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        傾斜井眼中抽油桿扶正器的分布位置優(yōu)化研究

        2022-03-30 02:56:46陸亞男大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠
        石油石化節(jié)能 2022年2期
        關(guān)鍵詞:測段抽油桿柱

        陸亞男(大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠)

        油田開發(fā)中的有桿泵井桿管偏磨導(dǎo)致的桿管斷脫、漏失等問題始終是降本增效一大難題。薩北油田因偏磨導(dǎo)致的檢泵作業(yè)井?dāng)?shù)逐年增加,占維護成本近半數(shù)以上。國內(nèi)各大油田均投入大量資源解決該問題。抽油桿上安裝來防治偏磨是一種最常用的方法,且被大多數(shù)油田所采用。但扶正器在抽油桿上的安裝間距及如何分布目前沒有明確的依據(jù)。為此,通過對斜井抽油桿的受力分析,建立抽油桿柱相應(yīng)的力學(xué)模型,推導(dǎo)出扶正器安裝間距的理論值,有效地優(yōu)化了現(xiàn)場施工作業(yè)中扶正器的安裝。

        1 力學(xué)模型

        在斜井中帶有扶正器的抽油桿柱(圖1),可以簡化為有初彎曲的縱橫彎曲連續(xù)梁。每一個扶正器相當(dāng)于一個球鉸支,相鄰的扶正器與中間的桿柱段,組成一個簡支梁,斜井內(nèi)抽油桿受力示意圖見圖2。各個簡支梁相互首尾銜接地連接起來,像一條長長的多節(jié)鞭往復(fù)運動在油管中間[1-2]。在該桿柱上還作用著各種縱向力,從整體和宏觀上看,由于長細比極大,它可以作為柔桿處理;但是從局部和某個微元段來看,它又是具有剛度的一段鋼桿。抽油桿柱在油管運動時,會使它形成初彎曲[3]。這種初彎曲的撓度曲線,一般認為是和定向井的井眼軌跡中心線相重合的。在此基礎(chǔ)上,在桿柱的各種縱、橫載荷的聯(lián)合作用下,桿柱發(fā)生進一步變形,即形成了它在油管中的實際狀態(tài)。

        圖1 抽油桿及扶正器實物圖

        圖2 斜井內(nèi)抽油桿受力示意圖

        斜井井眼軌跡為三維空間曲線,抽油桿柱受彎曲應(yīng)力作用。為了描述斜井井眼軌跡通常通過井斜角和方位角來表示,而井斜角和方位角隨井深變化的快慢,常用井斜角變化率和方位角變化率來表示[4-6]。例A井軌道參數(shù)如表1所示。

        表1 A井實鉆軌道參數(shù)

        計算斜井中抽油桿受力情況,一般采用取出斜井中的一個測段,該測段的井身軌跡可以簡化為一條圓弧線,因此它是一條平面曲線相鄰測點間的距離,即點距ΔL,實際在實鉆報表中,一般為25 m。由于數(shù)值較大,所以測段中的抽油桿柱一般不能簡化為直線段[7-8]。作用在該測段桿柱上的平衡力,即測段正壓力合力或單位長度正壓力可用下式計算:

        式中:Fcn為測段桿柱上的正壓力合力,N;fcn為測段桿柱上的單位長度正壓力,N/m;Ft為測段桿柱兩端的軸向力,N;βL為測段全角變化率,°/m,常寫成°/25m的形式;β為測段全角,°;它與全角變化率的關(guān)系,由下式?jīng)Q定:

        式中:ΔL為相鄰測點間的距離,即測段弧長或點距,m。

        2 計算實例分析

        根據(jù)實鉆井眼資料,按點距把整個抽油桿柱從下至上全部分段。在此基礎(chǔ)上,斜井中抽油桿柱扶正器分布設(shè)計可采取從最低點(抽油泵)開始,由下而上逐段計算方法[9-11]。但根據(jù)實際生產(chǎn)需要,我們只針對全角變化率較大的特別側(cè)斜段做出扶正器合理分布的設(shè)計,其它側(cè)段采用直井段的扶正器安裝方式[12-13]。

        實例計算某油田A井,油管內(nèi)徑φ76mm,油桿直徑φ25mm,泵深910.8m,最大井斜角/井深為22.90/550(m),最大全角變化率/井深為4.779/300(m),A井全角變化率大井段參數(shù)見表2。

        表2 A井全角變化率大井段參數(shù)

        井液中抽油桿單位長度自重(取抽油桿單位長度自重為35.4N/m,井下液體密度取0.86t/m3),通過公式計算得出每段的扶正器間距,A井計算后扶正器個數(shù)統(tǒng)計見表3。

        表3 A井計算后扶正器個數(shù)統(tǒng)計

        3 現(xiàn)場應(yīng)用

        應(yīng)用該算法對某采油廠含A井在內(nèi)的A、B、C、D、共4口相同井況抽油機井進行扶正器優(yōu)化,遵循關(guān)鍵部位就近安裝,彎曲嚴重部分,扶正器要密集分布的原則。檢泵施工過程中合理配置安裝扶正器。4口井都采用JH-XWFZFPM-22mm-HY-9.14m限位式H級抽油桿,A在井口到100m,200~400m及600~900m處每根桿中間多加一個插入式扶正器一共65個。B井在50~100m,200~400m,800~900m處每根桿中間多加一個插入式扶正器,600~800m處加雙扶正器,共80個。C井在第76~85根桿(690~810m)側(cè)斜段偏磨處每10m多加一個插入式扶正器。D井在250~500m處每根桿間多加一個扶正器。對4口井未偏磨處,依據(jù)計算結(jié)果相應(yīng)減少扶正器的安裝,單井平均減少20個扶正器。

        4口井措施前后能耗參數(shù)對比見表4。措施實施后,單井抽油桿柱受力更加合理,系統(tǒng)的動態(tài)特性得以提升,單井電流明顯下降,4口井平均系統(tǒng)效率上升7.13%,噸液耗電量降低0.52kWh。按單井平均日產(chǎn)液50t計算,措施實施后年節(jié)電3.79×104kWh,年獲經(jīng)濟效益2.4萬元,實現(xiàn)了節(jié)能降耗。

        表4 4口井措施前后能耗參數(shù)對比

        4 結(jié)論

        1)斜井抽油桿扶正器間距的大小受井眼軌跡的彎曲影響較大,應(yīng)遵循關(guān)鍵部位就近安裝的原則,彎曲嚴重部分,扶正器要密集分布。

        2)斜井安裝扶正器后,受力會發(fā)生改變,扶正器個數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際檢泵情況與技術(shù)人員進行后期實際調(diào)整。

        3)通過全角變化率計算法來確定布放扶正器,能夠使抽油桿的偏磨得到更最有效的防治,降低抽油桿運行阻力,使油井有功單耗下降,系統(tǒng)效率提高,4口抽油機井平均單井有功功率下降2.19kW,年節(jié)電3.79×104kWh,節(jié)約電費2.4萬元,有較好的節(jié)能效果。該方法成本較低,在斜井應(yīng)用具有優(yōu)越性且運行可靠,是適用于抽油機井的一種節(jié)電技術(shù)。

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