论文部分内容阅读
摘要：低产井液面低、泵挂深，杆柱承受载荷加大，抽油杆断脱和生产故障率增加。针对低产油井普遍存在供排不平衡、泵效低以及杆管偏磨突出等问题，研究开发了以小直径抽油泵、抽油杆防失稳技术、杆管减磨接箍技术和低产井优化设计技术等为主的低产井有杆泵高效举升配套工艺。采用该配套工艺既能充分发挥和协调油层的供液潜力及抽油设备的排液能力，又可以解决杆管失稳弯曲造成的杆柱冲程损失及偏磨问题，实现了小直径抽油泵的连续高效举升。现场应用表明，采用配套工艺，抽油泵平均泵效提高18%，免修期延长8月以上，收到了良好的应用效果。
关键词：低产油井；抽油杆防失稳；泵效；生产参数；最佳匹配
目前随着开发的不断深入，日产液低的井数逐年增多，泵效低、杆管偏磨突出是该类油井面临的主要问题。常规抽油泵由于受泵的结构及加工技术的限制，泵径不能做得更小，排量与油井供液不匹配；同时，抽油泵的下泵深度又受到泵径的限制，导致抽油系统供、排油不协调，“大马拉小车”的问题突出。如何有效地挖掘该类油井的潜力，使油井的产量与开采设备、生产参数处于最佳匹配状态，达到低能高产的目标是当前开发生产工作的重点。
1举升技术研究
1.1小直径抽油泵
小直径抽油泵改变了抽油泵的进排油方式，将游动阀组设计在泵筒外，固定在泵筒的下端，使其阀球直径不受泵径限制，可增大阀球直径，加大油流通道。此外，阀球质量的增加使得阀球关闭及时，工作灵活，增加了抽油泵的可靠性。小直径抽油泵主要由柱塞、泵简、加长筒、进油阀组和出油阀组等组成，上冲程时，抽油杆柱带动柱塞上行，柱塞下部的空腔体积增大，其腔内的压力下降，进油阀打开，井内原油经进油阀和出油阀的侧面通道进入柱塞下部的空腔内。下冲程时，柱塞下部的空腔体积减小，其腔内的压力上升，进油阀关闭，空腔内的原油经出油阀的侧面通道向下流动，再从出油阀的中部向上打开出油阀排至油管，然后被排到地面。
1.2抽油杆防失稳技术
低产油井大都供液不足，需要深抽，而下部抽油杆柱失稳弯曲是造成杆柱冲程损失及杆管偏磨的直接原因。克服抽油杆下行阻力，消除振动载荷的影响，要从抽油杆集中加重和抽油杆缓冲补偿2方面入手，才能有效解决抽油杆失稳的问题。
1.2.1抽油杆集中加重技术
有杆泵在抽油过程中，抽油泵活塞下行过程中由于受阻力的影响，导致下部抽油杆柱失稳弯曲，造成杆管偏磨，摩擦阻力增加。抽油杆集中加重技术就是在抽油杆底部采用防偏磨加重抽油杆，降低中和点的位置，以解决抽油杆失稳问题。防偏磨加重抽油杆主要由中心杆、加重外管和防磨滑套等组成，加重外管套装在中心杆外，防磨滑套套装在加重外管外。防偏磨加重抽油杆位于杆柱的最下端，抽油时，中心杆承受载荷，外管起到加重的作用，中心杆受拉扶正外管，提高了杆柱的稳定性。同时外管的重力通过上管压下管的方式向下传递，集中加到抽油泵活塞上，使抽油杆柱的中和点下移，以解决抽油泵活塞下行阻力造成的下部抽油杆柱失稳弯曲及杆管偏磨问题。
1.2.2抽油杆缓冲补偿技术
抽油杆缓冲补偿技术主要是采用抽油杆补偿器来解决振动载荷造成的杆柱失稳弯曲及杆管偏磨问题。抽油杆补偿器主要由上接头、中心杆、外筒和下接头组成。上接头与中心杆连接，外筒套装在中心杆外，外筒与中心杆之间可以相对滑动。抽油杆补偿器连接在抽油杆柱的失稳部位，抽油杆失稳弯曲之前，外筒与中心杆之间相对滑动，抽油杆柱的弹性势能通过抽油杆补偿器转化为抽油杆柱的重力势能，使抽油杆失稳弯曲的弹性力得到释放，进而提高抽油杆柱的稳定性。同时在液体阻尼的作用下，抽油杆柱上的振动载荷快速衰减，抽油杆柱不会失稳，抽油杆与油管之间也不会产生接触压力，从而防止抽油杆与油管之间的偏磨。
1.3杆管减磨接箍技术
低产油井中，除了抽油杆应用常规抗磨副减轻本体偏磨外，油管端部、抽油杆接箍磨损也比较突出。因此，研制了抽油杆、油管减磨接箍，解决了因油管、抽油杆接箍磨损造成的管杆失效问题。
1.3.1抽油杆减磨接箍
抽油杆减磨接箍是在普通抽油杆接箍表面熔结高强度非金属材料，该材料主要由高强度碳纤维及石墨等材料熔结而成，具有强度高、耐腐蚀和摩擦因数低的特点，与普通油管配套使用，能有效保护油管免受磨损。
1.3.2油管减磨接箍
针对油管端部磕碰磨损问题，对油管接箍内表面结构进行了圆滑过渡设计，内孔尺寸设计为硒1mm，并对内表面进行了硬化光洁处理。当抽油杆接箍经过油管端部时，因有油管减磨接箍的扶正和圆滑过渡设计，能有效消除抽油杆接箍与油管端部的碰撞和切屑磨损，大大减缓杆管接箍的磨损。
1.4低产井优化设计技术
低产井液面低、泵挂深，杆柱承受载荷加大，抽油杆断脱和生产故障率增加。为此，研制了低产井有杆泵优化软件。在油井产能分析的基础上，进行举升工艺设备适应性分析和生产参数的优化设计，具有油井不动管杆柱的抽汲参数调整和新井或措施井抽油设备选择与抽汲参数设计2大计算功能，并实现了加重杆、补偿器和减磨接箍安装位置的优化设计，具体程序框图见图1。
2关键技术
2.1小直径抽油泵技术
改变抽油泵的进排油方式，将游动阀组设计在泵筒外，固定在泵筒的下端，其阀球直径不受泵径限制，在增大阀球直径、加大油流通道的同时，可形成更小直径抽油泵，进一步加深泵挂，对低产井有更好的适应性。
2.2抽油杆防失稳技术
防偏磨加重抽油杆和抽油杆补偿器综合应用，克服了抽油杆柱下行阻力，改善了杆柱的受力状况，减轻杆柱的失稳弯曲，消除振動的影响，有效地解决了抽油杆柱失稳的问题。
2.3防偏减磨技术
抽油杆减磨接箍无活塞叠加效应，摩擦因数小，不增加下行阻力。油管减磨接箍最小内径为61 mm，表面镍磷镀精化处理后抗磨防腐。杆管减磨接箍的配套应用，使抽油杆与油管从本体与连接处更大限度地限制了偏磨。
3结论
（1）采用低产井有杆泵高效举升配套工艺技术既解决了“大马拉小车”的问题，又充分利用了能源，达到了节能降耗和防偏减磨的目的，促进了采收率的提高。（2）配套工艺技术在低产井中应用良好，在加深泵挂的同时，采取有效的防偏磨油井治理措施，提高了泵效，延长了油井免修期。（3）配套工艺技术实现了低产井的有杆泵小排量连续举升，充分发挥和协调了油层的供液潜力及抽油设备的排液能力，满足低产井高效举升的要求，拓展了有杆泵的应用范围。
关键词：低产油井；抽油杆防失稳；泵效；生产参数；最佳匹配
目前随着开发的不断深入，日产液低的井数逐年增多，泵效低、杆管偏磨突出是该类油井面临的主要问题。常规抽油泵由于受泵的结构及加工技术的限制，泵径不能做得更小，排量与油井供液不匹配；同时，抽油泵的下泵深度又受到泵径的限制，导致抽油系统供、排油不协调，“大马拉小车”的问题突出。如何有效地挖掘该类油井的潜力，使油井的产量与开采设备、生产参数处于最佳匹配状态，达到低能高产的目标是当前开发生产工作的重点。
1举升技术研究
1.1小直径抽油泵
小直径抽油泵改变了抽油泵的进排油方式，将游动阀组设计在泵筒外，固定在泵筒的下端，使其阀球直径不受泵径限制，可增大阀球直径，加大油流通道。此外，阀球质量的增加使得阀球关闭及时，工作灵活，增加了抽油泵的可靠性。小直径抽油泵主要由柱塞、泵简、加长筒、进油阀组和出油阀组等组成，上冲程时，抽油杆柱带动柱塞上行，柱塞下部的空腔体积增大，其腔内的压力下降，进油阀打开，井内原油经进油阀和出油阀的侧面通道进入柱塞下部的空腔内。下冲程时，柱塞下部的空腔体积减小，其腔内的压力上升，进油阀关闭，空腔内的原油经出油阀的侧面通道向下流动，再从出油阀的中部向上打开出油阀排至油管，然后被排到地面。
1.2抽油杆防失稳技术
低产油井大都供液不足，需要深抽，而下部抽油杆柱失稳弯曲是造成杆柱冲程损失及杆管偏磨的直接原因。克服抽油杆下行阻力，消除振动载荷的影响，要从抽油杆集中加重和抽油杆缓冲补偿2方面入手，才能有效解决抽油杆失稳的问题。
1.2.1抽油杆集中加重技术
有杆泵在抽油过程中，抽油泵活塞下行过程中由于受阻力的影响，导致下部抽油杆柱失稳弯曲，造成杆管偏磨，摩擦阻力增加。抽油杆集中加重技术就是在抽油杆底部采用防偏磨加重抽油杆，降低中和点的位置，以解决抽油杆失稳问题。防偏磨加重抽油杆主要由中心杆、加重外管和防磨滑套等组成，加重外管套装在中心杆外，防磨滑套套装在加重外管外。防偏磨加重抽油杆位于杆柱的最下端，抽油时，中心杆承受载荷，外管起到加重的作用，中心杆受拉扶正外管，提高了杆柱的稳定性。同时外管的重力通过上管压下管的方式向下传递，集中加到抽油泵活塞上，使抽油杆柱的中和点下移，以解决抽油泵活塞下行阻力造成的下部抽油杆柱失稳弯曲及杆管偏磨问题。
1.2.2抽油杆缓冲补偿技术
抽油杆缓冲补偿技术主要是采用抽油杆补偿器来解决振动载荷造成的杆柱失稳弯曲及杆管偏磨问题。抽油杆补偿器主要由上接头、中心杆、外筒和下接头组成。上接头与中心杆连接，外筒套装在中心杆外，外筒与中心杆之间可以相对滑动。抽油杆补偿器连接在抽油杆柱的失稳部位，抽油杆失稳弯曲之前，外筒与中心杆之间相对滑动，抽油杆柱的弹性势能通过抽油杆补偿器转化为抽油杆柱的重力势能，使抽油杆失稳弯曲的弹性力得到释放，进而提高抽油杆柱的稳定性。同时在液体阻尼的作用下，抽油杆柱上的振动载荷快速衰减，抽油杆柱不会失稳，抽油杆与油管之间也不会产生接触压力，从而防止抽油杆与油管之间的偏磨。
1.3杆管减磨接箍技术
低产油井中，除了抽油杆应用常规抗磨副减轻本体偏磨外，油管端部、抽油杆接箍磨损也比较突出。因此，研制了抽油杆、油管减磨接箍，解决了因油管、抽油杆接箍磨损造成的管杆失效问题。
1.3.1抽油杆减磨接箍
抽油杆减磨接箍是在普通抽油杆接箍表面熔结高强度非金属材料，该材料主要由高强度碳纤维及石墨等材料熔结而成，具有强度高、耐腐蚀和摩擦因数低的特点，与普通油管配套使用，能有效保护油管免受磨损。
1.3.2油管减磨接箍
针对油管端部磕碰磨损问题，对油管接箍内表面结构进行了圆滑过渡设计，内孔尺寸设计为硒1mm，并对内表面进行了硬化光洁处理。当抽油杆接箍经过油管端部时，因有油管减磨接箍的扶正和圆滑过渡设计，能有效消除抽油杆接箍与油管端部的碰撞和切屑磨损，大大减缓杆管接箍的磨损。
1.4低产井优化设计技术
低产井液面低、泵挂深，杆柱承受载荷加大，抽油杆断脱和生产故障率增加。为此，研制了低产井有杆泵优化软件。在油井产能分析的基础上，进行举升工艺设备适应性分析和生产参数的优化设计，具有油井不动管杆柱的抽汲参数调整和新井或措施井抽油设备选择与抽汲参数设计2大计算功能，并实现了加重杆、补偿器和减磨接箍安装位置的优化设计，具体程序框图见图1。
2关键技术
2.1小直径抽油泵技术
改变抽油泵的进排油方式，将游动阀组设计在泵筒外，固定在泵筒的下端，其阀球直径不受泵径限制，在增大阀球直径、加大油流通道的同时，可形成更小直径抽油泵，进一步加深泵挂，对低产井有更好的适应性。
2.2抽油杆防失稳技术
防偏磨加重抽油杆和抽油杆补偿器综合应用，克服了抽油杆柱下行阻力，改善了杆柱的受力状况，减轻杆柱的失稳弯曲，消除振動的影响，有效地解决了抽油杆柱失稳的问题。
2.3防偏减磨技术
抽油杆减磨接箍无活塞叠加效应，摩擦因数小，不增加下行阻力。油管减磨接箍最小内径为61 mm，表面镍磷镀精化处理后抗磨防腐。杆管减磨接箍的配套应用，使抽油杆与油管从本体与连接处更大限度地限制了偏磨。
3结论
（1）采用低产井有杆泵高效举升配套工艺技术既解决了“大马拉小车”的问题，又充分利用了能源，达到了节能降耗和防偏减磨的目的，促进了采收率的提高。（2）配套工艺技术在低产井中应用良好，在加深泵挂的同时，采取有效的防偏磨油井治理措施，提高了泵效，延长了油井免修期。（3）配套工艺技术实现了低产井的有杆泵小排量连续举升，充分发挥和协调了油层的供液潜力及抽油设备的排液能力，满足低产井高效举升的要求，拓展了有杆泵的应用范围。