抽油机井合理沉没度确定方法

抽油机井合理沉没度确定方法

张昕宇 史敬东 刘祥俊

中石化胜利油田分公司纯梁采油厂  256504

摘要: 目前,提高机械采油系统的运行效率,已成为油田节能降耗、降低生产成本、提高经济效益面临的一个重要问题。造成系统效率偏低的原因很多,其中沉没度是否合理直接影响着抽油机井的泵效和系统效率。油井的沉没度过低,泵在供液不足的状况下抽汲时,可产生液击现象,杆、管断脱的可能性增大。如果油井长期在低沉没度状态下连续工作,原油脱气,粘度增大,容易造成结蜡,加剧杆柱的变形,还会产生偏磨,严重损坏油管。如果沉没度过高,油井的流压就增大,当超过了合理界限时,会抑制地层出液能力,当沉没度超过合理的沉没度后,产量不再增加,系统效率下降。因此,确定抽油机井合理的沉没度是保证抽油机井泵效和系统效率处于较高水平运行的关键。

关键词: 系统效率；经济效益；沉没度；优化方案

1 理论基础

在其他条件都不变的情况下沉没度与产量和泵效的关系。如果油井的抽汲参数不改变,只改变泵深。根据前面的分析可知,随着泵深增大,沉没度也会增大,使得气体影响减小,从而使泵效提高,同时产量也提高。但是,这种趋势不是一成不变的。对于有些井来说,由于泵的漏失较严重,随着泵的下入加深,泵内外压差增大,使泵的漏失量加大。同时,由于杆柱的长度增加,冲程损失也加大。这两种情况都会使泵效降低。当两者的影响大于气体影响减小量的时候,随着泵深的加大不但不会增加产量,反而会降低产量。在油井生产过程中,气体存在对泵效影响很大,为减少气影响,需要增加沉没度。有效手段之一是增加泵挂深度。一方面增达泵深,可以减少自由气的影响,提高产量。另一方面增加下泵深度还消耗了多余的抽油杆和油管,提高了抽油机悬点载荷和电动机的容量,还增加了抽油杆的断脱事故和井下维修成本,因此,需要综合考虑投入产出来确定最佳沉没度。

通过关系曲线可以看出,随着沉没度的上升,系统效率先上升后下降,百米吨液耗电先下降后上升。沉没度在0~100m期间,系统效率偏低并上升,百米吨液耗电较高并下降;100~400m区间,系统效率达到最高值并稳定,百米吨液耗电为最低值且稳定变化;大于400m后,系统效率开始下降,下降速度快,百米吨液耗电开始上升。因此,认为沉没度在100~400m区间为最佳系统效率及耗能区间。

2 合理沉没度的确定

为确定抽油机井合理沉没度范围,以56口井统计数据为例,根据统计数据分析,发现在相同的沉没度下,泵效随含水的变化而变化,因此,根据油井产出液含水的不同进行分类,分别对含水大于95%的井和小于95%的井进行统计,在不考虑漏失的情况下,这些井表现出泵效与供液能力不相匹配的特征,优化油井沉没度、改善油井生产工况亟待解决。

2.1 影响泵效的因素

深井泵泵效定义为油井实际产量与抽油泵的理论排量之比,用公式表示为:通过对深井泵工作状态和工作原理的理论分析,影响深井泵泵效的因素可以归纳为四个方面:1.抽油杆和油管在抽油机上下冲程过程中,油管和抽油杆受交变载荷产生弹性伸缩,导致泵效下降;2.受气体或供液不足影响,充满系数降低导致泵效下降;3.由于深井泵漏失,泵充满系数下降,导致泵效下降;4.尽管泵充满系数虽然很高,由于油管漏失,导致地面产量下降,使泵效降低。以上四个方面的影响都与深井泵沉没度有一定关系,合理的沉没度对以上原因产生的泵效下降有一定的改善作用。

2.2 不同含水级别油井沉没度与泵效关系

统计资料得出,56口抽油机综合含水92.52%,平均动液面561.81m。将抽油机井的含水分为小于95%,大于95%两个含水区间段,来研究沉没度与泵效的关系变化规律曲线图。

通过对曲线图进行多项式拟合,得出以下公式:

含水大于90%曲线:y=-1×10-9x4+2×10-6x3-0.0019x2+0.7084x-16.383

含水80%~90%曲线:y=5×10-7x3-0.0008x2+0.4486x-6.0715

从上述公式可以看出,沉没度与泵效的关系曲线变化趋势符合多项式规律,含水越高,多项式幂次越高。从图2可以看出,随着沉没度的增加,泵效增加,当沉没度达到一定值时,泵效曲线逐渐变缓,最终不再上升。沉没度相同时,含水越高,泵效越高。含水越高,泵效上升越快。含水大于95%,沉没度在200~300m时,即可满足要求,再增加沉没度,泵效不再增加。含水小于95%时,泵效达到最大时所需沉没度在300~400m。

3 沉没度对抽油机井管杆的影响

3.1 抽油机载荷的冲击

井下泵的抽汲工作在油井的沉没度较低的时,出现供液不足的问题,抽油泵在下冲程工作的时候,液面和柱塞产生的冲击力较大,很容易对杆管造成变形,运行率下降,油管因为和抽油杆之间的摩擦出现偏磨的情况。

3.2 抽油机载荷摩擦

抽油机井在沉没度较低时,长时间运行后就容易导致结蜡的结果。一般在上部和中部比较容易出现结蜡的现象,在下冲程时,井下泵内液体和上部杆柱结蜡位置的共同阻力作用下,井下泵活塞容易发生变形,杆柱的扭曲因为弯曲的转矩提高而增大。

3.3 抽油机沉没度对生产压力差值的影响

生产压差随着抽油机井沉没度的降低而增大,井下地层出现出砂的现象,抽油泵在沉没度比较低的情况抽汲,砂砾很容易随着液体而进入到泵底的吸入口处,然后被活塞抽到泵筒里,造成卡泵的现象发生。

3.4 抽油机沉没度过大对抽油机井工作状况的影响

抽油井的流压随着沉没度的升高而变大,当沉没度超过规定的标准时,造成渗透率和井底压力的下降,在油层中就会出现供液不足的情况,造成各个井层与各个井层之间的层间矛盾。油井的产量当沉没度超过规定的范围值的时候,将会不在增加,抽油机工作效率下降。

4 抽油机沉没度治理措施

4.1 抽油机沉没度较低井

1) 调小参数是治理低沉没度主要手段

当抽油机沉没度较低时,井底的流动压力偏低,流动饱和压差就会变大,但是由于气体的流动速度大于液体的流动速度,这样会使井下油层严重脱气,在油井附近形成脱气圈,脱气圈内原油黏度会大幅升高,采出液指标会降低,从而会严重影响原油的最终采收率。如果为了提高油井产量,油井井底应保持在一定的压力,即流压应该在其临界压力点之上。

2）加强地面管理,合理控制套压

当采油井套压较高时,对沉没度会产生影响。针对套压高的单井,要根据实际情况,找出导致套压高的原因,积极采取对策降低套压。生产中合理控制套管气,减少气体影响,提高泵效。注采站在日常生产中主要采取定期放套管气的策略,放套管气在短期内对采油井有一定效果,但由于实际生产中做不到对套压的随时监测,而且该方法对改善低沉没度并无明显效果。因此,不能作为治理低沉没度井的主要策略

3）减小泵径,降低抽汲能力

当采油井泵径较大,冲程、冲速均已最低,而长期低沉没度的井,可考虑换小泵,降低抽汲能力,使液面恢复合理。

4)增大连通水井注水能力

对于一些长期低沉没度井,可以考虑从连通水井出发。若注水层位连通性好,可进行方案提水;若注水层位物性差,可考虑对水井进行大修、酸化或压裂。水井注水量增大,可显著改善连通油井状况,使沉没度升高。

4.2 沉没度较高井

1) 调大参数降低沉没度

当抽油机井沉没度比高时,井底流压大,生产压差会缩小,容易导致井下油层出现不出油的现象发生,治理沉没度较高井是十分重要的。抽油机调大参数时应不调冲速,在适应产量要求的前提下,应调大冲程。采用长冲程有以下优点:抽油机冲程较大可按比例地增加井下泵的排量,在井内液体充足的条件下,可以降低动液面以提高油井产液量;冲程增加后,由于减少了防冲距与冲程的比值,因此减少气体的不良影响,也就可以提高抽油的效率;井下活塞运行速度快,对于已受到磨损的泵,可以减少液体的漏失量,延长抽油泵的使用寿命。

2) 换大泵径,增加抽汲能力

当抽油机冲程、冲速均已最大,井口泵效好时,可考虑换大泵来降低液面。

3)检泵作业

采油井在正常生产中,往往会因为各种原因导致泵漏失、杆断等,当发生这种情况时,要及时进行检泵作业,泵效变好后,沉没度就会明显下降。当然,生产井要严格监测电流变化,对于易结蜡、载荷变大的井,要及时打化清或加药处理,若处理不及时,也会导致泵漏失。

4)连通水井控水

对于一些高沉没度井,若同时含水较高,可考虑通过对连通水井进行方案控水的措施来降低沉没度;若某些层位发生“指进”现象,也可以进行调剖。通过对连通水井的治理,可有效降低连通水井的沉没度。

5 现场优化调整实施情况

例1:A井:含水95.4%,工作制度φ70×4.2×4,动液面256m,泵深949.87m,沉没度693.87m。2020年2月对该井实施上提泵挂至749.87m,沉没度减小至345m。实施后该井液量基本保持不变。该井泵效随沉没度的增大而提高,当沉没度增加到345m时,泵效达到最大,沉没度继续增大时,泵效保持不变。因此,需要根据分析确定的合理沉没度范围,按照“长冲程、慢冲次,先地面、后地下”的原则逐口井精细开展沉没度优化治理。

参考文献：

[1]王婷婷.抽油机井不合理沉没度的治理对策探讨[J].石化技术,2018,25(11):207