提撈抽油機在三元復合驅油井的適應性分析

孫延安，李春福，陳明戰，許 萍

（1.西南石油大學材料科學與工程學院，成都610500；

2.大慶油田有限責任公司采油工程研究院，黑龍江大慶163453；

3.大慶油田有限責任公司第三采油廠，黑龍江大慶163000）

提撈抽油機在三元復合驅油井的適應性分析

孫延安1，2，李春福1，陳明戰2，許 萍3

（1.西南石油大學材料科學與工程學院，成都610500；

2.大慶油田有限責任公司采油工程研究院，黑龍江大慶163453；

3.大慶油田有限責任公司第三采油廠，黑龍江大慶163000）

為綜合評價提撈抽油機在三元復合驅的應用效果，分析了提撈抽油機的排量能力、舉升能力等技術適應性。選取了排量相當的游梁式抽油機、螺桿泵等主要舉升方式，分別從一次性投資、檢泵作業、能耗、日常維護保養4方面進行了經濟性對比評價分析。綜合分析結果表明，提撈抽油機是針對三元結垢工況的1種有效舉升方式，同時也指出了目前存在的主要問題。

三元復合驅；提撈抽油機；技術；經濟；分析

由于游梁式抽油機和螺桿泵等舉升方式在三元結垢高峰期檢泵周期較短、表現出了較差的適應性［1］，進行了提撈抽油機在三元復合驅油井的現場試驗。現場應用表明，轉用提撈抽油機后平均檢泵周期延長了300 d，表現出了較強的抗垢舉升性能［2］。考慮到其本身設備規格參數和運行特點，為綜合評價三元復合驅提撈抽油機與其他舉升方式的技術適應性和經濟適應性，筆者進行了分析研究，指出了目前存在的問題和改進方向。

1 技術適應性分析

1.1 排量分析

結合提撈抽油機設備規格及運行參數，分別計算最大理論排量和滿足供排協調條件下的排量。

鋼絲繩抽油桿規格：外徑?24 mm。

繩速：常規三相異步電機驅動，由于絞盤鋼絲繩纏繞層數差異，抽子在不同深度時繩速有稍微差別，平均約為0.8 m／s。

抽子下行深度：現場下入油管深度在1 000 m左右，抽子下行深度應小于油管下入深度。

1.1.1 提撈抽油機最大理論排量計算

只有當油井產能足夠高，滿足當抽子連續運行且每次抽子起抽時液面在井口條件下，才能獲得最高理論排量。

此時，運行1個沖程循環所需要的時間為

式中：H為抽子下行深度，m；v為抽子運行速度，m／s。

1 d內撈油次數為：

式中：n為日撈油次數。

由于每次起抽時液面在井口，抽子下行深度為抽子沉沒度，則每次撈油產量為：

式中：q為每次撈油產量，m3／d；rt為油管內徑，m；rr為鋼絲繩抽油桿外徑，m；Hs為起抽時抽子沉沒度，m。

則理論最大日產液量為：

式中：Q為理論最大日產液量，m3／d。

從上式可以看出，理論最大日產液量與抽子下行深度無關，只與繩速、油管內徑和鋼絲繩抽油桿外徑相關。

則88.9 mm（3?2英寸）油管的最大理論排量為：

1.1.2 供排協調時提撈抽油機理論排量計算

供排協調指舉升設備在合理的運行參數下運行，能夠使沉沒度（或動液面）保持在合理的范圍內。

目前，游梁式抽油機和螺桿泵的平均沉沒度分別為258 m和438 m。考慮到提撈抽油機自身工作時1個沖程內液面波動范圍較大（100～200 m）以及三元復合驅應用的特殊性，液面在1個沖程內400～600 m（平均500 m）波動基本可以認為能夠保證供排協調，對應起抽時沉沒度為600 m，此時的理論產量為：

則88.9 mm（3?2英寸）油管供排協調時理論排量為：

根據以上計算結果，88.9 mm（3?2英寸）油管的提撈抽油機推薦的油井日產液量應小于80 m3／d，73.0 mm（2英寸）油管時應小于50 m3／d。

1.2 舉升能力分析

供排協調條件下抽子起抽時液面400 m、沉沒度600 m，即此時抽子上部油管內液柱高度為600 m、承受壓力為0。如果不考慮漏失，當井口開始出液時動液面下降到600 m，則此時抽子承受的液柱（600 m）壓力最大、舉升揚程最高，系統載荷也最大，液柱載荷24.5 k N左右，加上抽子與油管內壁的摩擦載荷，系統總載荷在40 k N以內。

室內模擬試驗檢測表明，內部鋼絲直徑為12 mm、外徑24 mm的鋼絲繩抽油桿最小承拉載荷為80 k N左右，對應的抗拉安全系數達到2.0；40 k N載荷時鋼絲繩現場彎曲疲勞壽命也超過2 a。鋼絲繩抗拉和抗彎曲疲勞能力基本能夠滿足現場舉升要求。

2 經濟適應性分析

為全面評價提撈抽油機，與產量相當的常規抽油機及螺桿泵進行15 a全壽命周期的濟效益對比，包括12 a的水驅、1 a聚驅、2 a三元結垢期，并折合為年度費用。

三元復合驅開發區塊目前采用的提撈抽油機型號主要為160 k N型，單井平均產液量56.1 m3／d，選取對應排量游梁式抽油機型號為10型機70泵型、螺桿泵型號為800泵型。評價內容主要包括一次性投資、作業、維護、能耗等費用。

2.1 一次性投資對比

一次性投入包括抽油機或驅動裝置、桿管泵、安裝費用、基礎及電機等費用。抽油機（10型70泵）一次性投資為￥43.84萬元、螺桿泵（800型）為￥33.99萬元、提撈抽油機（160 k N型）為￥46.83萬元。為了綜合評價提撈抽油機與抽油機和螺桿泵對三元復合驅的適應性，一次性投資按照15 a攤銷。如表1。

2.2 檢泵作業對比

檢泵作業費用包括作業施工費以及桿管和井下工具的更換等。其中，提撈抽油機三元復合驅結垢階段平均檢泵周期為431 d，水驅開發階段平均檢泵周期基本能夠達到3 a，聚驅達到2 a，計算結果如表2所示。

表1 抽油機、螺桿泵與提撈抽油機一次投入費用攤銷后統計數據 萬元

表2 抽油機、螺桿泵與提撈抽油機作業維護費用統計數據

2.3 日常維護及加藥對比（如表3）

日常維護費用包括光桿、電機、減速箱（驅動裝置）、皮帶、毛辨子等地面設施的更換、維修、維護費用。抽油機和螺桿泵結垢期在費用中增加加藥裝置、藥劑等防垢投資。目前室內檢測表明提撈抽油機鋼絲繩抽油桿壽命為2 a左右，折合年費用為3萬元；鋼絲繩抽子壽命在2個月之內，則年更換抽子費用為12／2×0.089＝0.534萬元；更換電器元件、鏈條等其他部件年費用為0.23萬元。則提撈抽油機年維護保養費用為3＋0.534＋0.23＝3.764萬元。

表3 抽油機、螺桿泵與提撈抽油機日常維護和加藥費用統計數據 萬元

2.4 運行能耗對比（如表4）

表4 抽油機、螺桿泵與提撈抽油機運行能耗費用統計數據

2.5 綜合對比

綜合對比各項費用，計算年均費用如表5和圖1。

表5 抽油機、螺桿泵與提撈抽油機年綜合費用對比 萬元

圖1 不同舉升方式單井年投入費用對比（萬元）

從計算結果可以看出，在15 a設備使用壽命周期內，由于聚驅特別是三元驅抽油機、螺桿泵檢泵周期下降較大，除水驅外提撈抽油機相對常規抽油機和螺桿泵都具有較高的經濟性，尤其是在三元復合驅結垢階段，年運行費用可減少60%左右。

3 存在問題

雖然提撈抽油機在三元復合驅應用表現出了較強的適應性，但由于單個沖程循環需要30 min左右，液面波動100～200 m，流壓波動1～2 MPa，為非穩定運行工況，也給部分生產運行數據的測取以及油藏評帶來了困難。

主要體現在2個方面：

1） 含水化驗復雜。由于運行穩定、基本連續出液，常規抽油機、螺桿泵含水化驗隨機取樣即可。但提撈抽油機抽子從井底運行到井口，再下行至井底，部分低產井還需等待液面恢復至合理的高度再起抽，單個沖程循環需要時間較長，存在明顯的油水分離，不同時刻取樣含水化驗結果差別很大，因此常規取樣方法不適用。采用含水分析儀則存在單井一次性投資高、儀器設備需定期清洗維護等問題。

2） 測井存在一定難度。產量超過50 m3／d的生產井需要采用88.9 mm（3?2英寸）油管，而現場套管基本為139.7 mm（5?2英寸），油套環空最大空間為16 mm。目前的測井儀器一般為28 mm、最小23 mm，遠大于油套環空空間。而且，提撈抽油機是非連續運行，油層供液不穩定，即使有空間能夠通過儀器進行測試，剖面測試過程及解釋也較困難和復雜。

4 結論

1） 提撈抽油機抽子工作時從井底到井口往復運行能夠對油管內壁進行刮垢除蠟，抽子下行收縮，能夠有效避免垢卡；同時能夠基本滿足排量和舉升能力要求。

2） 采用88.9 mm（3?2英寸）油管時推薦的油井日產液量應小于80 m3／d，采用73.0 mm（2英寸）油管時該值應小于50 m3／d。但考慮到常規抽油機和螺桿泵三元防垢舉升的不適應性，可以適當擴大提撈抽油機的排量應用范圍。

3） 聚驅特別是三元結垢期，提撈抽油機相對常規抽油機和螺桿泵都具有經濟性。

4） 在三元復合驅油井采用提撈抽油機，含水化驗方法和測井工藝仍需深入研究，同時保證測試精度和效率。

［1］ 周瑞芬，柏琳，李金玲，等.三元復合驅抽油機井結垢及懸點載荷試驗研究［J］.石油礦場機械，2012，.41（4）：44-47.

［2］ 陳明戰.三元復合驅提撈抽油機用抽子改進［J］.石油礦場機械，2014，43（2）：89-92.

Adaptability Analysis of Bailing Pumping Unit in ASP Flooding Well

SUN Yan-an1，2，LI Chun-fu1，CHEN Ming-zhan2，XU Ping3
（1.College of Material Science and Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；2.Production Engineering and Research Institute，Daqing Oilfield，Daqing 163453，China；3.No.3 Oil Production Plant，Daqing Oilfield，Daqing 163000，China）

To give a comprehensive application assessment of bailing pumping unit in ASP flooding，the technical specifications were analyzed，such as displacement and lift ability.Compared with beam pumping unit and progressive cavity pump with equal fluid rate，economic evaluation also was also given on investment，pump inspection，power consumption，and routine maintenance.The research result showed that the bailing pumping unit is an effective lifting method under scaling operating condition in ASP flooding.The main problems were also pointed out in the last.

ASP flooding；bailing pumping unit；technical；economic；analysis

TE933.107

B

10.3969／j.issn.1001-3482.2014.12.016

1001-3482（2014）12-0063-04

2014-06-16

孫延安（1968-），男，湖北天門人，高級工程師，博士研究生，主要研究方向為油田機械采油技術，E-mail：sunya＠petrochina.com.cn。