游梁式抽油機地面參數與井筒的綜合管理

梁策（中國石油天然氣集團公司油田節能技術監測評價中心）

游梁式抽油機的工作過程是通過電動機的高速運轉，經過皮帶的傳動，將動能傳遞給減速箱，經過三軸二級減速后，再由曲柄連桿機構將旋轉運動變為游梁的上下擺動；然后，抽油桿的上下往復工作帶動懸繩器，使抽油泵柱塞上下運動，從而將原油抽汲到地面[1]。

在這個工作過程中，抽油桿及其帶動的抽油泵大量往復做功，造成桿斷、偏磨，管斷，管漏、泵漏的發生，所以減少桿管問題是減少作業次數，延長抽油機工作周期的核心。

1 沖速與檢泵周期的關系

沖速是指抽油泵活塞在工作筒內每分鐘往復運動的次數。目前抽油泵沖速多為4～7 min-1。以6 min-1為例，每天桿上下運動并帶動活塞泵往復運動的次數為8640 次，每年可達3 153 600 次。所以沖速越快，活塞往復次數越頻繁，設備磨損程度越嚴重，作業概率越高，作業周期越短。

1.1 抽油桿問題對檢泵周期的影響

抽油桿工作中主要受到兩個作用力，即抽油桿本身的彈性力和抽油桿在上下行過程中存在法向力。

抽油桿本身的彈性力的產生是由于抽油桿是一種彈性體，當驢頭開始上行時，游動閥關閉，充滿的液柱載荷會作用在柱塞上，使抽油桿發生彈性伸長。下沖程開始時，吸入閥立即關閉，液柱的載荷由抽油桿柱逐漸轉移到油管上，使抽油桿縮短。抽油桿在這種伸長縮短的變化過程中，容易出現桿斷脫現象，沖速越快，這一過程越頻繁，斷脫概率越高。

正常抽油時抽油桿柱彎曲產生在下沖程，在中性點以上的抽油桿柱處于拉伸狀態，而在中性點以下的抽油桿柱受壓，由于側應力的影響而產生側向彎曲，使桿體與油管內壁相摩擦，進而使抽油桿向油管一側移動，造成桿管偏磨。同樣，沖速越快，抽油桿往復次數越頻繁，抽油桿柱上的法向力也就越頻繁，而檢泵次數越頻繁，周期就越短。

1.2 油管問題對檢泵周期的影響

油管是連接油管掛和抽油泵的工具，起到密閉液體的作用。如果發生油管漏或者斷，在抽汲過程中，液體會在漏失處流出。出現這一問題的原因是：下沖程開始時，吸入閥立即關閉，液柱載荷由抽油桿柱轉移到油管上，油管伸長；相反上沖程時，油管縮短，這就導致油管頻繁地伸長縮短，易斷脫；由于抽油桿對油管壁的磨損作用，造成管壁越來越薄，最終磨漏。所以，油管問題原因也與沖速快慢有直接關系。

1.3 抽油泵問題原因分析

抽油泵是抽油機井的心臟，位于桿管的最下部。它通過固定閥、游動閥交替開關完成進液和排液過程，使液體源源不斷地流向地面。固定閥和游動閥主要由鋼球、球座組成，每次開關，鋼球都會撞擊球座一次，活塞完成一次往復運動。長時間撞擊，鋼球與球座就會密封不嚴，球座會出現小坑，使泵逐漸漏失。

2 沖程與泵效的關系

沖程是指抽油機工作時光桿運動的最高點和最低點之間的距離，在井筒內為活塞在泵筒內移動的距離。如果不考慮桿管的伸長形變，活塞在泵筒內移動的距離應該和光桿運動的區間相等。通常柱塞沖程小于光桿沖程，這導致了泵效小于1。抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮愈大，柱塞沖程與光桿沖程的差也愈大，泵效就愈低。

多數油田處于抽油泵開采期，都是井底流壓低于飽和壓力，即使在高于飽和壓力下生產，泵口壓力也低于飽和壓力。因此，在抽汲時總是氣液兩相同時進泵，氣體進泵必然減少進入泵內的液體量，影響泵效。當氣體影響嚴重時，可能發生“氣鎖”，使抽汲時氣體在泵內壓縮和膨脹，吸入和排出閥無法打開，出現抽不出油的現象。

泵的充滿系數與泵內氣液比和泵的結構有關。在保證柱塞不撞擊固定閥的情況下，盡量減小防沖距，可以減小余隙。因此，抽油機盡量滿足長沖程，可以提高泵的充滿系數，從而提高泵效。

3 地面參數調整原則與常見問題

高含水期調參是保持穩產的一種有效手段，通過放大生產壓差，使油井工作制度更趨于合理，更充分發揮油井的開采潛能，減緩產量遞減。

綜上分析，長沖程加上慢沖速可保持同等泵效維持產量，是減少磨損消耗的重要方法。在泵徑、沖程、沖速三者的配合關系中，對于操作者來說，工作量最小，最容易調整的是沖速值。目前普遍的調沖速方法是加裝皮帶輪與安裝變頻調參控制柜實現變頻調參。其中加裝皮帶輪的周期不固定，操作較麻煩，變頻調參具有明顯優勢[2]。

由于抽油設備已經陳舊、老化，雖然近幾年加大了抽油機的更換力度，但仍存在著部分老機型，這些抽油機中部分曲柄銷子等部件已經銹死，或孔眼損壞，無法調整沖程，影響了油井抽汲參數的調整。

4 優化方案及效果評價

在日常生產中隨著地層供液能力的變化，桿管質量和工作狀況也發生改變，液面與沉沒度的監測是維持泵在良好的供液能力下工作的重要手段，也是地面參數調整的重要依據。保證井筒的供液能力與工作參數的合理匹配是維持游梁式抽油機工作的基礎。井筒液面如果過深，說明井下供液能力已經不足，有抽空的趨勢，桿管泵在干磨的情況下斷或者漏的風險增加。若液面過淺，說明井下供液充足，但泵的排量仍無法滿足供液的輸出。這時地面參數如果已經最大或最小，或因設備等原因已無法調整，那抽油機的合理生產就無法實現，只有在井下設備產生問題需要作業解決時并對施工設計作出調整，從井下井筒管理方面來解決問題。

4.1 方案設計過程中合理匹配抽汲參數

確定最合理的地面參數可改善抽汲狀況，有效降低異常問題發生率。

對供液能力改變，不能滿足供液的要在作業設計中考慮換小泵徑，對于供液能力充足的應考慮放大泵徑。比如，采油一廠某井于2014年12月23日作業檢泵，2015年1月1日卡泵，檢泵周期只有8天。由于該井供液不足，在二次作業時泵徑由44 mm 換為38 mm，換泵后沉沒度由換前35 m 上升到329.4 m，功圖由供液不足變為正常。從換泵前后對比可以看出，該井換小泵后，提高了泵的充滿系數，使其在合理的參數下生產，從2015年2月8日作業到目前，該井一直正常生產。 在泵徑變更時應考慮泵掛深度的調整，使生產中保持合理沉沒度。

4.2 設計要求下入抽油桿前進行油管蹩壓

該工序可及時發現管漏及絲扣漏現象，預防不合格油管再次下入井中造成返工。在油管打壓過程中發現壓力穩不住，應將油管起出，確定油管是否老化，是否需要更換，并在下井后重新打壓確認，避免因油管不合格而造成返工作業。

4.3 針對砂卡及氣體影響井，作業時應下入砂氣錨

在某采油廠已發生的6 口砂卡井中，由于作業時下入了砂氣錨，目前已平均運行了5 個月以上，這些井的氣體影響也相對減弱，功圖形狀得到了改善（表1）。

4.4 油管錨的使用

對發生過管斷的井作業時采取下入油管錨的措施，可有效防止管斷脫。如北1-丁4-P35 井，2015年1月15日作業時發現第79 根管斷，2015年3月8日又發生管斷，檢泵周期只有52 天；在3月8日作業時下入了無卡瓦式油管錨，到目前為止，該井一直正常生產，有效延長了檢泵周期。

綜上所述，從優化方案入手，結合地面參數調整，對減低抽油機井小修檢泵率有著重要的作用。以采油一廠2014年度為例，由于采取了綜合治理措施，上半年的返工井數與2013年同期相比減少了10 井次，返工率下降了1.2 個百分點，上半年當年作業當年返工井有22 井次，比2013年同期少了11 井次，與2013年下半年相比少了10 井次，2014年上半年作業2 次的井第二次返工桿管斷、管漏比例與2013年同期及下半年相比都有所降低。

表1 下入氣錨井措施前后數據對比

從2014年1—8月份的返工率明顯降低可以看出采取綜合治理后已逐漸見到了效果，返工率曲線見圖1。

圖1 2014年返工率曲線

采取綜合措施，尤其優化方案設計只是降低抽油機井返工率的途徑之一。降抽油機井返工率是一項系統工程，它還與作業施工質量、井下工具質量及日常生產管理等關系密切，只有以上各方面共同提高，協調發展，才能最大限度地降低抽油機井返工率。

5 游梁式抽油機井的管理方法與難點

油管、抽油桿的偏磨主要是由井身結構、油管受力側向彎曲、抽油桿側向彎曲以及工作參數不合理、采出液的特性等因素引起的。優化組合油管抽油桿柱、選擇合適的井下工具、確定合理生產參數等能有效防治管桿偏磨，延長管桿使用壽命及油井免修期。

在滿足油田地質開發要求的前提下，盡量采用長沖程、低沖速，從而增大油管與抽油桿的磨損面積，減少摩擦次數，使磨損均勻。另外，在上下沖程時，加速度變化變緩，使泵上油管在上沖程時受壓彎曲效應減弱，使底部抽油桿在下沖程時中性點下移，底部抽油桿受壓彎曲程度減小，抽油桿與油管之間的磨損減小，有利于延長管桿使用壽命。

井下工具選擇要根據當前地層供液能力及合理沉沒度界定，經過計算合理選擇，使桿、管、泵在良好的工作狀態下進行抽汲工作，保證井下工具的使用壽命。

雖然采取綜合措施可在一定程度上降低抽油機井返工率，但壓裂、大修、換泵、酸化、補孔等措施也造成了一定比例的返工井。目前油田仍存在一定數量的特殊機型，有些機型或沖程過小，或沖速過快，如10-3-37B 機型，其最小沖速為8 min-1，不能滿足合理生產的需求，給綜合治理帶來不便。

總之，針對抽油機井提高泵效而言，首先要考慮調大沖程，減少沖程損失，減少氣體影響，增加泵的充滿系數，達到提高泵效的目的。換泵、壓裂、大修后的井要根據措施后生產情況及時調整工作參數，防止這些井因異常造成返工。下新型三級泵及高強度扶正環對防偏磨起到了積極的作用，但在實際生產中還需研究探討一種更有效的防偏磨措施，將偏磨的發生率降到最低，從而減少因偏磨而造成的損失。

[1]武云石.提高抽油機井系統效率的措施研究[J].油氣田地面工程,2009,28(7):7-8.

[2]趙磊.三元機采井工況參數實時檢測系統的研制與應用[J].化學工程與裝備,2014,99(5):13-15.