抽油井杆柱载荷对泵有效冲程的影响程度分析

抽油井杆柱载荷对泵有效冲程的影响程度分析

刘鹏 李红 李丽丽

中石化胜利油田分公司东辛采油厂辛一管理区注采4站

摘 要：随着对油田的深度开发，抽油机在油田开发中的应用越来越广泛，基于油田开发的实际需求，对抽油机冲程长度有着一个严格的要求，发展长冲程、低冲次抽油机逐渐成为了油田抽油机设计的发展方向，要合理协调好各个环节的对接关系，确定好抽油机的冲程长度，保证油田开发的有序性。基于此，本文就对抽油机合理冲程长度的确定和应用进行了一个较为详细的概述

关键词：抽油机；冲程长度；载荷；油田开发；杆柱静变形

进入油田后期开发阶段，油井动态液面会逐渐下降，相应的下泵深度会逐渐增加，使得抽油机的悬点载荷不断增加，对抽油机的冲程要求不断加大。油田开发是一个综合性的过程，特别是进入后期油田开发阶段，对抽油机的冲程长度有着各方面的要求，要根据实际开发需求控制好抽油机冲程长度，抽油机长度的增加虽然会在一定程度上缓解油田开发压力，但也增加了成本预算，所以在选择抽油机冲程长度时，我们需要对其冲程长度进行合理的优化，确定最优的冲程长度。

一、考虑中杆柱静变形对泵有效冲程影响的冲程选择

抽油杆主要表现为细长的受拉杆柱，在抽油杆运行过程中，受外界作用力的影响比较大，其拉伸负荷会影响抽油杆的作用力，所受到的上冲程荷载远远高于下冲程所受的荷载，基于荷载的变化，对泵的有效冲程会造成较大的影响，降低了三抽系统的产液量。为了保证泵的有效运行，抽油机的冲程长度必须要有足够的长度，降低杆柱静变形导致的冲程损失对三抽系统产液效果的影响。不同的油井其下泵深度不同，悬点荷载也有一定的差异性，更侧重于对冲程损失的考虑，一般选择冲程较长的抽油机。比如下泵深度为2500mm，沉没度为600m，泵径为44mm的采油系统，如果井液比重控制在1.0，抽油杆的平均直径为25mm，其静变形在0.8-1.0m这个范围，那么抽油泵的冲程损失和冲程比如图一所示，随着抽油机冲程的递增，其有效冲程度也会上升，在小冲程区域范围内，增长趋势更为明显。从排采系统效率的角度出发，泵有效冲程越接近抽油机的冲程越好。

图一 泵的有效冲程损失率与抽油机冲程的关系

二、相邻条件对抽油机冲程选择的影响

（一）修井作业设备对抽油机冲程选择的影响

三抽系统涉及的构件比较多，在系统运行过程中，我们需要将光杆、抽油泵放到井下，目前针对于井下作业，我国一般采用小修作业机完成常规修井作业（如图二所示），在小修作业中，井架的初始高度在18m左右，也就是说井架天车运行的最高有效高度为Lmax=18m，游动滑车系统的波动范围高度为L1=2-3m，地面井口高度为L2=1-1.5m，根据高度变化情况我们要合理控制抽油机冲程长度。根据小修作业机的实际情况，结合泵的结构分析，抽油机的最大冲程要控制在10m以下，如果超过了这个冲程长度，就会增加系统运行负荷，产生不必要的系统维护成本。

（二）制造能力对三抽系统冲程的限制

三抽系统使用的抽油泵有着一定的结构特点，一般为整筒泵，以整合的方式提高系统运行稳定性，还能降低外界因素对系统的影响，降低泵的磨损。对整筒泵进行预加热处理，一般俩说，加热时间越长，其泵筒长度就会越长，成本会有所增加，在后期处理的时候不是那么好清理。泵的有效热处理长度为10m左右，所以整筒泵所控制的三抽系统其有效冲程不大于9m，如果不使用整筒泵，采用多节泵连接的方式，那么三抽系统的冲程长度是没有限制的。在完工后，需要完成井口处的密封，需要使用到光杆，光杆对热处理要求比较高，光杆长度不能大于13m。

三、采油工艺对抽油机冲程的要求

三抽系统的主要目的是为了能够在规定时间内完成给定的产液量，抽油杆处于井下环境，井下环境的腐蚀性比较高，所以腐蚀疲劳是影响抽油杆失效的主要形式。要想提高系统运行的产液量，可以采用长冲程抽油机，降低冲次频率，通过这样的方式，可以减少往复抽吸地层的压力，延长抽油杆的使用周期，还有就是可以降低抽油杆螺纹脱扣的概率，使抽油机可以更加高效稳定的运行。正常情况下，抽油杆在非腐蚀环境下，其疲劳循环次数一般在4x107次以上，根据不同的井下环境情况，其疲劳循环次数也会有所变化，多数的抽油杆寿命在10年以上，可以满足油田的基本要求，对于质量达标的抽油柱，冲次高低不是影响寿命的主要因素，在腐蚀环境下的抽油柱，抽油柱的使用寿命会极大程度上降低，所以可以适当降低应力循环次数，一次养成杆柱使用寿命。

结语

从采油工艺的实际需求来看，如果要想冲程损失降到最低，那么抽油机的冲程长度当然是越大越好，还有就是选择好合适的长冲程低冲次工艺，可以有效提高采油系统的使用周期。考虑到抽油机的运行成本和后期维护成本，选择抽油机主力冲程在3-6m，抽有油田选择4-8m，对于抽油机冲程长度的选择，需要综合考虑各个方面的影响因素，主要从抽油机设计运行的角度对冲程长度进行管控。

参考文献

[1]浦冬梅，刘必渝，程超.关于我国抽油机发展的几点思考[J].石油矿场机械，2018（26）：54.

[2]裴勤锋，刘光辉，朱志伟.数字化抽油机技术现状和发展趋势[J].石油机械，2018（1）：28.

[3]邵春燕，安琪飞，何海莹.高含水下条件下高强度抽油杆的腐蚀特征研究[J]中国石油大学学报，2017（27）：12.