抽油井生產適應性分析與優化匹配策略

張悅

摘要：隨著油田開發難度的加大，復雜、低滲油層的動用和比例的增大，油田平均單井日產液量有所降低，抽油泵泵效較低，油井系統效率低。因此，結合油田油藏和生產特點，積極探索優化抽油機參數是提高抽油機系統效率和降低油井投資成本的重要途徑之一。根據油井流入動態曲線和油田定產要求，首先初選抽油機、設計抽油桿、選擇抽油泵的型號以及選擇沖程、沖次等參數，再從井底到抽油機反向計算受力情況，以校核抽油機型號、沖程、沖次參數是否合理，以此反復循環，分析目前機、桿、泵系統應用中存在不足和問題，提出具體的需求參數及生產方向，實現抽油機、抽油桿、抽油泵的最佳匹配。

關鍵詞：抽油機;系統效率;機桿泵;需求參數;優化匹配

抽油機、抽油桿、抽油泵的選型對于采油生產和節能降耗具有十分重要的意義。主要表現在對機、桿、泵型號、參數、尺寸、性能方面的特殊要求。

一、對抽油機的要求

目前油田常用抽油機按大小分有：6型、8型、10型以及12型等。按結構形式分有：常規游梁式抽油機、異相曲柄抽油機、擺輪式抽油機、復合平衡抽油機、調徑變矩抽油機等，主要以異相曲柄抽油機和復合平衡抽油機為主。油田大多數油井產液量低，井深在2000m左右，長期的現場實際生產資料表明，在抽油機的需求方面有以下特征：

1、抽油機參數的要求

對于抽油機來說，其主要性能參數有：懸點最大負荷、減速箱額定扭矩、所配電機功率、沖程、沖、各連接部位尺寸、外型尺寸等。一般情況下，不同型號的抽油機都有相匹配的以上幾個參數。但由于生產情況不一樣，油田對抽油機各種參數需求的重點有所不同。以某油田為例，由于產液量小，對減速箱額定扭矩、電機功率、沖程、沖次的要求都不高，需要滿足的首要條件是抽油機的額定懸點最大負荷。其它參數的配置應在盡可能降低系統效率的前提下進行。計算和實測資料表明：即使10型、12型抽油機，其額定扭矩也不會超過37 kN·m。沖程最大為3 m即可，沖次選擇以盡可能低為好。

2、對額定懸點最大負荷的要求

長期的抽油機選型及現場最大負荷實測資料反應出：對最大載荷為70kN和90 kN的抽油機有一定量的需求。而抽油機標準系列為：5型、6型、8型、10型、12型等。缺失7型和9型機。造成在抽油機配型上的浪費或者超負荷運行。

二、對抽油桿的要求

復雜油田泵掛深度生產井多為定向井、斜井、水平井及復雜結構井，油井生產中抽油桿的偏磨、斷脫問題比較普遍。油井維護性作業中有三分之一以上是因為桿的問題。目前在直井段以外的抽油桿上都加有尼龍扶正器。現場使用最多的抽油桿按尺寸分有Φ22、Φ19;按鋼級分有D級、H級。

1、抽油桿使用中存在的問題

（1）產品質量的問題。由于抽油桿用熱軋圓鋼，軋制質量不能完全滿足要求，鋼材沒有進行100%探傷，在桿體的鍛造質量、接箍的加工過程中難免存在缺陷。在井下非對稱循環應力的作用下，這些缺陷就是產生損壞的薄弱環節。抽油桿生產廠所生產的產品存在質量不穩定，檢驗指標不盡一致的問題，在同一個桿柱組合設計方法下就會產生不合理的下井設計方案，從而導致了桿斷脫問題的加重。（2）桿柱組合的下井設計問題。前已述及，油田油井井身結構復雜，并且隨著近年來一個井場井數的不斷增加，井眼軌跡很不規整，這種情況就更加加重了抽油桿的損壞趨勢。針對單井不同的井眼軌跡設計不同的桿柱組合及扶正防磨措施顯得很重要。表現在不僅需要翔實的測斜數據，還需要現場設計人員有相當的抽油桿性能方面的知識，僅有一套死的設計軟件是不夠的。

2、對抽油桿的需求

針對油田的生產特征，對抽油桿的要求表現在性能方面有：①盡可能小的桿徑尺寸和桿體重量下具有盡可能高的強度;②耐磨性能好;③承受彎壓載荷的能力強;④起下作業方便。從滿足以上性能方面看，高強度抽油桿、玻璃鋼抽油桿、復合材料連續抽油桿等都有很大的應用前景。但就目前的技術現狀來看，還需要進行進一步的科技創新和改進，才能大面積應用于生產。

三、對抽油泵的需求

油井日常維護性作業中有三分之一以上是由于泵出故障造成的。油田由于低產液、氣體、腐蝕、結垢、結蠟、同時泵位于斜井段等問題的存在，使泵的工作環境更加不好。目前基本以管式整筒泵為主。根據油田井的產量分布情況可能明顯看出，使用小的泵徑會減小抽油桿柱的桿徑，減低抽油機懸點載荷，提高系統效率，降低能耗。但泵體太小后在加工及表面鍍涂工藝方面難度提高。小批量生產成本不但不會降低反而還會升高。但隨著生產需求的增大和技術的進步，這一矛盾應該能夠得到解決。大部分泵在井下處于傾斜放置，斜井泵的需求自不必說，但從目前的應用情況看，現有的斜井泵還沒有體現出明顯的優勢，致使應用的井數不是很多，基本還是采用常規泵。

四、機、桿、泵系統的需求

主要思路：①摒棄目前井筒內容易造成偏磨和斷脫的鋼性抽油桿;②摒棄一次性投資較高的抽油機;③研制開發更加合理的機、桿、泵系統來取代目前的系統。依靠新技術、變改舊觀念，研發或改進現有設備很有必要。（1）抽油機沖程參數。沖程損失是抽油泵效率降低的重要方面，直接影響抽油機選擇合理的沖程，與活塞及油管截面積、抽油桿長度及截面積、動液面深度、液體密度等有關。以*井為例，井深2066m，泵掛深度1878m，動液面1727m，抽油桿組合采用三級組合，即 22（15%）+ 19（45%）+ 22（40%）組合方式，抽油桿采用高強度HL級或HY級，油管內外徑為 62/73mm。經過計算，當用 38mm、32mm、28mm的抽油泵，抽油機沖程損失分別約0.6，0.5，0.4m。隨著泵徑減小，抽油機沖程損失減少。為了減少沖程損失對抽油泵效率的影響，應盡量增大抽油機光桿沖程。沖程長度增加對于懸點載荷的影響不大，但抽油機的高度需要增加，而且更重要的是減速器曲柄軸的扭矩和沖程長度成正比的增加。同時沖程長度增加后抽油機的減速器的尺寸、質量和成本相應增加。此外隨著沖程長度的增加，減速器齒輪磨損速度增加很快。因此光桿沖程并不是越長越好，需要確定在合理范圍內。（2）抽油機沖次參數。抽油機沖次是衡量抽油機快慢的參數，與沖程參數比較，沖次調整簡單、易于實現。由于油田單井產量低，因此降低沖次成為抽油機滿足工況、提高抽油機井系統效率的重要途徑之一。抽油機實現低沖次的方法有3種：調整電機皮帶輪直徑、降低電機轉速、使用大速比減速器。調整電機皮帶輪直徑是常用的方法：抽油機配套3件皮帶輪，根據現場需要更換調整。降低電機轉速的方法有使用變頻調速、低速電機等技術，考慮油井低成本采油，考慮采用低速電機和減速器的優化組合。不同速比減速器與不同轉速電機組合實現抽油機的低沖次，但需要綜合比較確定。采用低沖次對于延長機桿泵壽命、提高抽油機系統效率、降低能耗等方面有很好的效果。（3）抽油泵泵徑參數。以8型抽油機為例，最大沖程長度3m，沖次最低2.5次/min，最大5次/min，抽油泵按照2010年鉆采工程方案初定泵效45%～50%，泵效取45%。不同泵徑油井液量確定范圍。按照鉆采工程方案，采用小泵徑、低沖次后，抽油桿降一個等級、強度增加一級，抽油機下降一個型號。小泵徑是油田抽油泵泵徑的首選，對于產液量高的油井可以通過更換電機提高沖次的方式實現。

參考文獻

[1]春蘭;邱淑媛;王勇. 有桿泵采油優化設計技術研究與應用[J];吐哈油氣;2016年03期

（作者單位：中石化河南油田采油二廠順北項目部）