油井?dāng)?shù)控降回壓裝置在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用

曹 永，姚首強(qiáng)，李慶斌

（中國石油長慶油田分公司第七采油廠，陜西 西安 710200）

長慶油田第七采油廠礦區(qū)主要集中在環(huán)江油田，其地處鄂爾多斯盆地西部，屬于黃土高原丘陵溝壑區(qū)，溝壑縱橫，地形起伏高差大，地理及氣候條件惡劣。獨(dú)特的地形地貌導(dǎo)致環(huán)江油田的站點(diǎn)和油井之間的高差大、管線長，惡劣的氣候條件更是導(dǎo)致所有的輸油管線溫度偏低，加之低滲透區(qū)塊的原油特性，使得油井回壓升高。高回壓會(huì)造成管道解堵頻繁、井口刺漏、盤根更換頻繁、抽油機(jī)負(fù)荷增大、井筒壽命縮短、抽油泵泵效降低，安全風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。因此，降低油井回壓，重要性不言而喻[1-2]。

1 高回壓對油井的影響分析

油井回壓高會(huì)造成井口刺漏、管柱刺漏等，尤其是能直接導(dǎo)致抽油泵的負(fù)荷增加，進(jìn)而導(dǎo)致抽油泵磨損加劇，隨時(shí)可能出現(xiàn)停井，伴隨而來的油井減產(chǎn)就成了必然。例如，抽油桿疲勞強(qiáng)度加大會(huì)導(dǎo)致斷脫、油管桿磨損加劇會(huì)導(dǎo)致油管磨穿漏失、活塞的游動(dòng)凡爾磨損后出現(xiàn)漏失等一系列問題，都能導(dǎo)致最終減產(chǎn)。冬季的時(shí)候，溫度偏低導(dǎo)致結(jié)蠟，原油流動(dòng)性變差，且該季節(jié)各類問題頻發(fā)，部分油井不能按時(shí)投球，導(dǎo)致管線凍堵，需要頻繁掃線，不但浪費(fèi)生產(chǎn)成本，同時(shí)會(huì)造成電力能源的浪費(fèi)[3-6]。

1.1 抽油管桿變形降低產(chǎn)液量

抽油管、抽油桿在外力的作用下會(huì)發(fā)生彈性變形，根據(jù)胡克定律F=k·x 公式可得出，當(dāng)應(yīng)力不超過比例極限時(shí)，桿件的伸長與拉力和桿件的原長成正比，與橫截面積成反比。由于油井井口回壓增加，導(dǎo)致泵活塞的有效沖程減小。

1.2 增加了抽油泵的漏失量

根據(jù)抽油泵靜止?fàn)顟B(tài)下漏失量的計(jì)算公式q1＝（q1表示漏失量，ΔH 表示柱塞兩端的壓差），漏失量與壓差成正比關(guān)系，即隨著井口回壓升高，漏失量也會(huì)增大。

1.3 抽油機(jī)電能損耗增大

當(dāng)井口回壓增大時(shí)，井筒內(nèi)的流體要克服回壓帶來的阻力做功，受抽油機(jī)機(jī)械效率及電動(dòng)機(jī)電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能效率的影響，實(shí)際消耗的電能也隨之增加。

1.4 延緩了油管內(nèi)流體流動(dòng)形態(tài)的出現(xiàn)時(shí)間

在原油開采的過程中，油氣混合物在油管內(nèi)的形態(tài)一般分為泡流、段塞流、環(huán)流和物流等。當(dāng)油井回壓增大時(shí)，油管內(nèi)的壓力隨之增加，流體內(nèi)的天然氣分離時(shí)間延長，各階段的流體形態(tài)形成時(shí)間也隨之推遲，這種情況會(huì)降低溶解氣分離時(shí)的氣舉效果，因此，桿管的負(fù)荷也即時(shí)增大。

1.5 增加了抽油桿的交變載荷

油井回壓對懸點(diǎn)作用后產(chǎn)生的載荷，效果與油管內(nèi)液體產(chǎn)生的實(shí)際載荷一樣。油井井口回壓升高后，當(dāng)抽油機(jī)上沖程運(yùn)行時(shí)，懸點(diǎn)載荷疊加增大，下沖程時(shí)，由于回壓壓力作用，抽油桿柱的質(zhì)量則減輕，此時(shí)，相當(dāng)于抽油機(jī)的最大載荷疊加了回壓壓力后變得更大，最小載荷由于回壓的作用則變得比實(shí)際值小，導(dǎo)致功圖的面積虛假增大。進(jìn)而導(dǎo)致抽油桿的交變載荷增大，容易造成抽油管桿的斷脫。

綜合以上分析，減少老油田產(chǎn)量自然遞減及實(shí)施降本增效的措施中，降低井口回壓則變得尤為重要。前期，長慶油田針對油井高回壓治理措施中，主要采用了添加化學(xué)藥劑、水套爐加熱原油、安裝增壓撬、機(jī)械清蠟等方法，效果明顯。后期，由于安全環(huán)保等原因，井場安裝的水套加熱爐取消，在投球器處安裝了電加熱裝置，加熱效果能達(dá)到50 ℃，而井場安裝增壓撬則顯得成本較高，且出現(xiàn)故障后無法及時(shí)維護(hù)，影響正常生產(chǎn)，則井場增壓撬未再普及安裝。

此時(shí)，需要一種成本低、體積小、無人值守、易維護(hù)、故障時(shí)不影響正常生產(chǎn)的降回壓裝置，與現(xiàn)有的電加熱裝置結(jié)合完成降回壓工作。對此，長慶油田第七采油廠積極探索，在其他油田現(xiàn)有同類別裝置的基礎(chǔ)上創(chuàng)新改造，自主研發(fā)了油井?dāng)?shù)控降回壓裝置，并及時(shí)在現(xiàn)場安裝試運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)場使用效果跟蹤，目前，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了增產(chǎn)、節(jié)能的目的。

2 油井?dāng)?shù)控降回壓裝置介紹

2.1 裝置組成

裝置由液壓站、油氣輸送泵、壓力變送器、采油樹防倒流裝置、控制柜、外殼、底架及管線閥門等附件組成。

2.2 技術(shù)原理

當(dāng)裝置上安裝的井口回壓壓力變送器測得的數(shù)據(jù)大于控制箱中操作面板中的設(shè)定值時(shí)，壓力變送器反饋信號(hào)至數(shù)控柜中的單片機(jī)，經(jīng)過判斷后發(fā)指令至油液輸送泵并啟動(dòng)，啟泵后回壓得到降低，當(dāng)回壓小于設(shè)定值時(shí)，油液輸送泵停止工作，原油輸送按原正常流程進(jìn)行。因油路管線及液壓缸兩端安裝了單向閥，則原油不會(huì)倒流?？刂乒駜?nèi)主要包括單片機(jī)和顯示屏。裝置主要通過控制柜內(nèi)小型PLC 和顯示屏設(shè)置參數(shù)，工作時(shí)可達(dá)到智能判斷功能，見圖1。

圖1 裝置結(jié)構(gòu)圖

2.3 裝置特點(diǎn)

（1）成本低、體積小、質(zhì)量輕、安裝維護(hù)方便。

（2）設(shè)備出現(xiàn)故障不影響原來的輸油管線流程。

（3）采用油缸泵設(shè)計(jì)，減少輸送雜質(zhì)對泵體的卡刮。因此適合高含氣量、高含砂量、雜質(zhì)含量較多的介質(zhì)的輸送。同時(shí)也避免了氣卡、氣鎖等現(xiàn)象對泵體造成的功率損失和泵效下降，從而提高泵效和使用周期。

（4）油缸筒采用防腐處理，可明顯減少油氣液中有害化學(xué)物質(zhì)對泵體的腐蝕，提高泵體耐用度和使用壽命。

（5）裝置全機(jī)采用PLC 電腦控制，可根據(jù)井況快速設(shè)置裝置參數(shù)，定壓啟停進(jìn)行自動(dòng)間歇性作業(yè)，從而減少消耗，提高裝置使用壽命。

（6）采用液壓動(dòng)力，可提高輸出壓力，整體能耗低。

（7）能實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)運(yùn)行。

（8）增油效果顯著，單井場增油量約10%。

（9）節(jié)能降耗，節(jié)約抽油機(jī)電能約8%。

2.4 技術(shù)參數(shù)

裝置技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 裝置技術(shù)參數(shù)表

2.5 應(yīng)用效果跟蹤

2020－2021年，在第七采油廠白豹油區(qū)安裝試驗(yàn)了該裝置，挑選一口出液量較好、井口回壓高、投球器處具備電加熱裝置的單井井場，在采油工作制度和參數(shù)不變的情況下，測量抽油機(jī)實(shí)施前后的參數(shù)，回壓由原來的2.4 MPa 降低到現(xiàn)在的0.12 MPa 左右，單井平均泵效提高了6.5%，其他測量參數(shù)見表2：平均生產(chǎn)周期為365 d，平均日產(chǎn)液3.6×103kg，平均日增油1.3×103kg，累計(jì)增液1 424.5×103kg，累計(jì)增油500.5×103kg，延長檢泵周期83 d，累計(jì)節(jié)電29 760.5 kW·h。

表2 白豹油區(qū)回壓減壓裝置試驗(yàn)前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)

3 經(jīng)濟(jì)效益

3.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)當(dāng)前裝置使用情況，在適用范圍內(nèi)的油井增油效果可達(dá)到10%，則以單井井場為例，每年每個(gè)井場增油效益為：

同時(shí)，裝置節(jié)約抽油機(jī)電能約8%，則以單井井場及4 kW 電機(jī)抽油機(jī)為例，除去自身耗電費(fèi)用，每年每個(gè)井場節(jié)約電費(fèi)效益為：

每年每個(gè)井場產(chǎn)生效益合計(jì)：

投資回收期：裝置成本約6 萬元，預(yù)計(jì)半年即可收回成本，且開始收益。

3.2 間接經(jīng)濟(jì)效益

因整個(gè)裝置能將井筒的回壓控制在合理范圍內(nèi)，直接能減少抽油管桿的形變，降低抽油管桿的疲勞強(qiáng)度，間接提高了整個(gè)抽油設(shè)備的使用壽命。同時(shí)，增加了盤根的更換周期，降低了掃線頻次，提高了井筒安全系數(shù)。

4 結(jié)語

降回壓工作是油田原油生產(chǎn)過程中一項(xiàng)持之以恒、不斷進(jìn)行的工作。雖然目前降回壓工作采取了各類措施，也取得了一定成效。但隨著油井生產(chǎn)的變化以及滾動(dòng)開發(fā)的進(jìn)行，又會(huì)有高回壓井產(chǎn)生，因此只有不斷的采取降回壓措施，使油井回壓控制在合適壓力范圍，才能保障油田的長期穩(wěn)產(chǎn)。