淺談井口回壓對抽油設(shè)備的影響

張勇

摘要：目前我們草西管理區(qū)草13斷塊自1986年投入勘探開發(fā)建設(shè)以來，在近30年的開發(fā)過程中各項生產(chǎn)指標(biāo)已到了中后期。由于開發(fā)范圍的不斷加大，井距隨之越來越大，普通生產(chǎn)管線已經(jīng)不能適應(yīng)目前的生產(chǎn)現(xiàn)狀，同時井筒不確定狀況的增多、地層的不斷變化、油稠、出砂、結(jié)蠟等的影響，造成了油井回壓上升，嚴(yán)重影響了抽油設(shè)備的正常運行。我們通過在各計量問及外輸主干安裝單螺桿油氣混輸泵二次增壓，同時采用了雙管線熱水伴隨流程對稠油降粘，取得了良好應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：回壓；摻水流程；稠油；螺桿泵

目前草西管理區(qū)草13斷塊共計油井120口，回壓大于1.0MPa的油井有23口，占開井?dāng)?shù)19%；回壓在0.5-1.0MPa之間有54口，占開井?dāng)?shù)45%；回壓小于0.5MPa的有43口，占開井?dāng)?shù)的35%。我們通過對井口回壓對油管內(nèi)流體密度的影響，對抽油管桿的影響，對抽油泵漏失的影響及對抽油機(jī)能耗的影響。定性地分析了井口回壓對油井的影響程度，提出了降低井口回壓的幾種方法和削減其影響的措施，并進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用和效果評價，希望能對草13斷塊的后續(xù)開發(fā)有所幫助。

1.回壓偏高對三抽設(shè)備的影響

抽油機(jī)在上沖程時，抽油泵的固定閥在環(huán)形空間沉沒壓力和泵內(nèi)壓差的作用下被打開，流體進(jìn)入泵筒中，此時由于流體所受的壓力和泵外的壓力相似，所以在密度上基本沒有大的變化；下沖程時，固定閥關(guān)閉，泵內(nèi)壓力由原來沉沒壓力變?yōu)橐褐熬诨貕汗餐饔孟碌膲毫Α毫Φ脑龃螅斐闪藲庀嘞蛞合嗟霓D(zhuǎn)化。由于泵筒內(nèi)是一個封閉的空間，不能和外界進(jìn)行物質(zhì)交換，所以在壓力增大的情況下，不能提供向液相轉(zhuǎn)化的更多天然氣氣體來降低液相的密度。此時只是在井筒中沒有及時分離出的微泡狀天然氣，在流入泵筒后被壓縮轉(zhuǎn)化成液相，使流體體積變小。此外還有流體中的液相，在壓力增大時，液體中的分子距離縮小，宏觀上導(dǎo)致液相體積縮小。綜合上述兩種因素，造成油管內(nèi)流體密度增大，粘度增加。

抽油桿、油管在外力的作用下會發(fā)生彈性變形。根據(jù)虎克定律，當(dāng)應(yīng)力不超過比例極限時，桿件的伸長△L與拉力F和桿件的原長L成正比，與橫截面面積A成反比。

上沖程時，井口回壓增量通過井筒液柱傳遞到活塞上，此時抽油桿受力伸長，油管處于自然狀態(tài)。抽油桿的伸長量△L桿。下沖程時，井口回壓增量通過井筒液柱傳遞到固定凡爾上，此時油管受力伸長，抽油桿處于自然狀態(tài)。油管的伸長量△L管。由于井口回壓增加的影響，使泵活塞的有效沖程減小了△L，△L=△L桿+△L管。如果再考慮上慣性載荷的影響，柱塞的有效沖程為：

活塞有效沖程=光桿沖程-（抽油桿彈性變形+油管伸長）+超行程

以草13斷塊C13-X825井為例，抽油桿組合為：1in×389.77m+7/8in×694.43m，共長1084.2m，泵徑為qb70mm，沖程5m，沖次2次/min，日產(chǎn)液25.5m³。當(dāng)井口回壓增加0.5MPa，每天產(chǎn)液量會降低1.0967m³。年產(chǎn)液量降低400.63m³。當(dāng)井口回壓增大0.1MPa時，井筒內(nèi)有流體要克服井口阻力做功。同樣以C13-X825井為例，產(chǎn)液量25.5m³/d。因為每千米21/2in油管內(nèi)部體積為3m³，該井用2.8h就能把液體從泵活塞處提升到井口，所做的功W=P×S×H=1135058.71=0.315kW.h（其中P為井口回壓增加的壓強(qiáng)，Pa；S為油管內(nèi)截面面積，m；H為泵到井口的距離，m）。每天克服井口阻力所做的功轉(zhuǎn)化為電能2.68kW.h，年克服阻力做功為978.2kW·h。由于受抽油機(jī)機(jī)械效率及電動機(jī)電能轉(zhuǎn)化為動能的效率的影響，實際消耗的電能要大于理論值。

2.雙管線熱水伴隨流程降低回壓

在稠油中摻入一定溫度的含油污水可以改善稠油在管線的流動特性，結(jié)合沙一沙二油層原油樣品進(jìn)行分析（如圖1所示），從分析情況看，原油對溫度的敏感性較強(qiáng)，原油粘度隨著溫度的升高而降低，溫度每升高10℃，原油粘度降低近50%。由此可見，摻入水溫度的變化對管線中原油粘度的影響巨大。

另外，原油的含水率與原油的粘度也有很大關(guān)系（如圖2）。從圖2可以看出，原油含水率大于40%以后含水原油的視粘度急劇上升，當(dāng)原油含水率達(dá)到62%左右時原油的視粘度達(dá)到最大值，原油含水率大于62%后，原油的視粘度又急劇下降，當(dāng)原油含水大于80%時原油的視粘度轉(zhuǎn)向平緩。

草13斷塊多數(shù)井油比較稠，油井回壓普遍較高，時有管線堵塞現(xiàn)象發(fā)生，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。因此井口摻熱水降粘技術(shù)成為樂安稠油區(qū)塊最常見的一種井口降粘技術(shù)。目前采油九隊草13斷塊所開86口油井中有摻水井45口，占總開井?dāng)?shù)的52.3%。這種技術(shù)具有以下特點：（1）根據(jù)每口油井出液多少和含水的高低調(diào)節(jié)摻水量比較科學(xué)合理；（2）流量計安裝在每口油井所屬計量間內(nèi)，便于操作、維修和保養(yǎng)；（3）全天不間斷摻水大大降低了油井回壓，保證了正常生產(chǎn)。

3.結(jié)論

由于草13區(qū)塊是稠油區(qū)塊而且出砂較嚴(yán)重，提高抽油機(jī)沖次和螺桿泵轉(zhuǎn)速會使出砂問題加重，使地面和井下設(shè)備磨蝕，抽油泵閥座磨損而不密封，閥球點蝕，增加抽油泵漏失，嚴(yán)重時會造成油層砂埋、油管砂堵等。對于螺桿泵，出砂會加劇螺桿泵襯套橡膠的磨損，增大漏失量。所以為削減回壓對油井生產(chǎn)帶來的影響，必須針對出砂油井采取必要的防砂工藝措施，同時可以考慮改善泵的結(jié)構(gòu)，提高泵的抗磨、抗腐蝕性能，采取防砂、防腐蝕以及定期檢泵等措施，減小泵的磨損，這樣即使井口回壓較高，也可減小漏失量。特別值得注意的是，在油井采用可靠防砂措施后，在采油方式上我個人認(rèn)為應(yīng)盡量避免選用螺桿泵，如考慮到能耗問題，建議盡量選用大排量螺桿泵。

雙管線熱水伴隨流程對稠油降粘有良好效果，通過全天不間斷的摻水伴隨，有效降低了油井回壓，特別是氣溫低時保證了管線的暢通，避免了凍堵事故的發(fā)生。