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        深抽減載工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

        2021-11-20 04:46:24陳學(xué)輝周妍黨曉麗
        化工管理 2021年29期
        關(guān)鍵詞:懸點(diǎn)油桿柱塞

        陳學(xué)輝,周妍,黨曉麗

        (1.玉門(mén)油田工程技術(shù)研究院,甘肅 酒泉 735019;2.玉門(mén)油田酒東采油廠,甘肅 酒泉 735008)

        0 引言

        隨著各油田低滲透薄差油藏儲(chǔ)量的不斷增加,油藏開(kāi)發(fā)難度的不斷增大,深井開(kāi)采技術(shù)正逐漸成為各大油田所面臨的主要難題。為了有利于這類(lèi)油藏開(kāi)采,增加機(jī)采井下泵深度成為必然手段。而隨著下泵深度增加,現(xiàn)役舉升設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中都出現(xiàn)了不同程度的不適用現(xiàn)象[1-3]。例如泵深增加使得抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷過(guò)大,導(dǎo)致諸如地面機(jī)型過(guò)大、油田能耗增高、低滲透油田供采不協(xié)調(diào)、常規(guī)桿柱組合不能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求等問(wèn)題,進(jìn)而嚴(yán)重地制約了原油的生產(chǎn)規(guī)模。

        目前,玉門(mén)油田深井機(jī)抽井平均泵掛深度已達(dá)2 600 m,泵掛呈逐年加深的趨勢(shì)。尤其在部分機(jī)采井注水受效差的情況下,加強(qiáng)深抽工藝研究和試驗(yàn)十分重要。為解決這一難題,引入抽油機(jī)減載器技術(shù),它能夠有效地減輕抽油機(jī)驢頭載荷,降低各級(jí)抽油桿的應(yīng)力和變形,實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)減載節(jié)能采油和延長(zhǎng)抽油桿及地面設(shè)備使用壽命,可有效地節(jié)約生產(chǎn)成本。

        1 抽油機(jī)減載器的結(jié)構(gòu)原理

        1.1 減載器結(jié)構(gòu)組成

        抽油機(jī)減載器主要結(jié)構(gòu):上活塞管、上密封管、呼吸孔、減載活塞、下密封管、雙公接管等部件,如圖1所示。

        圖1 減載器結(jié)構(gòu)示意圖

        其連接方式為:抽油機(jī)減載器上部通過(guò)脫接器與抽油桿相連,下部直接與抽油桿連接,上柱塞管、減載活塞、脫接器及上、下抽油桿串聯(lián)在一起構(gòu)成整個(gè)抽油桿柱。

        1.2 減載器工作原理

        減載器工作時(shí),減載活塞通過(guò)呼吸孔將油管、套管貫通,其減載活塞的上端面,處于與油套管環(huán)空壓力平衡的低壓系統(tǒng);其減載活塞的下端面,處于減載器所下深度位置與油管壓力平衡的高壓系統(tǒng)。

        當(dāng)抽油機(jī)上沖程時(shí),減載活塞向上運(yùn)動(dòng),將下密封管空間讓出,井液通過(guò)液孔,回流到讓出的空間內(nèi),使減載活塞下端面的壓力,始終處于減載器所在位置與油管壓力平衡的高壓系統(tǒng)中;由于油管內(nèi)液柱壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于油套環(huán)空的壓力,由這個(gè)壓力差所產(chǎn)生的力作用,使減載活塞形成同個(gè)懸點(diǎn),使其產(chǎn)生一個(gè)向上的舉升力,帶動(dòng)下面的抽油桿柱及抽油泵向上運(yùn)動(dòng),從而達(dá)到減輕抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷的目的。

        當(dāng)抽油機(jī)下沖程時(shí),減載活塞向下運(yùn)動(dòng),將減載活塞以下的液體壓出,通過(guò)液孔及柱塞管進(jìn)入油管內(nèi),最終由上部油管排到地面,下行過(guò)程中利用油管內(nèi)高壓系統(tǒng)和油套環(huán)空低壓系統(tǒng)形成向上的舉升力,減少負(fù)荷,如此完成一個(gè)抽汲過(guò)程。

        2 減載器適用性

        2.1 抽油機(jī)減載器受力分析

        通過(guò)對(duì)減載器作為受力對(duì)象分析,不考慮流體通過(guò)減載器的阻力,能夠定量計(jì)算出抽油機(jī)減少的載荷。減載器受力分析圖如圖2所示。

        圖2 減載器受力分析圖

        式中:F減為減載器減小載荷(N);P1、P2、P3分別為柱塞管上端、減載活塞上端、下端,所受壓力(N);S1、S2、S3分別為抽油桿的截面積、柱塞管、減載活塞(m2)。

        忽律減載器上下端的壓力差,由此可得P1=P3=ρgH1。同樣,忽略套管環(huán)形空間動(dòng)液面以上的氣柱重力,則減載器大柱塞上端壓力為P2=ρgH2+Pc。

        則減載器減小載荷計(jì)算如下:

        式中:ρ為井液密度(kg/m3);g為重力加速度(m/s2);H1、H2分別為減載器的下深和沉沒(méi)度(m);Pc為井口套壓(Pa)。

        由公式(2)可以看出[4]:(1)減載器下深H1一定時(shí),F(xiàn)減的大小只與H2有關(guān);(2)當(dāng)液面在井口時(shí)即H2=H1時(shí),此時(shí)F減≈0;(3)隨著動(dòng)液面的逐漸增大即油井的沉沒(méi)度H2逐漸變小,F(xiàn)減逐漸增大;(4)當(dāng)動(dòng)液面達(dá)到減載器的呼吸口位置或者以下時(shí)(H2=0),此時(shí)抽油機(jī)減載力F減最大。

        2.2 減載器適用參數(shù)

        深井,下入減載器一方面可以降低懸點(diǎn)載荷,從而選擇小型抽油機(jī),另一方面,可以進(jìn)一步加深泵掛,使現(xiàn)有抽油機(jī)的承載能力充分發(fā)揮。不同深度、泵徑的減載器使用效果如表1所示。

        表1 不同深度、泵徑的減載器使用效果

        2.3 減載器安裝條件

        (1)生產(chǎn)油井套管尺寸必須在Φ51/2″以上。

        (2)生產(chǎn)油井套管完好。

        (3)生產(chǎn)油井井斜<45°,該裝置在下入部位不能存在大狗腿度(>10°/30 m)。

        (4)生產(chǎn)油井出砂不太嚴(yán)重。

        3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

        3.1 生產(chǎn)井挖潛

        油井生產(chǎn)參數(shù)如表2所示。

        表2 油井生產(chǎn)參數(shù)

        通過(guò)對(duì)油井生產(chǎn)特征的分析研究,建議對(duì)以下供液能力差、動(dòng)液面低、有挖掘潛力的油井進(jìn)行推廣應(yīng)用,結(jié)合井筒情況,優(yōu)選1-XX井。

        3.2 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

        1-XX井于2016年9月7日進(jìn)行深抽減載試驗(yàn),由于該井供液能力差、動(dòng)液面低,泵徑由Φ44 mm調(diào)整為Φ38 mm,泵掛深度由2 498~2 825 m,產(chǎn)液量由4.7 m3/d上升至 8 m3/d,動(dòng)液面由2 350~2 800 m,生產(chǎn)壓差增大了3.6 MPa,免修期達(dá)1 200天,有效挖掘了井筒潛力,取得了非常理想的效果。

        同時(shí),根據(jù)管柱結(jié)構(gòu)及液柱載荷計(jì)算最大理論載荷為10.1 t,通過(guò)應(yīng)用減載器后載荷僅有8 t,減載2.1 t,泵效達(dá)47.2%,減載21%,應(yīng)用效果明顯。

        4 結(jié)語(yǔ)

        (1)試驗(yàn)結(jié)果表明,減載器的應(yīng)用能夠使抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷明顯下降,同時(shí)有助于泵掛加深,產(chǎn)液量明顯增加,有效的挖掘了井筒潛力。

        (2)減載器不適用于黏度較高的稠油生產(chǎn)井,由于抽油機(jī)減載器的減載活塞和柱塞管內(nèi)的過(guò)流通道較小,如果油質(zhì)屬于稠油,就會(huì)存堵死柱塞管的現(xiàn)象,從而影響減載效果,減載器不適合黏度較高的稠油油藏。

        (3)減載器一般下井深度1 000~1 500 m,結(jié)合油井結(jié)蠟程度,可以采用下“短路”洗井管柱工藝,定期對(duì)油井進(jìn)行維護(hù),確保平穩(wěn)生產(chǎn)。

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