徐立明 馮靜 王雪松

摘要：抽油機(jī)采油是國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的采油方式。隨著油田開發(fā)難度的加大，低滲油層、難采儲量動用和比例的增大，平均單井日產(chǎn)液量降低，抽油泵泵效降低，油井系統(tǒng)效率較低。本文調(diào)研分析了油田油藏特征以及油品性質(zhì)，并結(jié)合油田典型采油工藝與典型井筒結(jié)構(gòu)，對產(chǎn)液在井筒中的流動規(guī)律做了詳細(xì)計(jì)算分析研究。并以此為理論依據(jù)，開展了對機(jī)桿泵井采油工藝的優(yōu)化研究工作，主要對泵掛深度、抽油桿組合以及抽油機(jī)選型進(jìn)行了優(yōu)化研究，通過優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了泵掛深度的上提，抽油機(jī)型號的減小，能耗的降低?，F(xiàn)場試驗(yàn)表明，實(shí)施改進(jìn)采油工藝后，油井均可正常運(yùn)行，泵掛深度有所上提，抽油機(jī)負(fù)荷降低。

關(guān)鍵詞： 油藏；生產(chǎn)系統(tǒng)；供排協(xié)調(diào)；系統(tǒng)效率；匹配

結(jié)合油田油藏和生產(chǎn)特點(diǎn)，以抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)的供排協(xié)調(diào)為設(shè)計(jì)前提，以提高抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率為設(shè)計(jì)目標(biāo)，以抽油機(jī)井的抽汲參數(shù)（沖程、沖次、泵徑）為設(shè)計(jì)參數(shù)，建立抽油機(jī)井選井選泵優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，探索優(yōu)化抽油機(jī)參數(shù)、抽油機(jī)井選井選泵優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，并將該方法在油田抽油機(jī)井選井選泵優(yōu)化設(shè)計(jì)中進(jìn)行應(yīng)用。實(shí)踐表明：該方法是提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率和降低油井投資成本的重要途徑之一。

抽油機(jī)井采油系統(tǒng)既包括抽油機(jī)、抽油桿、抽油泵等“硬件”設(shè)備，又涉及抽汲參數(shù)、沉沒度等“軟件”參數(shù)。如何對抽油機(jī)井合理選井選泵，使抽油機(jī)采油機(jī)井匹配、抽油機(jī)系統(tǒng)效率提高和油井產(chǎn)能發(fā)揮充分，成為油田急需要解決的問題。因此，研究抽油機(jī)井選井選泵優(yōu)化設(shè)計(jì)對抽油機(jī)井高效、節(jié)能運(yùn)行具有重要的意義。

一、對抽油桿的要求

油田泵掛深度生產(chǎn)井多為定向井、斜井、水平井及復(fù)雜結(jié)構(gòu)井，油井生產(chǎn)中抽油桿的偏磨、斷脫問題比較普遍。目前在直井段以外的抽油桿上都加有尼龍扶正器。現(xiàn)場使用最多的抽油桿按尺寸分有Φ22、Φ19；按鋼級分有D級、H級。

1、抽油桿使用中存在問題

（1）產(chǎn)品質(zhì)量的問題。由于抽油桿用熱軋圓鋼，軋制質(zhì)量不能完全滿足要求，鋼材沒有進(jìn)行100%探傷，在桿體的鍛造質(zhì)量、接箍的加工過程中難免存在缺陷。在井下非對稱循環(huán)應(yīng)力的作用下，這些缺陷就是產(chǎn)生損壞的薄弱環(huán)節(jié)。在同一個桿柱組合設(shè)計(jì)方法下產(chǎn)生不合理下井設(shè)計(jì)方案，導(dǎo)致桿斷脫問題加重。（2）桿柱組合下井設(shè)計(jì)問題。油井井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一個井場井?dāng)?shù)不斷增加，井眼軌跡很不規(guī)整，加重抽油桿的損壞趨勢，設(shè)計(jì)不同的桿柱組合及扶正防磨措施顯得很重要。

2、對抽油桿的需求

針對油田的生產(chǎn)特征，對抽油桿的要求表現(xiàn)在性能方面有：①盡可能小的桿徑尺寸和桿體重量下具有盡可能高的強(qiáng)度；②耐磨性能好；③承受彎壓載荷的能力強(qiáng)；④起下作業(yè)方便。從滿足以上性能方面看，高強(qiáng)度抽油桿、玻璃鋼抽油桿、復(fù)合材料連續(xù)抽油桿等都有很大的應(yīng)用前景。但就目前的技術(shù)現(xiàn)狀來看，還需要進(jìn)行進(jìn)一步的科技創(chuàng)新和改進(jìn)。

二、對抽油機(jī)的要求

目前油田常用抽油機(jī)按大小分有：6型、8型、10型以及12型等。按結(jié)構(gòu)形式分有：常規(guī)游梁式抽油機(jī)、異相曲柄抽油機(jī)、擺輪式抽油機(jī)、復(fù)合平衡抽油機(jī)、調(diào)徑變矩抽油機(jī)等，主要以異相曲柄抽油機(jī)和復(fù)合平衡抽油機(jī)為主。

1、對額定懸點(diǎn)最大負(fù)荷要求

長期的抽油機(jī)選型及現(xiàn)場最大負(fù)荷實(shí)測資料反應(yīng)出：對最大載荷為70kN和90kN的抽油機(jī)有一定量的需求。而抽油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)系列為：6型、8型、10型、12型等。缺失7型和9型機(jī)。造成在抽油機(jī)配型上的浪費(fèi)或者超負(fù)荷運(yùn)行。

2、抽油機(jī)參數(shù)的要求。對于抽油機(jī)來說，其主要性能參數(shù)有：懸點(diǎn)最大負(fù)荷、減速箱額定扭矩、所配電機(jī)功率、沖程、沖、各連接部位尺寸、外型尺寸等。一般情況下，不同型號的抽油機(jī)都有相匹配的以上幾個參數(shù)。但由于生產(chǎn)情況不一樣，油田對抽油機(jī)各種參數(shù)需求的重點(diǎn)有所不同。以油田為例，由于產(chǎn)液量小，對減速箱額定扭矩、電機(jī)功率、沖程、沖次的要求都不高，需要滿足的首要條件是抽油機(jī)的額定懸點(diǎn)最大負(fù)荷。其它參數(shù)的配置應(yīng)在盡可能降低系統(tǒng)效率的前提下進(jìn)行。計(jì)算和實(shí)測資料表明：即使10型、12型抽油機(jī)，其額定扭矩也不會超過37 kN·m。沖程最大為3 m即可，沖次選擇以盡可能低為好。

三、對抽油泵的需求

油井日常維護(hù)性作業(yè)中有三分之一以上是由于泵出故障造成的。油田由于低產(chǎn)液、氣體、腐蝕、結(jié)垢、結(jié)蠟、同時(shí)泵位于斜井段等問題的存在，使泵的工作環(huán)境更加不好?；疽怨苁秸脖脼橹鳌８鶕?jù)油田井的產(chǎn)量分布情況可明顯看出，使用小的泵徑會減小抽油桿柱的桿徑，減低抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷，提高系統(tǒng)效率，降低能耗。但泵體太小后在加工及表面鍍涂工藝方面難度提高。大部分泵在井下處于傾斜放置，現(xiàn)有的斜井泵還沒有體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，致使應(yīng)用井?dāng)?shù)不是很多，基本還是采用常規(guī)泵。

四、機(jī)、桿、泵系統(tǒng)的需求

（1）抽油機(jī)沖程參數(shù)。沖程損失是抽油泵效率降低的重要方面，直接影響抽油機(jī)選擇合理的沖程，與活塞及油管截面積、抽油桿長度及截面積、動液面深度、液體密度等有關(guān)。隨著泵徑減小，抽油機(jī)沖程損失減少。為減少沖程損失對抽油泵效率的影響，應(yīng)盡量增大抽油機(jī)光桿沖程。沖程長度增加對于懸點(diǎn)載荷的影響不大，但抽油機(jī)的高度需要增加，而且更重要的是減速器曲柄軸的扭矩和沖程長度成正比的增加。同時(shí)沖程長度增加后抽油機(jī)的減速器的尺寸、質(zhì)量和成本相應(yīng)增加。此外隨著沖程長度的增加，減速器齒輪磨損速度增加很快。因此光桿沖程并不是越長越好，需要確定在合理范圍內(nèi)。

（2）抽油機(jī)沖次參數(shù)。抽油機(jī)沖次是衡量抽油機(jī)快慢的參數(shù)，與沖程參數(shù)比較，沖次調(diào)整簡單、易于實(shí)現(xiàn)。由于油田單井產(chǎn)量低，因此降低沖次成為抽油機(jī)滿足工況、提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的重要途徑之一。抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)低沖次方法有3種：調(diào)整電機(jī)皮帶輪直徑、降低電機(jī)轉(zhuǎn)速、使用大速比減速器。調(diào)整電機(jī)皮帶輪直徑是常用方法：抽油機(jī)配套3件皮帶輪，根據(jù)現(xiàn)場需要更換調(diào)整。降低電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法有使用變頻調(diào)速、低速電機(jī)等技術(shù)，考慮油井低成本采油，考慮采用低速電機(jī)和減速器的優(yōu)化組合。不同速比減速器與不同轉(zhuǎn)速電機(jī)組合實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的低沖次，但需要綜合比較確定。采用低沖次對于延長機(jī)桿泵壽命、提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率、降低能耗等方面有很好的效果。

（3）抽油泵泵徑參數(shù)。以8型抽油機(jī)為例，最大沖程長度3m，沖次最低2.5次/min，最大5次/min，泵效取45%。不同泵徑油井液量確定范圍。按照鉆采工程方案，采用小泵徑、低沖次后，抽油桿降一個等級、強(qiáng)度增加一級，抽油機(jī)下降一個型號。小泵徑是油田抽油泵泵徑的首選，對于產(chǎn)液量高的油井可以通過更換電機(jī)提高沖次的方式實(shí)現(xiàn)。

有桿抽油系統(tǒng)是各陸上油田的主要采油設(shè)備，由于其效率低，所以有桿抽油系統(tǒng)的節(jié)能降耗也成為油田開采后期的主要工作。原有抽油機(jī)選型方法不能滿足油田開采后期實(shí)際情況的需要，直接影響了有桿抽油系統(tǒng)的系統(tǒng)效率。為了使抽油機(jī)選型方法最終確定的機(jī)型與實(shí)際生產(chǎn)方案相符，進(jìn)而達(dá)到提高有桿抽油系統(tǒng)效率的目的，本文開展油田開采后期抽油機(jī)井優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究，取得了明顯效果。

參考文獻(xiàn)

[1]高鵬. H級抽油桿柱力學(xué)特性及其設(shè)計(jì)方法研究[D]. 西安石油大學(xué) 2016

（作者單位：1.東辛采油廠鹽家管理區(qū)采油六站；

2.東辛采油廠鹽家管理區(qū)采油六站；

3.東辛采油廠鹽家管理區(qū)采油四站）