抽油機井合理沉沒度計算分析與確定方法

王峰 李杰 谷金泉 梁艷麗

摘 要： 抽油機井生產(chǎn)管理與工況分析過程中，沉沒壓力和與其對應的沉沒度是有桿抽油設備工作優(yōu)劣的重要指標，有必要開展合理沉沒度研究并對其進行分析調(diào)控，確保油井在最佳狀態(tài)下生產(chǎn)。本文利用曲線擬合法找出沉沒度與泵效、系統(tǒng)效率的相互關系， 結(jié)合檢泵率， 最終確立抽油機井沉沒度的合理范圍， 為油田生產(chǎn)提供技術依據(jù)。

關鍵詞： 沉沒度；泵效；系統(tǒng)效率；曲線擬合

抽油機井合理沉沒度是取得理想泵效、系統(tǒng)能耗及工具使用壽命的重要約束參數(shù)。抽油機井沉沒度過低， 泵在供液不足狀況下抽汲， 會產(chǎn)生液擊現(xiàn)象， 導致額外的沖擊載荷， 桿管交變載荷增大； 同時原油脫氣， 粘度增大， 容易結(jié)蠟； 沉沒度低， 油套環(huán)形空間內(nèi)的液體少， 對油管的徑向束縛力小， 油管的徑向擺動就會相對劇烈， 容易引起桿管偏磨、斷脫。沉沒度過高， 流壓增大， 會抑制相對薄差低滲透率油層出液， 層間矛盾突出。因此， 有必要分析、確定抽油機井的合理沉沒度范圍。

1 沉沒度與泵效關系

以采油廠為例， 選取77 口抽油機井生產(chǎn)數(shù)據(jù)， 利用曲線擬合法繪制該區(qū)塊抽油機井沉沒度與泵效關系曲線。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)， 泵效與沉沒度的關系曲線符合三次多項式的曲線形態(tài)， 其曲線擬合方程為：

式中：η-抽油泵泵效， % ；h -沉沒度， m；m； a、b、c、d-擬合系數(shù)。

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)， 在相同的沉沒度下， 泵效隨含水的變化而變化。因此， 根據(jù)油井產(chǎn)出液含水的不同進行分類， 分別對含水小于70%、70% ～ 80% 、80% ～ 90% 以及大于90% 的井進行擬合計算 ，見表1。

從擬合結(jié)果可以看出， 沉沒度相同時， 含水越高， 泵效越高。當含水大于90% 時， 最佳泵效所需沉沒度為100～ 350 m； 當含水在80% ～ 90% 時， 最佳泵效所需沉沒度為150～ 400 m； 當含水小于80%時， 最佳泵效所需沉沒度為150～ 350 m。

2 沉沒度與系統(tǒng)效率關系

抽油機井系統(tǒng)效率是油田生產(chǎn)的綜合能耗指標。系統(tǒng)優(yōu)化設計就是選擇機、桿、泵的合理運行參數(shù)， 從而使整個系統(tǒng)達到最優(yōu) 。有桿抽油系統(tǒng)效率可表示為：

式中： P1 - 輸入功率； ΔP1-有效功率；ΔP-損失功率。有效功率為系統(tǒng)在舉升產(chǎn)出液過程中消耗的功率， 可表示為：

有桿抽油系統(tǒng)井下工具損失功率主要為管柱水力損失， 抽油桿摩擦和彈性變形損失， 抽油泵機械、容積、水力損失。這三項功率損失集中地體現(xiàn)在泵效這一環(huán)節(jié)上， 而沉沒度是實現(xiàn)理想泵效、系統(tǒng)能耗的關鍵所在。為找出系統(tǒng)效率與沉沒度的線性關系， 對抽油機井能耗數(shù)據(jù)進行分段統(tǒng)計， 以沉沒度50m 為單位， 作沉沒度與系統(tǒng)效率、噸液百米耗電量關系曲線。由圖可見， 當沉沒度小于150 m 時， 系統(tǒng)效率隨沉沒度增加而增加； 沉沒度大于150 m 時， 系統(tǒng)效率隨沉沒度增加而降低。最高系統(tǒng)效率出現(xiàn)在沉

沒度為150～ 300 m 的區(qū)間。噸液百米耗電隨沉沒度增加整體呈上升趨勢， 最低耗電出現(xiàn)在沉沒度為100～ 250 m 的區(qū)間。

圖1 沉沒度與系統(tǒng)效率、噸液百米耗電曲線

3 沉沒度與套管內(nèi)井溫變化關系

東營地區(qū)井溫梯度差異不大， 但在生產(chǎn)過程中，隨沉沒度的不同測出的井溫差異卻很大。挑選典型井作出不同深度井溫統(tǒng)計表以說明問題?？梢钥闯?， 不同井套管溫場雖然基本相

同， 但由于沉沒度、油套環(huán)形空間內(nèi)井液多少以及生產(chǎn)舉升過程中散失熱量的不同， 會出現(xiàn)不同的生產(chǎn)井溫。其整體趨勢為： 液面淺的井， 溫場上移； 液面深的井， 溫場下移， 而溫場的變化直接決定了生產(chǎn)井結(jié)蠟深度的變化， 即低沉沒度井結(jié)蠟深度下移， 導致熱洗液沿程損失熱能增加， 從而在一定程度上制約著抽油機井熱洗效果。

4 沉沒度與檢泵率關系

抽油機井在低沉沒度條件下生產(chǎn)， 舉升高度增加， 因供液不足而產(chǎn)生液擊， 加劇抽油桿柱振動， 降低抽油機懸點最小載荷， 加大交變載荷， 從而減少抽油桿柱的軸向分布力與桿管產(chǎn)生偏磨的臨界軸向壓力而導致桿管偏磨； 同時因井下供液不足導致抽油桿卸載時間延長， 容易引發(fā)桿斷和脫接器壞， 最終導致檢泵率的上升。統(tǒng)計檢泵井的沉沒度及檢泵原因 ， 可以看到： 主要檢泵原因是偏磨、脫接器壞和桿斷， 占總井數(shù)的67.24%； 所有檢泵井中20m 以下低沉沒度檢泵井占總井數(shù)的77. 01% 。從統(tǒng)計結(jié)果來看： 隨著沉沒度的降低， 檢泵率上升。

5 結(jié)論

（1） 抽油機井泵效隨沉沒度變化符合三次多項式的曲線形態(tài)， 不同含水率井取得最佳泵效所需沉沒度的區(qū)間有所不同。（2） 系統(tǒng)效率隨沉沒度增加先升后降， 最高系統(tǒng)效率出現(xiàn)在沉沒度為150～ 300 m 的區(qū)間。（3） 沉沒度小于200 m 時， 偏磨、脫節(jié)器壞和桿斷等檢泵機率增加， 作業(yè)費用增加； 當沉沒度偏低時， 溫場下移， 結(jié)蠟點下移， 影響熱洗效果； 而沉沒度大于350 m 時， 系統(tǒng)效率偏低， 機采能耗增加， 同時流壓增加， 不利于低壓低滲透油層出液。整體來說，200～ 350 m 的抽油機井沉沒度可以滿足目前采油礦油田開發(fā)速度及經(jīng)濟能耗的需求。

參考文獻

1.楊穎. 特高含水期抽油機井合理沉沒度探討[J]. 油氣田地面工程. 2009（12）