應用載荷法優化抽油機井熱洗時機的探索與實踐

高艷華 王舒 史慧 于艷暉

（1.大慶油田國際勘探開發公司；2.大慶油田勘探開發研究院；3.大慶油田有限責任公司第六采油廠）

2015、2016 年喇嘛甸油田的抽油機檢泵井中桿斷的周期最短，平均為492 天，共374 井次，占總檢泵井的18.1%。分析可知，桿斷主要是由結蠟造成交變載荷升高導致的[1]。喇嘛甸油田洗井周期是根據電流得到的，統計桿斷井發現，桿斷前電流比正常值高6.1%，還沒有達到電流上升10%，按照標準還沒有達到洗井時機，但交變載荷上升23.1%，如果參照交變載荷的變化判斷熱洗時機就有可能避免桿斷[2]。為準確判斷熱洗時機，需要對抽油機井的熱洗時機進行研究，通過交變載荷的變化判斷熱洗時機，提高熱洗時機的準確性，延長檢泵周期[3]。

1 結蠟對電流及載荷的影響規律

為明確結蠟對載荷的影響規律，首先要明確不結蠟情況下載荷的計算方法。

1.1 上沖程最大載荷

抽油桿上沖程所受最大載荷由抽油桿在空氣中的重量[4]、作用在活塞上的液柱重量、上沖程井口回壓產生的載荷和上沖程泵入口壓力產生的載荷決定[5]。

式中：Pmax為上沖程最大載荷，kN；Wr為抽油桿在空氣中的重量，N；Wll為作用在活塞上的液柱重量，N；Pbu為上沖程井口回壓產生的載荷，N；PI為上沖程泵入口壓力產生的載荷，N；S為沖程，m；n為沖速，min-1。

1.2 下沖程最小載荷

抽油桿下沖程所受最小載荷為抽油桿在空氣中的重量與下沖程桿柱最大慣性載荷、下沖程井口回壓產生的載荷的差值[6]。

式中：Pmin為下沖程最小載荷，kN；Ird為下沖程桿柱最大慣性載荷，N；Pdb為下沖程井口回壓產生的載荷，N。

1.3 交變載荷

抽油桿所受交變載荷為上沖程最大載荷與下沖程最小載荷的差值。

式中：P為交變載荷，kN。

通過上面公式可知，影響交變載荷最大的因素為抽油桿在空氣中的重量和作用在活塞上的液柱重量，抽油桿在空氣中的重量受抽油桿的尺寸決定[7]，作用在活塞上的液柱重量與泵的尺寸和泵的充滿程度即泵效成正比[8]，因此計算了沖程4 m、沖速6min-1、沉沒度350 m 時，不同桿柱尺寸、泵徑和泵效的25 組最大載荷、最小載荷及交變載荷數據（表1）。

表1 不同影響因素交變載荷計算數據

1.4 現場實測洗井后載荷的變化規律

對53 口桿斷周期少于200天的桿斷井進行跟蹤測試，洗井后，每周測試功圖、液面1 次，洗井后上載荷及交變載荷逐漸增大。

如5-1612 井，泵徑70 mm，產液61 t/d，泵效62.2%，桿徑22 mm，計算交變載荷30.36 kN，洗井后初期交變載荷32.82 kN，與計算值相當，但隨著結蠟程度的增加，交變載荷值逐漸增大（圖1）。

根據計算的數據及現場測試的數據可得到以下認識：一是洗井初期的交變載荷值與計算值基本相符，實測值與計算值相比誤差全部小于15%，小于10%的占90.8%；二是隨著結蠟程度的增加，交變載荷增大，但與時間不成正比，洗井2 個月后，交變載荷增大的比例沒有明顯規律，因此判斷熱洗時機時還應根據載荷的變化進行判斷。

圖1 5-1612井交變載荷及電流變化

2 抽油機井合理熱洗時機研究

2.1 交變載荷的合理變化范圍研究

對374 井次桿斷井的歷史數據進行回歸查詢，選取桿斷前15 天內具有載荷數據且液面與正常值相當的131 井次進行分類分析[9]，匯總了桿斷井交變載荷變化范圍統計，見表2。分析表2可知：

1）桿斷井交變載荷升高主要集中在15%～50%，其中20%～30%比例最高，占35.9%。

2）桿斷前交變載荷升高比例與桿徑成反比，即相同條件下，桿徑越大，可承受的交變載荷升高值越大。

3）桿斷前交變載荷升高比例與最大載荷和產液成反比，即相同條件下，產液及最大載荷越大，越容易發生桿斷。

表2 桿斷井交變載荷變化范圍統計

2.2 熱洗時機模板的制定

根據桿斷井交變載荷的變化范圍，按照產液、桿徑的分級，初步制定了熱洗時機模板[10]（表3）。如桿徑為25 mm 時，產液在60～80 t/d，當交變載荷升高至27%時，即應該進行洗井。

2.3 應用模板洗井效果分析

對桿斷周期少于200 天的53 口井應用初步制定的模板重新制定熱洗時機，進行優化洗井，平均熱洗周期由82 天縮短為48 天，截止目前共進行熱洗189井次。優化熱洗周期洗井統計見表4。

表3 熱洗時機模板

表4 優化熱洗周期洗井統計

例如8-PS2903 井為φ70 mm 抽油泵，原洗井周期120 天，產液103 t/d，抽油桿直徑25 mm，當交變載荷升高25%時即應該洗井。洗井8 周后，交變載荷達到33.89 kN，上升25.9%，達到了洗井標準，因此將熱洗周期定為55 天。通過及時洗井交變載荷下降9.1 kN，達到了降低交變載荷的目的，應用交變載荷法洗井后，該井免修期316 天，與檢泵周期相比延長181 天。L8-PS2903 井電流與交變載荷曲線見圖2。

圖2 L8-PS2903井電流與交變載荷曲線

應用載荷法洗井后53口井免修期289天，與上次檢泵周期相比延長169 天，雖然增加熱洗115 井次，費用增加6.7 萬元，但可減少檢泵井83 井次，節約檢泵費用約730萬元。

3 結論

1）載荷法洗井與電流法相比更加準確，對結蠟的反應更加敏感。

2）影響交變載荷最大的因素為桿柱尺寸和產液水平；相同條件下，桿徑越大，可承受的交變載荷升高值越大；產量越高，越容易發生桿斷。

3）應用載荷法洗井53 口，熱洗周期縮短34天，免修期289 天，與上次檢泵周期相比延長169天。應用載荷法洗井能夠達到降低交變載荷延長檢泵周期的目的。

4）由于電流法具有測試方便、數據連續的優點，因此在判斷洗井時機時應該采取電流法與交變載荷共同分析的方法。