應用曲線擬合法優(yōu)化油井合理沉沒度

李超 譚雪芹

摘要：抽油泵合理沉沒壓力或沉沒度的確定是抽油機井管理的核心。抽油機井合理沉沒度是取得理想泵效、系統(tǒng)能耗及工具使用壽命的重要約束參數。（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(tài)，不同含水率井取得最佳泵效所需沉沒度的區(qū)間有所不同。（2）系統(tǒng)效率隨沉沒度增加先升后降，最高系統(tǒng)效率出現(xiàn)在沉沒度為150～ 300 m 的區(qū)間。（3）沉沒度小于200 m 時，偏磨、脫節(jié)器壞和桿斷等檢泵機率增加，作業(yè)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(tǒng)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油田開發(fā)速度及經濟能耗的需求。

關鍵詞：抽油泵；合理沉沒壓力；沉沒度；泵掛；優(yōu)化

抽油泵合理沉沒壓力或沉沒度的確定是抽油機井管理的核心，是保證油井穩(wěn)產，使抽油機在高系統(tǒng)效率、低能耗下運行的關鍵因素，是延長油井免修期，最終達到最佳經濟效益的前提。本文利用曲線擬合法找出沉沒度與泵效、系統(tǒng)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。結合油田生產實際，對影響油井沉沒度進行分因素治理，通過地面參數優(yōu)化，泵徑、泵掛深度優(yōu)化，注采井組動態(tài)調配等治理措施，精細調整油井最佳沉沒度，進一步提高有桿泵工況管理水平。

1 沉沒度與泵效關系

以油田為例，選取103 口抽油機井生產數據，利用曲線擬合法繪制該區(qū)塊抽油機井沉沒度與泵效關系曲線。經過數據分析發(fā)現(xiàn)，泵效與沉沒度的關系曲線符合三次多項式的曲線形態(tài)，其曲線擬合方程為：

式中：η-抽油泵泵效，%；h -沉沒度，m；m；a、b、c、d-擬合系數。

根據統(tǒng)計數據發(fā)現(xiàn)，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(tǒng)效率關系

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

式中：P1 - 輸入功率；ΔP1-有效功率；ΔP-損失功率。有效功率為系統(tǒng)在舉升產出液過程中消耗的功率，可表示為：

有桿抽油系統(tǒng)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(xiàn)在泵效這一環(huán)節(jié)上，而沉沒度是實現(xiàn)理想泵效、系統(tǒng)能耗的關鍵所在。為找出系統(tǒng)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(tǒng)計，以沉沒度50m 為單位，作沉沒度與系統(tǒng)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(tǒng)效率隨沉沒度增加而增加；沉沒度大于150 m 時，系統(tǒng)效率隨沉沒度增加而降低。最高系統(tǒng)效率出現(xiàn)在沉

沒度為150～ 300 m 的區(qū)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(xiàn)在沉沒度為100～ 250 m 的區(qū)間。

3 沉沒度與套管內井溫變化關系

東營地區(qū)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(tǒng)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(huán)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(xiàn)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(fā)桿斷和脫接器壞，最終導致檢泵率的上升。統(tǒng)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(tǒng)計結果來看：隨著沉沒度的降低，檢泵率上升。

5 結束語

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(xiàn)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(huán)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。

參考文獻

[1]陳宏艷. 抽油機井不合理沉沒度治理對策分析[J]. 石油石化節(jié)能. 2016（05）

[2]陳明，王喜梅，王瑩. 沙埝油田合理沉沒度計算方法[J]. 石油化工應用. 2015（06）

（作者單位：1.東勝精攻石油開發(fā)有限責任公司桓臺管理區(qū)；

東辛采油廠永安管理區(qū)采油三站）