游梁式抽油機井機桿泵組合方式探討

程亮亮 夏紅新 杜偉

【摘 要】孤東油田七區中單元1987年投入注水開發以來，一直以機械采油為主要的采油工藝。在2001年轉入聚合物驅開發后，隨著油井見聚濃度的高低變化，油井產能，井筒動液面，設備載荷，動力耗能等參數都會相應發生了變化。為使油井保持經濟、高效生產，進行了機、桿、泵組合分析，并根據分析結果對油井工作制度進行了合理的優化，取得了較好的治理效果。

【關鍵詞】聚合物驅；抽油機；機桿泵組合；效率

抽油機井在聚合物驅生產過程中隨著聚合物采出液含聚合物濃度的上升，含水下降，負荷變重，使得桿、管偏磨，泵閥座不嚴，造成桿斷脫、泵漏現象十分嚴重，影響了聚合物驅油的效果。抽油桿與油管偏磨比水驅時速度和程度加劇，主要原因是聚合物驅采出液比水驅油井的粘度增加，導致與粘度有關的各種摩擦力增加，聚合物驅抽油機井見聚后下行阻力較水驅時增大，使得抽油桿柱失穩產生縱向彎曲的變形波數增加，同時由于聚合物溶液屬于粘彈性流體，在抽油桿和油管環形空間流動時，對抽油桿產生法向力。因此抽油桿在下行阻力和法向力雙重作用下，與油管偏磨加劇，桿斷率增加，作業井次明顯增加。影響聚合物驅后油井生產；同時作業費用增加，使得采油成本加大。如何選擇好抽油設備，實現桿、管、泵、抽油機的最優組合。

1、抽油桿的選擇

抽油桿的選擇主要包括確定抽油桿的長度、直徑、組合及材料，下泵深度確定后，抽油桿的長度就定了。為了保證抽油桿安全工作，必須根據材料及強度來確定其直徑。抽油桿在工作過程中，承受不對稱循環載荷的作用，上部光桿承受的載荷包括：抽油桿柱的載荷，液柱載荷，抽油桿柱、油管柱和液柱的慣性載荷，抽油桿柱在運動中受的摩擦阻力，抽油管柱和油管柱的彈性引起的振動載荷，由液擊引起的沖擊載荷，由井斜變化、螺紋不同心、懸繩器擺動等因素造成的扭力等七方面的力。而抽油桿柱承受的載荷隨深度有所變化，如抽油桿柱載荷越往下越小，加上下部抽油桿柱所承受的上頂力的作用，在中和點以下抽油桿柱由承受張應力變成壓應力，迫使抽油桿彎曲，增大了扭力和摩擦力，使得下部抽油桿工作條件更加惡劣。因此，抽油桿柱承受的不是簡單的不對稱循環載荷，而實際上中和點以下的抽油桿承受的是不對稱拉壓循環載荷，加上抽油桿柱本身未加工面積達85%以上，不可避免地會有疲勞源存在，從而產生疲勞斷裂。

注聚開發后，原油密度增大，抽油機負荷增大，因此，選擇的抽油機直徑需要適當增加。目前經常使用的抽油桿直徑多為19mm，22rnm，25 rrmm三種，而又以22mm抽油桿居多。對于下泵較深的井，可以采用不同直徑的抽油桿，上部用粗的，下部用細的，因為上部抽油桿承受負荷較下部大，這樣可以減輕總的抽油桿重量，降低驢頭負荷。

2、抽油機的選擇

游梁式抽油機是孤東油田主要的機械采油設備。在機械采油井中，游梁抽油機井又占機械采油井的96%左右。游梁抽油機系統的運行特點游梁抽油機是機、桿、泵組成的復雜系統，其運行特點有三個。（1）游梁抽油機是一種帶有沖擊性的周期交變負載，起動轉矩大，在一個周期（一個沖次）內負載波動很大。這種負載要求驅動電機在選擇容量時留有足夠的余量，以保證帶載起動時能克服抽油機較大的慣性扭矩，滿足起動要求。在運行時有足夠的過載能力，以克服交變載荷的最大扭矩。

抽油機是油井生產過程中不輕易更換的設備。選擇時應考慮到在長期生產中有利于充分發揮油層的最大生產能力，而又不致超負荷運轉一定型號的抽油機，都有其允許的最大負荷及可供調節的沖程和沖次。在具體選用時，所遵循的原則是：用最大沖程、沖數及選用一定泵徑后，既滿足油井最大可能的產量，同時在此參數配合和需要的最大下泵深度下，懸點最大載荷及減速箱輸出軸的扭矩又不超過它的允許值。在實際選用時，一般采用計算法：（1）根據油井可能的最大產量初步確定泵徑、沖程、沖次；（2）根據油井可能的最大產量下，需要的下泵深度和抽吸參數，初選抽油桿組合；（3）由已選出的f，s，n組合及抽油桿柱，計算懸電最大載荷和減速箱輸出軸扭矩；（4）根據計算的最大載荷和扭矩、及選擇的s和n，查各型抽油機的技術規范表，選出需要的抽油機型號；（5）初選后，再進行參數配合及抽油機和抽油桿柱的校核，如校核不合格，則調整后重新進行校核。

3、抽油泵的選擇

由于孤東油田大局部已進入了高含水開發期，加上高含砂、低溫蒸氣稠油開采、注聚合物開采及強腐蝕的介質環境和井況差等要素影響，柱塞抽油泵的泵筒和柱塞的磨損、腐蝕、劃傷越來越嚴重，油井均勻檢泵周期越來越短，有的甚至不到30天就需求檢泵，嚴重影響油田開發綜合經濟效益的進步。

泵筒和柱塞摩擦副及四周任務環境和條件構成了一個摩擦學零碎，這一零碎的腐蝕磨損量由泵筒的腐蝕磨損量和柱塞的腐蝕磨損量的總和所決議。而泵筒和柱塞各自的腐蝕磨損量則由構成資料的物理機械化學功能、互相運動關系、任務環境和條件等要素決議。最終從抽油泵角度上看，泵筒和柱塞的資料和外表處置工藝的選擇成為決議這個摩擦學零碎腐蝕磨損量的決議要素

選擇并優化泵筒和柱塞資料和外表處置工藝的目的是讓這個摩擦學零碎的腐蝕磨損量到達最小。由于影響要素眾多，所以泵筒和柱塞的資料選擇婚配依然沒有一個實際指點，研發人員目前做的最多的任務是選擇各種泵筒和柱塞的資料和外表處置工藝，然后在一定的腐蝕磨損條件下停止室內摩擦磨損實驗，從實驗的后果來確定在這種實驗條件下，應該選擇什么樣的泵筒柱塞資料。這里引見兩種實驗后果

抽油泵也叫深井泵。它是有桿機械采油的一種專用設備，泵下在油井并筒中動液面以下一定深度，依靠抽油桿傳遞抽油機動力，將原油抽出地面。除了確定直徑外，還必須根據油并條件選擇泵的類型及間隙配合。泵深在400 m以內的淺井，如果具有較大的腐蝕性，且含砂不大于0.1%，一般可選用皮碗泵；1000 m以內的井，如果具有較大的腐蝕性，且含砂量小于0.2%，油井結蠟較嚴重，或油較稠者應采用管式泵；產液較小的中深或深井可采用桿式泵。活塞和襯套的間隙要根據原油粘度、井溫、含砂量等資料來選（表1）。

表1 活塞與缸套的配合間隙

4、現場實際應用情況

孤東油田七區中Ng4-6注聚開發單元，年實施機桿泵組合優化后，躺井率指標和免修期都較聚驅結束前期有了較大幅度的提高，抽油機完好率由原來的96%提高到97.9%以上，躺井率由注聚原來的5.6%下降到目前的4.3%；油井免修期由注聚前期的325d上升到目前的412d，保持了良好的開發勢頭。

【參考文獻】

[1]大慶油田高含水期注采工藝技術[M].北京：石油工業出版社，1999.