淺層稠油井抽油桿配套技術(shù)研究及應(yīng)用

韓鎖（中國石油遼河油田分公司錦州采油廠， 遼寧 錦州 121209）

淺層稠油井抽油桿配套技術(shù)研究及應(yīng)用

韓鎖（中國石油遼河油田分公司錦州采油廠， 遼寧 錦州 121209）

淺層超稠油水平井生產(chǎn)初期抽油桿柱脫扣率較高，嚴(yán)重影響了高溫期抽油生產(chǎn)，通過對水平井抽油桿柱受力狀況、桿柱及附件結(jié)構(gòu)等分析，確定脫扣主要原因為抽油桿及附件結(jié)構(gòu)設(shè)計不完善，導(dǎo)致卸扣扭矩?zé)o法有效釋放。通過確定合理的管桿結(jié)構(gòu)，桿柱脫扣率大幅下降，有效延長了稠油水平井抽油期間的免修期。

遼河油田；淺層超稠油；水平井；配套技術(shù)；抽油桿

淺層超稠油水平井生產(chǎn)初期頻繁出現(xiàn)機、桿不同步—光桿“打架”現(xiàn)象。機、桿不同步情況增加了抽油機的震動，影響了減速箱、抽油桿壽命，加重了桿柱斷脫機率，影響高溫期采油正常生產(chǎn)。出現(xiàn)脫扣故障位置主要在中上層到井口之間，對應(yīng)水平井井斜角范圍在0°～14°，其中有抽油桿連接處脫扣、扶正器與插接式抽油桿連接處脫扣、扶正器滾輪磨損不均脫落。

1　故障原因分析

（1）機、桿不同步原因分析 機抽生產(chǎn)中下沖程機、桿不同步主要是由于下沖程時懸點載荷過小引起的，而下沖程懸點載荷的減小主要受摩擦力的影響。懸點載荷中的摩擦力包括四方面：抽油桿柱與油管間的半干摩擦力；柱塞和泵筒間的半干摩擦力；抽油桿柱和液柱的液體摩擦力；液體通過游動凡爾時的液體摩擦力，下沖程時，抽油桿柱運動方向向下，摩擦力作用方向向上，減少了懸點載荷，如下式所示，下沖程時懸點載荷P下等于：

式中：P靜為抽油桿柱靜載荷；P慣為抽油桿柱慣性載荷；P振為

抽油桿柱振動載荷；P摩為抽油桿柱所受摩擦力總和。

對于低粘度油井，液體摩擦力數(shù)值很小，在計算中可忽略不計，但對于高粘度油井，液體摩擦力有時可達(dá)10～20kN，大大減小了下沖程抽油桿柱的下行力，從而造成抽油桿柱下行滯后，造成機桿不同步現(xiàn)象。

（2）桿柱頻繁脫扣原因分析 水平井井眼軌跡是一三維空間曲線，不但有曲率，還有撓率，這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形態(tài)使得在其內(nèi)沿軸向運動的抽油桿柱承受附加扭矩，并成為抽油桿柱斷脫的一個外動力。經(jīng)分析認(rèn)為，水平井抽油桿柱頻繁脫扣主要有以下幾個因素造成。

①井眼軌跡。由于井斜角、方位角的影響，水平井桿柱在上下沖程運動時不是像直井一樣沿井筒的單純軸向運動，抽油桿軸線在運動中的形狀和軌跡是變化的，桿柱運動的軸線是一條三維空間曲線，即抽油桿受到的側(cè)向力會隨著井斜角、方位角的變化而發(fā)生變化。抽油桿柱在井斜角和方位角變化的影響下將產(chǎn)生螺旋彎曲變形，形成具有松動效應(yīng)的扭矩，沿中和點向下逐漸增大。另外，抽油桿柱承受的交變載荷影響著松動扭矩的大小，交變載荷越大，卸扣扭矩就越大。水平井的井身軌跡在空間分布上形成一個方向不一致的螺旋曲線，因此引入地質(zhì)中“旋回”概念，指鉆井時井深與方位角的變化關(guān)系，“正旋回”表示井身結(jié)構(gòu)按順時針方向螺旋向下，“反旋回”表示逆時針螺旋向下，當(dāng)泵位于正旋回段，活塞下行時將受到一個卸扣扭矩，此扭矩小于抽油桿正常上扣扭矩，在活塞運動中卸扣扭矩反復(fù)作用，上扣扭矩消失導(dǎo)致桿柱脫扣。

②原油粘度高。活塞受到重力、浮力及摩擦力作用，超稠油的特性造成液體摩擦力在下沖程時顯著增大，在油管的限制空間內(nèi)加劇了桿柱旋轉(zhuǎn)，易發(fā)生脫扣；此外由于摩擦力影響，下沖程時抽油桿柱中將產(chǎn)生一個不受力的中和點，該點附近的接箍部位由于不受力，最易受到卸扣扭矩的作用，發(fā)生脫扣。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，原油粘度越高，油層、泵深越淺，則檢泵周期越短。

③抽油桿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。初期應(yīng)用的防脫抽油桿沒有臺肩，無法產(chǎn)生足夠的擠壓力；柱塞上端拉桿連接抽油桿短節(jié)，缺少足夠剛性，桿柱下行時會發(fā)生彎曲變形，處于嚴(yán)重失穩(wěn)狀態(tài)，桿柱載荷無法有效傳遞到柱塞，在交變載荷作用下容易導(dǎo)致脫扣故障；防脫器在超稠油水平井中承受較高軸向載荷的情況下，結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，扭矩不能完全釋放。

④振動影響。由于機桿不同步現(xiàn)象頻繁，抽油機懸繩器與管桿卡子的劇烈碰撞加快了桿柱卸扣。

⑤修井質(zhì)量。由于采用插接式抽油桿，如果插接不到位，造成預(yù)緊接箍上不到位，生產(chǎn)很短時間就會脫扣。

2　采取的對策

（1）機、桿不同步解決對策 ①通過伴熱、降粘等方式降低井筒內(nèi)原油粘度，減少摩擦阻力；②要求井眼軌跡平滑，井眼曲率盡可能小；③使用短柱塞泵，對泵結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，減少摩擦阻力；④提高泵掛位置，避開狗腿度大的位置；⑤增加加重桿數(shù)量，或改用加重桿，增加下行力。

（2）桿柱頻繁脫扣解決對策 ①桿柱優(yōu)化：結(jié)合單井軌跡情況，對由于井眼軌跡的原因而產(chǎn)生的扭矩值進行了計算，預(yù)測出井眼扭矩較大值出現(xiàn)的重點位置，根據(jù)設(shè)計設(shè)置防脫器，有效釋放扭矩。②開展多種桿柱及附件試驗：進行了5種桿柱防脫現(xiàn)場試驗，其中主要的兩種方案為：一是采用防松墊圈桿柱，即在原配套工具上增加防松墊圈，增加抽油桿接箍的預(yù)緊力，防止因預(yù)緊力不足產(chǎn)生脫扣；另一種全井桿柱采用雙螺母背帽防松結(jié)構(gòu)，將原普通防脫抽油桿換成帶雙螺母背帽式的防脫抽油桿，每根桿增加一個雙螺母背帽；同時也進行了普通抽油桿、全井加重桿、滑動扶正器等。

3　結(jié)語

通過對桿柱的應(yīng)用研究認(rèn)為，由于受井身軌跡及原油粘度影響，普通插接式抽油桿不適用于淺層超稠油水平井，淺層超稠油水平井抽油桿柱應(yīng)以防脫為主。雙螺母背帽插接式配套桿柱進入現(xiàn)場試驗以來，脫扣井次顯著降低，有效延長了檢泵周期，根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果，推薦淺層超稠油水平井使用雙螺母背帽插接式抽油配套桿柱。

［1］任國亮，張世安，等.稠油斜直井抽油桿柱滯后原因及解決途徑.特種油氣藏，2004，11（4）：74-77.