王峰 江海新
【摘 要】抽油井泵效的高低直接影響到開發(fā)效果和能耗情況。影響抽油井泵效的因素較多,本文介紹了抽油泵的工作原理與特點,分析了影響深井泵泵效的各種開發(fā)因素,提出了提高抽油井泵效的幾點對策。
【關鍵詞】抽油機井;沉沒度;泵效;對策探討
抽油泵屬于一種特殊形式的往復泵,動力從地面經抽油桿傳遞到井下,使抽油泵的柱塞作上下往復運動,將油井中石油沿油管舉升到地面上,完成人工舉升采油。隨著油田的不斷開發(fā),井筒流體日益復雜,據統(tǒng)計抽油泵的平均泵效為57.8%,針對生產中受砂、氣、高礦化度水等因素影響,抽油泵“泵效低、檢泵周期短”等質量問題。抽油機井沉沒度是指深井泵在動液面以下的深度,也就是動液面至深井泵的泵吸入口處的液柱高度。它是將油層流體輸送到泵筒內的能量標志,其高低對深井泵的工況產生直接的影響。如何確定抽油機井合理沉沒度,一直是現場技術人員致力探索的問題。隨著油田進入中高含水開發(fā)期,綜合含水逐年上升,油水混合液物性發(fā)生了變化,特別是生產中出現如偏磨井比例增加等新問題。因此,研究中高含水開發(fā)期抽油機井合理沉沒度更顯得極為重要。
1.抽油泵的工作原理與特點
1.1抽油泵工作原理
抽油泵主要是由泵筒、柱塞、進油閥(吸入閥或固定閥)、出油閥(排出閥或游動閥)組成。上沖程時,校塞下面的下泵腔。容積增大,壓力減小,進油閥在其上下壓差的作用下打開,原油進入下腔,與此同時,出油閥在其上下壓差作用下關閉,柱塞上面的上泵腔內的原油沿油管排到地面。同理,下沖程時,柱塞壓縮進油閥和出油閥之間的原油。關閉進油閥,打開出油閥,下泵腔原油進入上系腔。柱塞一上一下,抽油泵完成了一次循環(huán)。如此周而復始,重復進行循環(huán)。
1.2抽油泵工作特點
抽油泵的工作原理相通用的往復泵相同,但因為工作條件不同,在其結構和工作參數等方面具有特殊性。(1)抽油泵的外徑受并眼尺寸的限制,只能是立式結構。在沖次相同的條件下,要增加條的排量.就得增大沖程長度,加長泵的尺寸;(2)抽油泵在井下工作,有的需要裝在深處,柱塞上下壓差很大,要維持柱塞和泵筒間的密封性和耐磨性,提高泵效和延長使用壽命,就需要耐壓泵筒和較長的柱塞;(3)抽油泵工作環(huán)境惡劣。
2.影響抽油井泵效的因素
2.1充滿程度損失的影響
主要是液體黏度、溫度、重度和氣體影響。液體黏度:液體黏度低時,若抽油泵配合不當則通過柱塞的漏失量增加,使泵效降低,反之黏度高,上沖程又使泵充不滿;液體溫度:抽汲液體溫度對泵效的影響是因為它既影響液體的黏度,若柱塞與泵筒材料的溫度系數不同,會影響泵的配合,同時溫度影響液體中溶解氣的逸出;液體重度:液體重度影響抽油機的負荷,因而影響柱塞的行程,抽汲液的含水量影響其黏度,液體的腐蝕性及所含研磨物(油層出砂)會使泵漏失增加;氣體影響:主要由于泵內壓力低于飽和壓力,原油中溶解氣分離出來占據泵內空間,降低泵充滿系數,同時氣體也干擾深井泵凡爾工作,使原油不能及時充滿泵筒,降低了排量。
2.2沖程損失的影響
由于在抽油機上下沖程過程中,油管和抽油桿受交變載荷產生彈性伸縮,使光桿沖程與柱塞沖程之間產生位移差,導致泵效下降。一般講下泵深度越大、泵徑越大、管桿變形越大,則沖程損失越大。另外在稠油中,由于各種摩擦力引起的管、桿變形增大,使沖程損失增大,導致泵效降低。
2.3漏失的影響
包括柱塞與泵襯套的間隙漏失、凡爾與凡爾座之間的漏失和油管漏失,這些都可使泵充滿系數下降,導致泵效降低。其中柱塞與泵襯套的間隙漏失量研究表明與泵徑、泵掛的平方成正比,與泵間隙的三次方成正比,與活塞兩端的液柱壓差成正比,與抽汲液的運動黏度和柱塞長度成反比。
2.4氣體對泵效的影響
當活塞在下死點位置時,在泵的排出凡爾與吸入凡爾之間有一定的距離,這個距離叫防沖距,兩凡爾間的泵筒容積叫余隙容積。當泵入口處的壓力低于飽和壓力時,抽汲時總是氣、液兩相進入泵內,而氣體進入泵內占據一定的體積,必然減少進入泵內的液體量使泵效降低。進氣嚴重時,甚至發(fā)生“氣鎖”,即在抽汲時由于氣體在泵內壓縮和膨脹,使吸入和排出凡爾無法打開,出現抽不出油的現象。
3.提高抽油井泵效的幾點對策
3.1地層方面
(1)對于注水開發(fā)的油田,加強注水,保持油層能量高,井中液面高,是保證油井高產量、高泵效生產的根本措施。井中液面高,沉沒壓力高,增大原油進泵的動力,另一方面沉沒壓力高于飽和壓力,可防止原油脫氣,減輕氣體影響,增大泵的充滿系數;(2)采取有效的防砂和改造油層滲透性等措施,提高滲流面積,減輕砂粒對泵的磨損,減輕漏失的影響。
3.2合理沉沒度、泵掛深度的確定
合理沉沒度的確定。目前區(qū)塊已經進入特高含水開發(fā)階段。為確定不同含水級別下的合理沉沒度,對油田正常生產的抽油機井,按照其含水級別將沉沒度和泵效的關系進行數理統(tǒng)計,并進行了回歸分析,尋找三者內在的規(guī)律性。一是在沉沒度相同的情況下,隨著油井含水率的上升,泵效呈逐漸增加趨勢;二是對于任何含水級別的油井,隨著沉沒度的增加泵效提高幅度趨于減??;三是目前最小沉沒度應為80-120m,對于含水率≥80%的油井,合理沉沒度應在200~350m之間;含水<80%的油井,合理沉沒度應在300~400m之間。
合理下泵深度的確定。注水開發(fā)油田按油田綜合含水率(fw)的變化劃分為低含水期(fw≤60%)、高含水期(60%80%)。不同含水開發(fā)階段以及不同含水級別的油井,深井泵的合理下泵深度應該是不同的。不同含水階段的抽油機井,隨著下泵深度的增加,泵效呈逐漸增加,當出現峰值后,如果進一步加大泵掛,則泵效逐漸下降。
隨著抽油井含水率的上升,合理下泵深度逐漸降低。泵掛深度應控制在1050m以內。對于含水小于60%的油井,合理下泵深度應在900~1100m之間;含水在60~80%的油井,合理下泵深度應為750~1000m之間;含水高于80%的油井合理下泵深度應在800~950m之間。對于含水率高于60%的油井,減小下泵深度,即可以實現提高泵效,又可以減少井下管、桿的用量,節(jié)約生產成本。
3.3選擇合理的工作方式
選擇抽汲參數組合的一般原則是:(1)對于粘度不太大的常規(guī)抽油機井應選用大沖程、小沖數和較小泵徑,這樣既可減小氣體影響,又可減小懸點的交變載荷;(2)對于原油比較稠的井,一般選用大沖程、大泵經、小沖數,減小原油經過閥座孔的阻力和原油與桿柱與管柱之間的阻力;(3)對于連噴帶抽的井,采用大沖程、大沖數、大泵經,快速抽汲可增大對井的誘噴能力。
3.4加強抽油機設備管理
(1)改善泵的結構提高泵效。針對油井出砂、結蠟、油稠的特殊情況,研制特殊抽油泵。如用在出砂井的防砂卡抽油泵,用在含氣多的井中的環(huán)閥式防氣抽油泵,用在稠油井中的液壓反饋抽稠泵;(2)改善泵的材料提高泵效。采用耐磨材料加工成的泵可減輕砂磨引起的漏失,采用耐腐蝕的材料加工的泵防止泵受腐蝕引起的漏失和破壞;(3)加強檢泵作業(yè)質量防止漏失。檢泵中下油管時按要求上緊絲扣,防止油管漏影響泵效。防止泵和泄油器等的連接部位漏失等。
4.幾點結論
(1)高含水開采期,下泵深度不易過大,特別是泵徑大于57mm的深井泵更應減小下泵深度;
(2)合理沉沒度范圍應因井而宜,含水大于85%的油井,合理沉沒度應為200~350m之間,含水小于85%的油井,合理沉沒度應為300~400m之間。
(3)為提高泵效,應加強抽油機井日常生產管理,對于沉沒度低的井應采取控套氣措施,盡量不要采取加深泵掛的措施。
(4)對于沉沒度偏高的井,根據生產實際采取換大泵或上提泵掛措施來提高泵效。
【參考文獻】
[1]蒲海龍等.提高抽油機井生產效率的泵掛管柱研究. 《內蒙古石油化工》.2008 第11期.