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        水平井泵掛加深方法研究與應(yīng)用

        2021-04-28 15:14:38佘玉潔大慶油田有限有責(zé)任公司第九采油廠
        石油石化節(jié)能 2021年4期
        關(guān)鍵詞:凡爾抽油泵斜角

        佘玉潔(大慶油田有限有責(zé)任公司第九采油廠)

        為避免油井桿管偏磨和井斜對(duì)泵效影響,水平井抽油泵主要下在直井段,若泵掛深度超過造斜點(diǎn)后,井斜增大,桿管摩擦力增加,泵凡爾球關(guān)閉滯后,泵效下降。因此,研究抽油泵在井斜角大的造斜段的適應(yīng)性和防偏磨措施非常必要。

        1 水平井泵掛加深方法

        為了探究井斜角、狗腿度對(duì)抽油泵凡爾開閉、油井桿管偏磨問題影響,開展以下研究。

        1.1 井斜角與凡爾球開閉時(shí)間關(guān)系

        加深泵掛,井斜角增大,抽汲過程中凡爾球在上、下行過程中,會(huì)在徑向上形成加速度,使其開閉滯后或不嚴(yán),使泵效降低,影響產(chǎn)量。

        凡爾球在井內(nèi)主要受重力和浮力的作用,其密度大小直接影響重力在軸向的分力大小,進(jìn)而影響凡爾球回落時(shí)間?;芈鋾r(shí)間計(jì)算公式:

        式中:t為回落時(shí)間,h;φ為y軸與鉛垂線的夾角,°;h為閥球的導(dǎo)軌高度,m;g為重力加速度,取值9.8;ρv為過閥流體密度,kg/m3;ρq為閥球的密度,kg/m3。

        隨井斜角增加,凡爾球回落時(shí)間增加,隨凡爾球密度增加,回落時(shí)間縮短,但時(shí)間差很小,在條件允許時(shí)盡可能選用重球泵,凡爾回落時(shí)間和井斜角關(guān)系曲線見圖1。

        圖1 凡爾回落時(shí)間與井斜角關(guān)系曲線

        1.2 不同泵徑凡爾球和井斜角對(duì)應(yīng)的閉合時(shí)間

        大井斜部位,閥球下落后繞A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)至關(guān)閉,常規(guī)泵閥球關(guān)閉時(shí)運(yùn)動(dòng)示意圖如圖2所示,根據(jù)動(dòng)量矩定理得出角加速度。

        圖2 常規(guī)泵閥球關(guān)閉時(shí)運(yùn)動(dòng)示意圖

        角加速度公式如下:式中:ω為角加速度,rad/s2;g為重力加速度,取值9.8;ρv為過閥流體密度,kg/m3;ρq為為閥球的密度,kg/m3;α取值為63.47°;φ為y軸與鉛垂線的夾角,°;rq取值為0.019。

        回落時(shí)間:

        式中:ω′為角加速度,rad/s2。

        由式(2)、式(3)計(jì)算得到不同泵徑,凡爾球回落時(shí)間與井斜角關(guān)系曲線見圖3。

        圖3 不同泵徑回落時(shí)間與井斜角關(guān)系曲線

        隨著抽油泵泵徑和井斜角的增加,凡爾球的閉合時(shí)間增加,當(dāng)井斜角增大到一定角度時(shí),球回落時(shí)間急劇增加,泵徑大于38 mm時(shí)應(yīng)使用斜井導(dǎo)向泵。

        1.3 狗腿度與抽油桿偏磨、泵變形關(guān)系

        狗腿度大的井段,井內(nèi)管柱處于復(fù)雜的屈曲狀態(tài),導(dǎo)致管桿偏磨加劇、抽油泵間隙磨損加劇、作業(yè)施工時(shí)活塞進(jìn)不了泵筒。為此,需優(yōu)化扶正器設(shè)置,嚴(yán)格控制泵深處狗腿度。

        取任意兩個(gè)扶正器之間抽油桿長(zhǎng)度為一微元,不考慮自重,兩扶正器之間抽油桿可視為簡(jiǎn)支梁,利用式(4)、式(5)、式(6)得出不同狗腿度的合理扶正器間距。

        式中:y為撓度,cm;W為正壓力,N;Df為油管內(nèi)徑,mm;Df0為扶正器外徑,mm;Df1為扶正器孔徑,mm;Dr為抽油桿直徑,mm;Lr為微元以下桿長(zhǎng)度,m;qr為單位長(zhǎng)度桿重,N/m;Ir為抽油桿截面慣性矩,cm3;Lf為扶正器間距,cm;E為抽油桿彈性模量。

        根據(jù)以上計(jì)算方法,可以得出不同個(gè)狗腿度處的扶正器數(shù),見表1。

        表1 不同狗腿度的合理扶正器數(shù)

        根據(jù)抽油泵保持不變形的條件,迭代計(jì)算出不同泵徑最大允許狗腿度,見表2。

        表2 不同泵徑最大允許狗腿度

        2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

        結(jié)合實(shí)際水平井井眼軌跡數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有水平井目前泵深與合理泵深數(shù)據(jù),平均需加深泵掛深度152 m,流壓可下降至4.3 MPa合理范圍,統(tǒng)計(jì)水平井應(yīng)加深泵掛情況,見表3。

        表3 水平井應(yīng)加深泵掛情況

        表4 導(dǎo)向抽油泵應(yīng)用效果

        表5 常規(guī)泵應(yīng)用效果

        2.1 開展導(dǎo)向泵試驗(yàn),提高油井產(chǎn)量

        按照水平井加深泵掛理論,在古龍南和古693區(qū)塊應(yīng)用6口導(dǎo)向泵,導(dǎo)向泵結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。導(dǎo)向抽油泵原理:通過改變固定閥、游動(dòng)閥結(jié)構(gòu),在泵球設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu),降低閥球偏置旁落,關(guān)閉滯后的弊端,可適應(yīng)30°井斜角。

        圖4 導(dǎo)向泵結(jié)構(gòu)示意圖

        實(shí)施導(dǎo)向泵加深泵掛6口井,平均泵深加深139 m,井斜角從7.9°加深至26.6°,單井流壓降低1.2 MPa,泵效提高17.5個(gè)百分點(diǎn),日增油1.3 t/d,累計(jì)增油468 t,產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益128.7萬元,統(tǒng)計(jì)導(dǎo)向抽油泵應(yīng)用效果見表4。

        2.2 開展常規(guī)泵加深試驗(yàn)

        實(shí)施常規(guī)泵加深泵掛4口井,平均泵深加深139 m,井斜角從0.8°加深至25.5°,單井流壓降低1.6 MPa,泵效提高21.8個(gè)百分點(diǎn),日增油0.9 t/d,全年累計(jì)增油324 t,按每噸油2 750元,可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益89.1萬元,統(tǒng)計(jì)常規(guī)泵應(yīng)用效果表見表5。

        3 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

        1)通過建立在斜井下閥球的運(yùn)動(dòng)模型,計(jì)算出抽油泵的啟閉時(shí)間,進(jìn)行不同井斜角度下凡爾球啟閉時(shí)間的對(duì)比分析,得到直徑φ32 mm、φ38 mm抽油泵能夠應(yīng)用在井斜角小于50°水平井中,直徑φ44 mm、φ57 mm大泵井需應(yīng)用導(dǎo)向泵解決凡爾滯后關(guān)閉問題。

        2)通過理論計(jì)算給出水平井抽油桿扶正器優(yōu)化結(jié)果,為水平井防偏磨措施提供了理論支撐。

        3)通過開展導(dǎo)向泵試驗(yàn)和常規(guī)泵加深試驗(yàn),降低了井底流壓,有效提高了油井產(chǎn)量。

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