抽油泵增效裝置在深井油藏的應(yīng)用

高洪寶（大慶鉆探工程公司鉆井三公司）

大慶外圍西部油層埋藏深，泵抽液柱高，平均泵掛深度1463m，大部分為深部及中深部油藏，有桿泵泵抽過程中沖程損失大[1,2]，泵上液柱壓力高，間隙漏失嚴(yán)重，泵效損失大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年深井區(qū)塊平均單井泵效約為31%，較淺井區(qū)塊平均低16個(gè)百分點(diǎn)，處于較低水平。因此，試驗(yàn)在泵抽桿柱上安裝抽油泵增效裝置，通過減少?zèng)_程損失及漏失量，增加抽油泵有效做功，調(diào)高泵效[3,4]。

1 增效裝置

1.1 增效裝置組成結(jié)構(gòu)

抽油泵增效裝置主要由上下接頭、中心桿、攜液環(huán)等部分組成，結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 增抽裝置結(jié)構(gòu)圖

該裝置在上沖程時(shí)抽油桿帶動(dòng)活塞及增效裝置向上運(yùn)動(dòng)，最下一級(jí)攜液環(huán)與下接頭處形成硬密封狀態(tài)，進(jìn)液通道封堵，攜液環(huán)帶動(dòng)液流向上抽提，實(shí)現(xiàn)井口排油。下沖程時(shí)抽油桿帶動(dòng)活塞及增效裝置向下運(yùn)動(dòng)，攜液環(huán)在液流壓力作用下，克服重力向上浮起，進(jìn)液通道開啟，管柱內(nèi)液流經(jīng)中心進(jìn)液槽逐級(jí)進(jìn)入上部油管。增抽裝置在上下沖程過程中的狀態(tài)，見圖2。

圖2 增抽裝置在上下沖程過程中的狀態(tài)

1.2 增效裝置管柱結(jié)構(gòu)

1）技術(shù)參數(shù)：攜液環(huán)外徑為Ф60mm，中心桿直徑為Ф36mm。上下接頭均設(shè)計(jì)為普通抽油桿扣。

2）每口井安裝數(shù)量N，N=下泵深度/450。

3）安裝位置：柱塞上部第一根抽油桿串聯(lián)安裝一個(gè)增效裝置，間隔450 m安裝一個(gè)增效裝置，以此類推，如圖3。其中，增效裝置①主要起降低柱塞上部液柱壓力，減少漏失量的作用；增效裝置②、③主要起減少桿柱伸長(zhǎng)量，降低沖程損失作用。

2 增效裝置增抽機(jī)理分析

作用一：減少桿柱沖程損失，提高泵效。

抽油泵增效裝置與油管內(nèi)徑配合間隙較小，且上沖程過程中液流通道封堵，能起到“撈油抽子”的作用，分擔(dān)管柱液柱質(zhì)量，減少桿柱伸長(zhǎng)量。

圖3 增效裝置安裝位置示意圖

由桿柱伸長(zhǎng)量公式[5-7]：

式中：

ΔL——管柱伸長(zhǎng)量；

L——管柱長(zhǎng)度；

F——管柱所受到的拉力；

A——管柱截面面積；

E——管柱彈性模量。

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安裝增效裝置后，油管內(nèi)液柱質(zhì)量分解為三段，見圖3，即：ΔL1、ΔL2、ΔL3

計(jì)算三段的變形量分別為：

安裝增效裝置后的變形量為：

即：使用增效裝置后可以減少桿柱伸長(zhǎng)量33.3%。

表1 安裝抽油泵增效裝置前后泵效變化情況

由計(jì)算結(jié)果可知：隨著泵掛深度的增加，管柱伸長(zhǎng)量增大，泵效損失也越大；增效裝置能夠有效減少管柱伸長(zhǎng)量，進(jìn)而減少泵效損失。

作用二：減少泵漏失，提高泵效。

安裝抽油泵增效裝置后，抽油泵在上沖程時(shí)，柱塞上部液柱壓力轉(zhuǎn)移到增效裝置處，使柱塞上下壓差為零或負(fù)值，最大程度降低泵漏失量消除霧化現(xiàn)象，從而提高泵效。

根據(jù)抽油泵漏失量公式：

式中：

Q——抽油泵漏失量；

D——柱塞直徑；

C——直徑間隙；

ΔP——柱塞兩端壓力差；

μ、L——井液黏度與柱塞長(zhǎng)度。

選擇配合間隙為一級(jí)配合的Φ38mm抽油泵，計(jì)算泵抽管柱在安裝增效裝置前后理論漏失量情況，結(jié)果見表2。

表2 安裝增效裝置前后漏失量變化情況

經(jīng)上述計(jì)算，使用增效裝置可以減少柱塞漏失量0.222m3/d，減小泵效損失1.2%，實(shí)際情況存在抽油泵輕微漏失井及大泵井等，該裝置會(huì)有更明顯的增抽效果。

通過上述理論計(jì)算，1500m泵抽管柱安裝增效裝置后，通過減少?zèng)_程損失和降低柱塞漏失量?jī)煞矫孀饔?，理論上能夠使泵效提?4.5個(gè)百分點(diǎn)，增抽效果明顯。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果

為探索深井油藏提高泵效新途徑，2012年11月分別在3口井安裝增效裝置，平均泵掛深度1293m。試驗(yàn)井繼續(xù)使用原井桿柱及抽油泵，在抽油機(jī)參數(shù)不變、周圍油水井無調(diào)整措施的情況下，監(jiān)測(cè)液面及泵效變化情況。措施前3口井日產(chǎn)液12.7 t，泵效41.4%，液面414m，措施后單井平均日增液4.7 t，單井平均泵效提高6.1個(gè)百分點(diǎn)，平均液面降低268m，增抽效果明顯，見表3。

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，在抽油泵、抽油機(jī)參數(shù)不變的情況下，安裝抽油機(jī)增效裝置可以提高泵效，適用于深部油藏開發(fā)提高開發(fā)效果。

表3 增效裝置試驗(yàn)效果表

4 認(rèn)識(shí)及建議

抽油泵增效裝置可以通過減少桿柱沖程損失，降低泵的漏失量達(dá)到提高泵效的目的?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，增效裝置能明顯提高深部油藏泵效，提高采出強(qiáng)度。

抽油泵增效裝置在稠油井應(yīng)用時(shí)存在堵塞液流通道的隱患，因此建議應(yīng)用于稀油井。

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