應(yīng)用曲線擬合法優(yōu)化油井合理沉沒度

李超 譚雪芹

摘要：抽油泵合理沉沒壓力或沉沒度的確定是抽油機井管理的核心。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)。（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(dāng)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油田開發(fā)速度及經(jīng)濟能耗的需求。

關(guān)鍵詞：抽油泵；合理沉沒壓力；沉沒度；泵掛；優(yōu)化

抽油泵合理沉沒壓力或沉沒度的確定是抽油機井管理的核心，是保證油井穩(wěn)產(chǎn)，使抽油機在高系統(tǒng)效率、低能耗下運行的關(guān)鍵因素，是延長油井免修期，最終達(dá)到最佳經(jīng)濟效益的前提。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(guān)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(shù)依據(jù)。結(jié)合油田生產(chǎn)實際，對影響油井沉沒度進(jìn)行分因素治理，通過地面參數(shù)優(yōu)化，泵徑、泵掛深度優(yōu)化，注采井組動態(tài)調(diào)配等治理措施，精細(xì)調(diào)整油井最佳沉沒度，進(jìn)一步提高有桿泵工況管理水平。

1 沉沒度與泵效關(guān)系

以油田為例，選取103 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(guān)系曲線。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，泵效與沉沒度的關(guān)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(jìn)行分類，分別對含水小于70%、70% ～ 80%、80% ～ 90% 以及大于90% 的井進(jìn)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(dāng)含水大于90% 時，最佳泵效所需沉沒度為100～ 350 m；當(dāng)含水在80% ～ 90% 時，最佳泵效所需沉沒度為150～ 400 m；當(dāng)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(guān)系

抽油機井系統(tǒng)效率是油田生產(chǎn)的綜合能耗指標(biāo)。系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)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(dá)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(guān)鍵所在。為找出系統(tǒng)效率與沉沒度的線性關(guān)系，對抽油機井能耗數(shù)據(jù)進(jìn)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(guān)系曲線。由圖可見，當(dāng)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。

3 沉沒度與套管內(nèi)井溫變化關(guān)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。可以看出，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(dǎo)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(guān)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(dǎo)致桿管偏磨；同時因井下供液不足導(dǎo)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(dǎo)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?dāng)?shù)的67.24%；所有檢泵井中20m 以下低沉沒度檢泵井占總井?dāng)?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)束語

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(dǎo)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。

參考文獻(xiàn)

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[2]陳明，王喜梅，王瑩. 沙埝油田合理沉沒度計算方法[J]. 石油化工應(yīng)用. 2015（06）

（作者單位：1.東勝精攻石油開發(fā)有限責(zé)任公司桓臺管理區(qū)；

東辛采油廠永安管理區(qū)采油三站）