抽油井杆管设计与生产参数匹配性探究

摘要: 现有的抽油井工作参数设计软件均给出少量的推荐结果，不提供优化过程，用户不方便根据需求挑选参数，人机互动性差。为了解决这一问题，我们研究出以下设计思路:通过计算各种泵径、冲程、冲次组合下不同下泵深度的产液量、井下效率，可以获得每泵径、冲程、冲次组合的产液量和井下效率的最大值以及所对应的下泵深度。对最大产液量和最大井下效率进行排序，结合预期指标、井况，很容易找到有优势的泵径冲程、冲次组合。再观察这些组合对产液量、井下效率对下泵深度的敏感性，能够找出指标相对稳定的参数组合。这一参数组合可以满足用户对产液量和井下效率的预期。对有优势的参数组合，进一步权衡产液量和井下效率，可在产液量、井下效率—下泵深度关系曲线上得到合理的下泵深度。

关键词:油井设备；工作参数；组合匹配；动态配产

在抽油井生产管理中，以计算多种泵径、冲程、冲次组合下不同下泵深度的产液量、井下效率为基础，对不同泵径、冲程、冲次组合所对应的最大产液量、最大井下效率进行排序，以获得合理产液量和比较高的井下效率为目标，根据指标排序情况确定出合理的抽油井工作参数。这一方法在实际应用中获得了满意的结果，值得推广。

1设计思路的创新

深井泵装置系统效率分两部分，以光杆悬绳器为界分为地面效率和井下效率。悬绳器以上的机械效率和电机运行效率的乘积为地面效率，不同井当机型、地面参数及电机功率大小基本相同时，可以认为地面效率相同。 悬绳器以下到抽油泵，再由抽油泵到井口的效率为井下效率。井下效率分解为盘根效率、抽油杆效率与抽油泵效率。抽油杆效率与抽油泵效率受产液量、动液面深度、泵深、泵径、冲程、冲次的影响。 因此，我们此次活动为了评价精细管理盘根的效果，选择了产液量、动液面、机型、泵深、泵径、冲程、冲次都基本相同的井作为活动对象[4]。可以认为这部分井除盘根功率损耗外，其他部分的功率损耗基本相同。当盘根功率损耗增大时，整个系统功率损耗增大，有功功率增大，系统效率降低，反之亦反。我们选择了符合条件的井共计 8 口。盘根密封属于接触密封，接触密封的接触力使密封件与被密封面接触产生摩擦力，摩擦力随工作压力、压缩量、密封材质、胶料硬度、接触面积等的增大而增大，随温度提高而减少。盘根的耗能情况，主要取决于密封填料的材质、润滑条件及设备安装松紧度。

在抽油泵抽汲循环的上、下冲程过程中, 液柱的重力从固定凡尔上转到游动凡尔上, 使抽油杆柱和油管交替加载和卸载。本文建立抽油泵正常工作过程中的力学模型, 根据抽油杆的弹性伸长量, 计算了防冲距的合理取值, 从而改善了抽油泵防冲距设计中常因采用经验值而使泵效降低的问题。结合抽油泵泵阀的开启条件, 推导了抽油泵柱塞的滞后位移, 进而得到抽油泵在一定杆管泵组合下的排量系数及防冲距对泵效的影响关系式, 为合理确定防冲距提供了依据。

2设计步骤

第一步:确定泵径、冲程、冲次组合。一般泵径有8种组合(28、32、38、44、51、57、70、85mm)，冲程有3个组合、冲次有3个组合。用软件可对所有参数组合进行设计计算，但对于具体的井，有经验的设计者可以事先剔除一部分无意义的参数，以减少设计工作量。第二步:收集软件设计基础数据，掌握设计井出砂蜡水垢情况，采出液腐蚀情况，套管弯曲情况，套管完好情况，以往检泵周期，以往管杆偏磨断脱情况，地面设备负载等，确定抽油机最大载荷利用率、抽油杆使用系数等关键参数第三步:计算每种泵径、冲程、冲次组合下的产液量、井下效率与下泵深度的关系，绘制产液量、效率(泵效)—下泵深度曲线。第四步:以产液量、效率(泵效)—下泵深度曲线为基础，对每种泵径、冲程、冲次组合，列表显示最大产液量、最高井下效率及其对应的下泵深度。第五步:对最大产液量、最高井下效率数据表进行关联排序，获得有优势的泵径、冲程、冲次组合及其对应的下泵深度。第六步:对最大产液量、最高井下效率有优势的泵径、冲程、冲次组合，观察产液量、效率(泵效)—下泵深度曲线的稳定性，找到稳定性强的参数组合。第七步:对最大产液量、最高井下效率有优势且稳定性强的参数组合，平衡产液量和井下效率，以获得较高产液量、较高井下效率为目标，兼顾该井的井况和设备，找到最佳下泵深度。

3设计井例

3.1泵径、冲程、冲次组合

该井抽油机型号为:CYJB3－1.8－9HPF，可选冲程:1.8、1.5、1.2，冲次:9、7、5。因为该井埋藏浅(油层中深413m)，选择单级抽油杆。供液较好，预选泵径:32、38、44、57。

3.2基础数据

抽油参数设计所需要的基础数据有:流体物性参数、油藏参数、井身参数等。

表1T井抽油参数设计主要基础数据表

3.3设计目标和关键参数

设计目标以较高产液量为主，较高效率为辅。该井轻微出砂(有出砂率0.01%的记录)，选择最小流压时应避免过度出砂。从0.5MPa开始递增试算，步长取0.1MPa。设定抽油机最大载荷利用率≤70%。该井工作环境良好，2010年更换抽油杆，因此选择抽油杆使用系数0.8。

3.4液量、井下效率计算与排序

使用软件计算不同参数组合下的指标数据。从流压0.5MPa开始试算，共得出5个不同流压时的所有参数组合所对应的指标(产液量、效率)，下面是其中的典型组合数据。

3.5确定最佳组合

按照产液量、效率都比较高的原则，综合考虑含水率(该井含水率94%)、载荷利用率、泵效、出砂情况等因素，本次设计结果为:泵径44mm、冲程1.8m、冲次7次/min、抽杆直柱16mm、下泵深度355m。

4技术应用与效果

2022年2月以来应用本方法设计调参6口井，平均产液量由13.78t/d提高到20.58t/d，平均泵效由44.05%提高到61.07%。

5结论及建议

①该方法能够指导抽油井生产参数设计，并取得显著的效果;②软件所需的基础数据尽能用单井个性化数据，慎用油藏平均数据;③建议抽油井工作参数设计软件参考本方法改善其输出界面，增加直接对产液量、井下效率排序设计抽油井工作参数的设计功能，以方便用户使用。

参考文献

[1]考虑产液量变化的水驱油藏产量递减规律研究[J]. 凌浩川,周海燕,孟智强,石洪福,孔超杰.石油钻探技术.2019(01)

[2]整装油田提液井经济合理产液量研究[J]. 孙成龙.当代石油石化. 2019(06)

[3]基于泵功图的油井产液量实时计量新模型[J]. 陈德春,姚亚,张瑞超,徐悦新,李奇,秦延才,杨康敏.科技通报.2017(11)