基于曲線擬合法確定抽油機井合理沉沒度

王登順

摘要： 抽油機井保持合理的沉沒度是正常生產的重要保證。由于地層條件、生產參數、和管理狀態等因素影響，每口井的沉沒度都不一樣，而過高或者過低的沉沒度會對油井的生產帶來不同程度的影響。抽油機井生產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控，確保油井在最佳狀態下生產。

關鍵詞： 抽油機井；合理沉沒度；曲線擬合法；泵效；含水；關系曲線；系統效率

抽油機井合理沉沒度是取得理想泵效、系統能耗及工具使用壽命的重要約束參數。抽油機井沉沒度過低， 泵在供液不足狀況下抽汲，會產生液擊現象，導致額外的沖擊載荷，桿管交變載荷增大，同時原油脫氣，粘度增大容易結蠟，沉沒度低，油套環形空間內的液體少，， 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。本文利用曲線擬合法找出沉沒度與泵效、系統效率的相互關系， 結合檢泵率， 最終確立抽油機井沉沒度的合理范圍， 為油田生產提供技術依據。

1 沉沒度與泵效關系

以油田為例， 選取77 口抽油機井生產數據， 利用曲線擬合法繪制該區塊抽油機井沉沒度與泵效關系曲線。經過數據分析發現， 泵效與沉沒度的關系曲線符合三次多項式的曲線形態， 其曲線擬合方程為：

根據統計數據發現， 在相同的沉沒度下， 泵效隨含水的變化而變化。因此， 根據油井產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 沉沒度與系統效率關系

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

有桿抽油系統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在泵效這一環節上， 而沉沒度是實現理想泵效、系統能耗的關鍵所在。為找出系統效率與沉沒度的線性關系， 對抽油機井能耗數據進行分段統計， 以沉沒度50m 為單位， 作沉沒度與系統效率、噸液百米耗電量關系曲線。由圖可見， 當沉沒度小于150 m 時， 系統效率隨沉沒度增加而增加； 沉沒度大于150 m 時， 系統效率隨沉沒度增加而降低。最高系統效率出現在沉

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

3 沉沒度與套管內井溫變化關系

井溫梯度差異不大， 但在生產過程中，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、油套環形空間內井液多少以及生產舉升過程中散失熱量的不同， 會出現不同的生產井溫。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井結蠟深度的變化， 即低沉沒度井結蠟深度下移， 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， 舉升高度增加， 因供液不足而產生液擊， 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， 容易引發桿斷和脫接器壞， 最終導致檢泵率的上升。統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， 占總井數的67.24%； 所有檢泵井中20m 以下低沉沒度檢泵井占總井數的77. 01% 。從統計結果來看： 隨著沉沒度的降低， 檢泵率上升。

5 結論

（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， 不同含水率井取得最佳泵效所需沉沒度的區間有所不同。（2） 系統效率隨沉沒度增加先升后降， 最高系統效率出現在沉沒度為150～ 300 m 的區間。（3） 沉沒度小于200 m 時， 偏磨、脫節器壞和桿斷等檢泵機率增加， 作業費用增加； 當沉沒度偏低時， 溫場下移， 結蠟點下移， 影響熱洗效果； 而沉沒度大于350 m 時， 系統效率偏低， 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速度及經濟能耗的需求。

參考文獻：

1.賈德有. 油井桿管偏磨原因分析及防治方法研究[J]. 內蒙古石油化工. 2016（10）