用情况看，现有的斜井泵还没有体现出明显的优势，致使应用的井数不是很多，基本还是采用常规泵。
　　四、机、杆、泵系统的需求
　　主要思路：①摒弃目前井筒内容易造成偏磨和断脱的钢性抽油杆;②摒弃一次性投资较高的抽油机;③研制开发更加合理的机、杆、泵系统来取代目前的系统。依靠新技术、变改旧观念，研发或改进现有设备很有必要。（1）抽油机冲程参数。冲程损失是抽油泵效率降低的重要方面，直接影响抽油机选择合理的冲程，与活塞及油管截面积、抽油杆长度及截面积、动液面深度、液体密度等有关。以*井为例，井深2066m，泵挂深度1878m，动液面1727m，抽油杆组合采用三级组合，即 22（15%）+ 19（45%）+ 22（40%）组合方式，抽油杆采用高强度HL级或HY级，油管内外径为 62/73mm。经过计算，当用 38mm、32mm、28mm的抽油泵，抽油机冲程损失分别约0.6，0.5，0.4m。随着泵径减小，抽油机冲程损失减少。为了减少冲程损失对抽油泵效率的影响，应尽量增大抽油机光杆冲程。冲程长度增加对于悬点载荷的影响不大，但抽油机的高度需要增加，而且更重要的是减速器曲柄轴的扭矩和冲程长度成正比的增加。同时冲程长度增加后抽油机的减速器的尺寸、质量和成本相应增加。此外随着冲程长度的增加，减速器齿轮磨损速度增加很快。因此光杆冲程并不是越长越好，需要确定在合理范围内。（2）抽油机冲次参数。抽油机冲次是衡量抽油机快慢的参数，与冲程参数比较，冲次调整简单、易于实现。由于油田单井产量低，因此降低冲次成为抽油机满足工况、提高抽油机井系统效率的重要途径之一。抽油机实现低冲次的方法有3种：调整电机皮带轮直径、降低电机转速、使用大速比减速器。调整电机皮带轮直径是常用的方法：抽油机配套3件皮带轮，根据现场需要更换调整。降低电机转速的方法有使用变频调速、低速电机等技术，考虑油井低成本采油，考虑采用低速电机和减速器的优化组合。不同速比减速器与不同转速电机组合实现抽油机的低冲次，但需要综合比较确定。采用低冲次对于延长机杆泵寿命、提高抽油机系统效率、降低能耗等方面有很好的效果。（3）抽油泵泵径参数。以8型抽油机为例，最大冲程长度3m，冲次最低2.5次/min，最大5次/min，抽油泵按照2010年钻采工程方案初定泵效45%～50%，泵效取45%。不同泵径油井液量确定范围。按照钻采工程方案，采用小泵径、低冲次后，抽油杆降一个等级、强度增加一级，抽油机下降一个型号。小泵径是油田抽油泵泵径的首选，对于产液量高的油井可以通过更换电机提高冲次的方式实现。
　　参考文献
　　[1]春兰;邱淑媛;王勇. 有杆泵采油优化设计技术研究与应用[J];吐哈油气;2016年03期
　　（作者单位：中石化河南油田采油二厂顺北项目部）
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