油井數控降回壓裝置在油田生產中的應用

曹 永，姚首強，李慶斌

（中國石油長慶油田分公司第七采油廠，陜西 西安 710200）

長慶油田第七采油廠礦區主要集中在環江油田，其地處鄂爾多斯盆地西部，屬于黃土高原丘陵溝壑區，溝壑縱橫，地形起伏高差大，地理及氣候條件惡劣。獨特的地形地貌導致環江油田的站點和油井之間的高差大、管線長，惡劣的氣候條件更是導致所有的輸油管線溫度偏低，加之低滲透區塊的原油特性，使得油井回壓升高。高回壓會造成管道解堵頻繁、井口刺漏、盤根更換頻繁、抽油機負荷增大、井筒壽命縮短、抽油泵泵效降低，安全風險也隨之增加。因此，降低油井回壓，重要性不言而喻[1-2]。

1 高回壓對油井的影響分析

油井回壓高會造成井口刺漏、管柱刺漏等，尤其是能直接導致抽油泵的負荷增加，進而導致抽油泵磨損加劇，隨時可能出現停井，伴隨而來的油井減產就成了必然。例如，抽油桿疲勞強度加大會導致斷脫、油管桿磨損加劇會導致油管磨穿漏失、活塞的游動凡爾磨損后出現漏失等一系列問題，都能導致最終減產。冬季的時候，溫度偏低導致結蠟，原油流動性變差，且該季節各類問題頻發，部分油井不能按時投球，導致管線凍堵，需要頻繁掃線，不但浪費生產成本，同時會造成電力能源的浪費[3-6]。

1.1 抽油管桿變形降低產液量

抽油管、抽油桿在外力的作用下會發生彈性變形，根據胡克定律F=k·x 公式可得出，當應力不超過比例極限時，桿件的伸長與拉力和桿件的原長成正比，與橫截面積成反比。由于油井井口回壓增加，導致泵活塞的有效沖程減小。

1.2 增加了抽油泵的漏失量

根據抽油泵靜止狀態下漏失量的計算公式q1＝（q1表示漏失量，ΔH 表示柱塞兩端的壓差），漏失量與壓差成正比關系，即隨著井口回壓升高，漏失量也會增大。

1.3 抽油機電能損耗增大

當井口回壓增大時，井筒內的流體要克服回壓帶來的阻力做功，受抽油機機械效率及電動機電能轉化為動能效率的影響，實際消耗的電能也隨之增加。

1.4 延緩了油管內流體流動形態的出現時間

在原油開采的過程中，油氣混合物在油管內的形態一般分為泡流、段塞流、環流和物流等。當油井回壓增大時，油管內的壓力隨之增加，流體內的天然氣分離時間延長，各階段的流體形態形成時間也隨之推遲，這種情況會降低溶解氣分離時的氣舉效果，因此，桿管的負荷也即時增大。

1.5 增加了抽油桿的交變載荷

油井回壓對懸點作用后產生的載荷，效果與油管內液體產生的實際載荷一樣。油井井口回壓升高后，當抽油機上沖程運行時，懸點載荷疊加增大，下沖程時，由于回壓壓力作用，抽油桿柱的質量則減輕，此時，相當于抽油機的最大載荷疊加了回壓壓力后變得更大，最小載荷由于回壓的作用則變得比實際值小，導致功圖的面積虛假增大。進而導致抽油桿的交變載荷增大，容易造成抽油管桿的斷脫。

綜合以上分析，減少老油田產量自然遞減及實施降本增效的措施中，降低井口回壓則變得尤為重要。前期，長慶油田針對油井高回壓治理措施中，主要采用了添加化學藥劑、水套爐加熱原油、安裝增壓撬、機械清蠟等方法，效果明顯。后期，由于安全環保等原因，井場安裝的水套加熱爐取消，在投球器處安裝了電加熱裝置，加熱效果能達到50 ℃，而井場安裝增壓撬則顯得成本較高，且出現故障后無法及時維護，影響正常生產，則井場增壓撬未再普及安裝。

此時，需要一種成本低、體積小、無人值守、易維護、故障時不影響正常生產的降回壓裝置，與現有的電加熱裝置結合完成降回壓工作。對此，長慶油田第七采油廠積極探索，在其他油田現有同類別裝置的基礎上創新改造，自主研發了油井數控降回壓裝置，并及時在現場安裝試運行。根據現場使用效果跟蹤，目前，裝置運行穩定，實現了增產、節能的目的。

2 油井數控降回壓裝置介紹

2.1 裝置組成

裝置由液壓站、油氣輸送泵、壓力變送器、采油樹防倒流裝置、控制柜、外殼、底架及管線閥門等附件組成。

2.2 技術原理

當裝置上安裝的井口回壓壓力變送器測得的數據大于控制箱中操作面板中的設定值時，壓力變送器反饋信號至數控柜中的單片機，經過判斷后發指令至油液輸送泵并啟動，啟泵后回壓得到降低，當回壓小于設定值時，油液輸送泵停止工作，原油輸送按原正常流程進行。因油路管線及液壓缸兩端安裝了單向閥，則原油不會倒流。控制柜內主要包括單片機和顯示屏。裝置主要通過控制柜內小型PLC 和顯示屏設置參數，工作時可達到智能判斷功能，見圖1。

圖1 裝置結構圖

2.3 裝置特點

（1）成本低、體積小、質量輕、安裝維護方便。

（2）設備出現故障不影響原來的輸油管線流程。

（3）采用油缸泵設計，減少輸送雜質對泵體的卡刮。因此適合高含氣量、高含砂量、雜質含量較多的介質的輸送。同時也避免了氣卡、氣鎖等現象對泵體造成的功率損失和泵效下降，從而提高泵效和使用周期。

（4）油缸筒采用防腐處理，可明顯減少油氣液中有害化學物質對泵體的腐蝕，提高泵體耐用度和使用壽命。

（5）裝置全機采用PLC 電腦控制，可根據井況快速設置裝置參數，定壓啟停進行自動間歇性作業，從而減少消耗，提高裝置使用壽命。

（6）采用液壓動力，可提高輸出壓力，整體能耗低。

（7）能實現無人值守自動運行。

（8）增油效果顯著，單井場增油量約10%。

（9）節能降耗，節約抽油機電能約8%。

2.4 技術參數

裝置技術參數見表1。

表1 裝置技術參數表

2.5 應用效果跟蹤

2020－2021年，在第七采油廠白豹油區安裝試驗了該裝置，挑選一口出液量較好、井口回壓高、投球器處具備電加熱裝置的單井井場，在采油工作制度和參數不變的情況下，測量抽油機實施前后的參數，回壓由原來的2.4 MPa 降低到現在的0.12 MPa 左右，單井平均泵效提高了6.5%，其他測量參數見表2：平均生產周期為365 d，平均日產液3.6×103kg，平均日增油1.3×103kg，累計增液1 424.5×103kg，累計增油500.5×103kg，延長檢泵周期83 d，累計節電29 760.5 kW·h。

表2 白豹油區回壓減壓裝置試驗前后生產數據

3 經濟效益

3.1 直接經濟效益

根據當前裝置使用情況，在適用范圍內的油井增油效果可達到10%，則以單井井場為例，每年每個井場增油效益為：

同時，裝置節約抽油機電能約8%，則以單井井場及4 kW 電機抽油機為例，除去自身耗電費用，每年每個井場節約電費效益為：

每年每個井場產生效益合計：

投資回收期：裝置成本約6 萬元，預計半年即可收回成本，且開始收益。

3.2 間接經濟效益

因整個裝置能將井筒的回壓控制在合理范圍內，直接能減少抽油管桿的形變，降低抽油管桿的疲勞強度，間接提高了整個抽油設備的使用壽命。同時，增加了盤根的更換周期，降低了掃線頻次，提高了井筒安全系數。

4 結語

降回壓工作是油田原油生產過程中一項持之以恒、不斷進行的工作。雖然目前降回壓工作采取了各類措施，也取得了一定成效。但隨著油井生產的變化以及滾動開發的進行，又會有高回壓井產生，因此只有不斷的采取降回壓措施，使油井回壓控制在合適壓力范圍，才能保障油田的長期穩產。