《有桿泵斜抽工藝作法》在油田現場的標準化應用

黃曉東，姚滿倉，雷德榮，張輝

中國石油新疆油田分公司工程技術研究院（新疆克拉瑪依834000）

《有桿泵斜抽工藝作法》在油田現場的標準化應用

黃曉東，姚滿倉，雷德榮，張輝

中國石油新疆油田分公司工程技術研究院（新疆克拉瑪依834000）

《有桿泵斜抽工藝作法》標準是新疆油田目前推廣應用效果較好的企業標準之一，特別是在稠油水平井和SAGD、火驅等重大試驗中，取得了較好的經濟效益及社會效益。該標準針對新疆油田的特殊油藏特征制定了完善的抽油機、抽油桿、抽油泵的選型設計方法，特別是管柱及桿柱設計方法具有較強的創新性。該標準采用了“十一五”期間重要的科研成果作為編寫依據，標準中涉及多項自主知識產權產品，創新點突出。實施后普通稠油水平井的檢泵周期大幅度延長，平均檢泵周期為原來的10倍左右，該標準在SAGD生產井應用后，試驗區的生產井平均檢泵周期48個月以上。該標準在國內外油田得到了廣泛應用，創造了良好的經濟效益和社會效益。

有桿泵；斜抽工藝；標準；標準化

《有桿泵斜抽工藝作法》標準主要針對有桿泵斜抽工藝技術的通用做法而制定，該標準規定了有桿泵斜抽工藝的抽油泵、抽油機、抽油桿的選型，斜抽管柱結構及桿柱結構推薦設計方法等內容，標準用于指導各類斜抽井的單管、平行雙管管柱及桿柱結構設計。該標準的制定是基于新疆油田多年斜直水平井、常規水平井及各類定向井的開發經驗及多項研究成果基礎上，通過反復論證編制完成的。

1 標準的主要內容

對于淺層超稠油區塊，由于斜井特殊的井身結構，井身中抽油桿柱、抽油泵的受力狀況、工作狀況較為復雜，且隨著原油黏度的增大，抽油桿柱在下行過程中所產生的黏滯阻力遠遠大于普通稠油直井，抽油桿柱下行阻力增大，光桿“打架”和桿柱脫扣為主要技術難題。《有桿泵斜抽工藝作法》標準特有的管柱及桿柱結構可保證定向井有桿泵舉升的可靠性及高效性，特別是針對新疆油田的淺層稠油油藏有桿泵開發具有重要的指導意義。

1.1抽油泵、抽油機、抽油桿的選擇

對于抽油泵選擇，標準規定了抽油泵泵效、泵徑、沖程、沖次的確定，抽油泵類型和間隙級別的選擇，斜井泵使用規則判定，正常使用井筒井斜角及井眼曲率要求的判定等內容。其中抽油泵對井筒井斜角及井眼曲率要求為抽油泵選擇的核心內容，綜合目前油田現場斜井泵的結構及使用情況，標準確定選用斜井泵的原則為泵掛位置井斜角大于30°不大于60°。同時對于有桿泵斜抽工藝技術而言，抽油泵泵筒是否在泵掛位置發生變形，能否正常工作最為重要，新疆油田部分區塊的水平井、定向井開發油藏屬于淺層稠油油藏，鉆井井眼曲率較大，最大井斜全角變化率達到18°/30m,特別對于平行雙管等多管管柱結構，由于井眼空間有限，因此更需要依據標準對下入性進行判定。

抽油泵下入性判定，以244.5mm套管下入3根管（主管為1根88.9mmTBG油管，副管為2根60.3mm內接箍油管）為例，判定Φ57mm×5m抽油泵下入性如下。

3根油管管柱在套管內位置關系如圖1所示，需要保證泵筒不發生變形。

圖1 管柱與套管位置關系圖

分析下入性可取套管及管柱界面，分別以3種假設的極限情況進行分析，分析過程依據標準相關內容進行允許下入抽油泵長度計算，利用計算結果判定抽油泵下入性。

假設一：最理想情況，2根副管給主管留有最大下入空間，即2根副管并緊且貼緊套管壁，Φ57mm× 5m抽油泵的最大外徑為88.9mm，長度為6.9m，則允許下入的長度，計算結果見表1。

假設二：2根副管按井口位置關系分開分布，參數取值同假設一，則允許下入的長度計算結果見表2。

假設三：較為惡劣（非最惡劣）的情況，即2根副管軸線與套管軸線位于同一平面上，參數取值同假設一，則允許下入的長度計算結果見表3。

根據標準規定計算出的抽油泵允許下入深度對應有造斜率值，參照油井鉆井井眼軌跡數據，可判斷抽油泵是否滿足下入要求，可避免下入過程及泵掛位置造斜率過大引起的抽油泵泵筒變形。

抽油機的選型根據抽油泵排量、設計下泵深度、桿柱組合及原油黏度等情況，由單井設計確定抽油機的載荷及其型號，抽油桿按照引用相關標準選擇。

1.2抽油管柱及桿柱設計

單管斜井抽油管柱,自上而下排列順序為:油管掛、油管柱、回音標、抽油泵、泄油器、泵下尾管、篩管、沉砂管、絲堵，其中回音標和泄油器是根據工藝情況選用工具。篩管、沉砂管、絲堵，其規格應與油管尺寸相符（出砂井用防砂篩管）。

雙管斜井抽油管柱（圖2）,主管自上而下排列順序為:油管掛、油管柱、抽油泵、泄油器、泵下尾管、篩管、沉砂管、絲堵，其中泄油器是根據工藝情況選用工具。副管自上而下排列順序為:油管掛、油管柱、通孔引鞋。

表1 假設一計算結果

表2 假設二計算結果

表3 假設三計算結果

圖2 雙管斜井抽油管柱

常規型斜井抽油桿柱從上而下排列順序為:光桿、抽油桿、加重桿、拉桿、柱塞，根據單井設計在桿柱上布置扶正器及防脫器。抽油桿防脫器安裝的部位宜在光桿下端和油井造斜點附近，同時根據桿柱所受扭矩情況布置其他防脫器的位置。

依據標準規定內容并利用計算軟件，可判斷桿柱在油井內的彎曲應力和支反力引起變化情況，見圖3，指導扶正器及加重桿的布置，彎曲應力及支反力較大的位置可重點布置扶正器，減緩桿、管偏磨。軟件同時可根據井眼軌跡數據計算桿柱受到的附加扭矩，見圖4，根據扭矩值以及現場桿柱脫扣情況的統計數據，標準規定了防脫的布置方法，避免因過大扭矩造成桿柱脫扣故障。

圖3 桿柱受力分析計算圖

圖4 桿柱扭矩計算曲線圖

2 標準的主要創新點

新疆油田的定向井及水平井多位于稠油區塊（部分區塊50℃原油黏度達到20 000mPa·s），有桿泵舉升過程桿柱受到黏滯阻力較大，油藏埋深淺（150～600m）導致鉆井井眼軌跡井斜變化率大，有桿泵舉升桿柱受力狀況惡劣，桿柱下行動力不足，且定向井及水平井開發規模逐年擴大，有桿泵舉升開發難度較大。

《有桿泵斜抽工藝作法》標準主要結合了新疆油田的各類定向井開采的特殊工藝特點，將多年的研究成果及多項專利技術融于標準之中，特有的管柱及桿柱結構可保證定向井有桿泵舉升的可靠性及高效性，特別是針對新疆油田的淺層稠油油藏常規有桿泵開發具有重要的指導意義。

該標準的制定過程采用了《淺層稠油水平井有桿泵舉升工藝技術研究》等項目的相關研究成果，其中桿柱結構設計具有自主知識產權，桿柱及管柱中涉及部分配套工具具有自主知識產權。

3 標準的實施情況

《有桿泵斜抽工藝作法》標準目前在新疆油田廣泛應用于各類定向井、水平井的稠油注蒸汽吞吐、汽驅開發，同時已經在SAGD火驅等重大試驗項目中得到廣泛應用，國外在哈薩克斯坦肯基亞克鹽上油田水平井也得到應用。該標準可指導單管、平行雙管、平行三管舉升管柱結構設計，可滿足最大井斜角65°，最大造斜率18°/30m，50℃原油黏度

20 000mPa·s的稠油開發，目前單井最長檢泵周期為SAGD生產井FHW 003P，已經達到6年。

該標準2011年修訂，修訂前依據標準進行的斜井單井設計主要用于定向井，且前期開發定向井所在區塊原油黏度低，油藏埋深600m左右，因此修訂前標準可基本滿足生產要求。但隨著開發規模的逐漸擴大，開始轉向油藏埋深淺、原油黏度高區塊，原標準應用過程中部分區塊，如風城油田作業區重32井區水平井的平均檢泵周期為30天左右，最短檢泵周期為7天，桿柱脫扣為主要故障形式，井口溫度60～100℃時就出現“光桿打架”問題。新修訂標準基于最新研究成果制定，實施后普通稠油水平井的檢泵周期大幅度延長，平均檢泵周期為原來的10倍左右，該標準在SAGD生產井應用后，試驗區的生產井平均檢泵周期48個月以上。

4 經濟效益與社會效益分析

該標準主要應用于新疆油田的采油一廠紅淺1井區、重油開發公司九6、九7、九8井區、百口泉采油廠百重七井區、風城油田作業區的重1、重32、重45、重37及烏33等區塊的定向井、水平井、SAGD生產水平井、火驅生產水平井等，應用的井3 000余口，目前各類斜抽井的有桿泵舉升大多數依照本標準開展單井舉升設計，累計創造經濟效益超過億元。

《有桿泵斜抽工藝作法》標準目前已經應用于哈薩克斯坦肯基亞克鹽上油田等國外市場，取得了較好的應用效果。標準指導下的水平井有桿泵舉升工藝技術，使得新疆油田的各類舉升配套工具批量出口，為新疆油田的開采工藝創造國際影響力起到了重要作用。

《有桿泵斜抽工藝作法》標準目前已經成為新疆油田較為重要的標準之一，推行期間取得較為突出的社會效益。目前新疆油田的各種類型定向井開發規模逐年增加，有桿泵斜抽工藝技術作為一種成熟的技術在國內外廣泛應用，標準對于控制工藝質量具有重要的現實意義，因此應用前景廣闊。

[1]陳森，袁新生，竇升軍，等.風城SAGD生產水平井合理壓井時機確定方法探討[J].鉆采工藝，2012,35（5）：52-54.

[2]有桿泵斜抽工藝作法:Q/SYXJ0570-2011[S].

[3]黃曉東，張麗萍,張輝,等.新疆油田稠油水平井桿柱防脫扣研究[J].新疆石油科技，2011，21（2）:35-36.

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[5]羅英俊，萬仁溥.采油技術手冊（上冊）[M].3版.北京：石油工業出版社，2005

The standard"Slant Pumping Technology of Sucker Rod Pump"is one of the enterprise standardswhich havebetter applica?tion effect in Xinjiang Oilfield atpresent,and itachievesgood economic and socialbenefitsespecially in horizontalwell developmentof heavy oil,SAGD and fire flooding.The perfect type selectionmethods suitable to the reservoir characteristics of Xinjiang Oilfield for pumping unit,sucker rod and oil pump are presented in the standard,and the standard has innovation especially in the designmethod of tubular stringand rod string.The importantscientific research achievements during"11th Five-Year Plan"areadopted in the standard, and it involves a number of productswith independent intellectual property rights.After the implementation of the standard,the pump check cycle of the normal heavy oil horizontalwell is prolonged,and the average pump check cycle is about 10 times of original pump check cycle.The app lication of the standard in the SAGD production wellsmakes the average pump check cycle of the production wells in the testarea reaches tomore than 48months.

suck rod pump;slantpumping technology;standard;standardization

王梅

2016-01-21

黃曉東（1968-），男，高級工程師，主要從事人工舉升工藝研究和推廣應用工作。