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摘要：分析了泵径和沉没度偏低对机采井工况的影响。即沉没度太低导致系统效率、泵效偏低，结蜡严重，杆管断脱井的增加，并提出了调整措施。结果表明，对于沉没度低于150m的抽油机井，坚持“长冲程、慢冲次、先调参、后换泵”的优化原则进行治理，平均单井日节电48.2kWh，系统效率可提高10个百分点左右，效果较好。
关键词：机采井 沉没度 影响因素 调整措施
Abstract: the author analyzes the pump diameter and sank low degree of machine adopt the effect of well working. That is too low sunk degrees in the system efficiency, low pump efficiency, serious paraffin, stem tube break off the increase of the well, and puts forward the adjustment measures. The results show that it is less than 150 m sank degrees of pumping Wells, adhere to the "long stroke, slow flush times, first parameters tuning, changing after pump" the optimization principle in management, average 48.2 kWh saving electricity, well, the efficiency of the system can be increased 10% or so, the effect is good.
Keywords: machine production Wells sunk degrees adjustment measures influencing factors
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
机采油井沉没度偏低是杆、管断脱的一个重要影响因素，严重影响油田开发的经济效益[1,2]。通过分析沉没度偏低对机采井工况造成的负面影响，提出了预防及调整措施。
1影响因素
1.1泵径影响
当油管下部未锚定而自由悬挂时，在上行程，泵的“活塞效应”使油管底部受到一个向上的弯曲力作用而发生弯曲变形，此时抽油杆柱因受到较大的张力而基本保持直线状态，使抽油杆与螺旋弯曲的油管相互接触而摩损，油管的弯曲力由下式计算：
式中：F一油管弯曲力N；D一活塞直径mm；L一泵挂深度m；LS一沉没度；γ一液体密度kg/m3。
由公式（1）可以看出，当沉没度一定时，油管的弯曲力与柱塞直径平方成正比，泵径越大，油管受到的弯曲力越大，抽油杆受到的摩擦力越大。
1.2沉没度的影响
由油管的弯曲力公式（1）可以看出，当抽油泵径一定时，沉没度越小，油管受到的弯曲力越大，弯曲变形越严重，抽油杆受到的摩擦力越大。
（1）冲击载荷。抽油泵在供液不足情况下工作，在上冲程时，活塞在工作筒中向上移动的速度，如果比液体进入工作筒的速度大时，工作筒将来不及充满液体。在活塞下行时，柱塞与余隙空间内的液面产生液击，将撞击液面引起杆柱震动，下部杆柱的弯曲越容易形成；同时，液击使得抽油杆最大载荷与最小载荷的差值增大，杆管偏磨的可能性增大。
（2）摩擦载荷。在低沉没度的状态下油井连续工作，结蜡比较严重。油井结蜡点一般在中上部，而在下冲程时，因活塞受泵内液体的摩阻和上部杆柱在结蜡点的阻力作用而发生弯曲，使得弯曲转矩值增大，加速了杆柱的螺旋扭曲。由于螺旋转矩的引导及多重因素的影响，使得杆柱在抽汲过程中不断的产生上扣与脱扣的过程，从而导致抽油杆柱脱扣。
（3）弯曲变形。实际生产中，抽油杆柱与油管柱都不是理想的刚性体，均存在弯曲变形。在垂直悬挂条件下，全井管柱的弯曲变形将使柱塞与泵筒之间难以保持轴向同心。因此，泵内柱塞在运动中，泵筒对柱塞的横向制约将导致泵筒带动油管柱径向摆动。油井沉没度小，上冲程井液不能充满泵筒，在游动阀下面留有气穴，在下冲程游动阀不能打开，只有到气穴气体被压缩达到油管中液柱的静压时才打开。在打开的瞬间，油管中液柱的压力迅速从抽油杆转移到油管上。此时，柱塞高速运动，由于突然二激烈的负荷降低，杆柱受压而弯曲，这种弯曲可造成杆管偏磨。油套环形空间内的液体就少，对油管的径向束缚力就小，油管的径向摆动就会相对剧烈，易引起杆、管断脱。
（4）生产压差。沉没度太低，生产压差就大，地层容易出砂。沉没度偏低，当泵来回抽汲时，液体产生涡流而使从地层出来的砂砾悬浮在泵底吸入口，容易被活塞抽到泵筒里而卡泵。
（5）液体浮力。油管在抽油机抽吸过程中，除了受到管内液体的重力和摩擦力等交变载荷外，还受到油套环形空间液体的稳定浮力影响.这个浮力总是减小油管的载荷，有利于改善油管的受力条件，其表达式为：F浮=（P套+ρ液gLS）S底，（2）
式中: F浮一浮力；LS一沉没度；P套一套压；ρ液一液体密度；g一重力加速度；S底一活塞截面积。
公式（2）表明，F浮随h的增加而增大。沉没度愈大，油管受到的浮力越大，越有利于减小油管的载荷，使油管的弹性形变减小。
2沉没度的确定
油井的油层条件不同，油井产量与流压的关系则不同。油井流入动态关系是指油井产量与井底流压的关系，它表示油层向井底的供液能力，综合反映影响产量的各种因素。通过计算油井的流压界限值，可以确定油井的沉没度界限值。
2.1流压计算
由多层油藏的油井流入动态IPR曲线可以看出，当油井的流压降低到某一定数值时，曲线斜率出现拐点。因此，油井实际生产时存在最低的合理流压界限。流压Pwf的计算公式为：
Pwf=（1-fw）Pwfo+ fw Pwfw，（3）
式中：Pwfo一纯油IPR曲线上的流压；Pwfw一水IPR曲线上的流压；fw一含水率。
油井最低允许流动压力Pwfm值为：
Pwfm= ，（4）
式中：pb一区块平均流压；pr一区块平均地层压力；n一流压指数.
2.2计算举例
设某油田某队pb的平均值为4.8 MPa，pr的平均值为13.4 MPa，根据（3）和（4）式计算，油井最低允許流动压力Pwfm=2.49 MPa，经折算，油井最小沉没度界限为200m。
3调整措施
根据“长冲程、慢冲次、先调参、后换泵”的原则，选择17口沉没度低，冲程、冲次比较高的油井进行措施调整；选择17口沉没度低，地面生产参数小，泵径比较大的井随检泵作业换小泵。并对措施后油井的悬点载荷、单井日耗电量、系统效率等参数进行分析、对比。
（1）调冲次17口井，冲次由8r/min下降到6r/min，单井产液量由12t上升到29t，单井产油由1t上升到1.8t，含水由91%下降到88.6%，动液面由827m回升到716.06m，泵效由17.6%上升到23%，提高了5.4%，光杆最大负荷由18.96kN下降到17.11kN，光杆最小负荷由16.04kN下降到15.36kN，日耗电量由117.3kWh下降到115.36kWh，系统效率由6.59%下降到6.9%，提高了0.31%。
（2）换小泵10口，泵径由56 m下降到50 m，单井产液由50 t上升到54 t，单井产油由2 t上升到3 t，含水率由91.9%下降到90.6%，动液面由818 m回升到711 m，泵效由28.6%上升到33.8%，提高了5.2%.光杆最大载荷由44.82 kN下降到40.9 KN，光杆最小载荷由33.82 kN下降到36.1 kN，日耗电量由123.28 kWh下降到115.36 kWh，系统效率由26.3%升高到27.85%，提高了0.31%。
（3）抽汲参数优化。对同一举升高度，抽汲参数（n和S）不同，系统效率不同，而且差别较大。在同一冲程条件下，冲次为12 r/min的井，系统效率最低，冲次越低，系统效率越高；同一冲次条件下，冲程越低，系统效率越高。所以从节能角度，12 r/min高冲次井应取消。在满足油井提液的条件下，应进行小参数生产。在某采油厂水力模型试验井，测得泵径D=56 mm，L=1100 m情况下常规抽油机系统效率与举升高度曲线，见图1。图1中曲线：1：S=2.622 m， n=6 min-1；2：S=2.622 m，n=9 min-1 ；3：S=2.622 m；n=12 min-1；4：S=3.048 m，n=12 min-1。统计60口井测试资料，平均单井日节电72 kW.h，平均系统效率提高13.0%。其中12口井降参52井次，平均冲次下降3.4次，调小参前后对比，平均单井日节电48.2kW.h，系统效率提高19.7%，比平均水平系统效率高出6.7%。
图1常规抽油机系统效率与举升高度曲线
4结束语
确定了油井正常生产时合理的沉没度范围。对于沉没度低于150 m的抽油机井，坚持“长冲程、慢冲次、先调参、后换泵”的优化原则进行治理。结合杆、管受力状态分析，确定油井的合理调整参数。降低生产参数可以提高泵效和系统效率；改善油管的受力状态，载荷趋于合理，可以减少生产过程中杆、管断脱的机率，油井正常生产，提高抽油时率。
参考文献：
[1] 陈涛平，胡靖邦.石油工程[M].北京：石油工业出版社，2004.
[2] 张万福，张万选..石油地质学[M].北京：石油出版社，1989.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：机采井 沉没度 影响因素 调整措施
Abstract: the author analyzes the pump diameter and sank low degree of machine adopt the effect of well working. That is too low sunk degrees in the system efficiency, low pump efficiency, serious paraffin, stem tube break off the increase of the well, and puts forward the adjustment measures. The results show that it is less than 150 m sank degrees of pumping Wells, adhere to the "long stroke, slow flush times, first parameters tuning, changing after pump" the optimization principle in management, average 48.2 kWh saving electricity, well, the efficiency of the system can be increased 10% or so, the effect is good.
Keywords: machine production Wells sunk degrees adjustment measures influencing factors
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
机采油井沉没度偏低是杆、管断脱的一个重要影响因素，严重影响油田开发的经济效益[1,2]。通过分析沉没度偏低对机采井工况造成的负面影响，提出了预防及调整措施。
1影响因素
1.1泵径影响
当油管下部未锚定而自由悬挂时，在上行程，泵的“活塞效应”使油管底部受到一个向上的弯曲力作用而发生弯曲变形，此时抽油杆柱因受到较大的张力而基本保持直线状态，使抽油杆与螺旋弯曲的油管相互接触而摩损，油管的弯曲力由下式计算：
式中：F一油管弯曲力N；D一活塞直径mm；L一泵挂深度m；LS一沉没度；γ一液体密度kg/m3。
由公式（1）可以看出，当沉没度一定时，油管的弯曲力与柱塞直径平方成正比，泵径越大，油管受到的弯曲力越大，抽油杆受到的摩擦力越大。
1.2沉没度的影响
由油管的弯曲力公式（1）可以看出，当抽油泵径一定时，沉没度越小，油管受到的弯曲力越大，弯曲变形越严重，抽油杆受到的摩擦力越大。
（1）冲击载荷。抽油泵在供液不足情况下工作，在上冲程时，活塞在工作筒中向上移动的速度，如果比液体进入工作筒的速度大时，工作筒将来不及充满液体。在活塞下行时，柱塞与余隙空间内的液面产生液击，将撞击液面引起杆柱震动，下部杆柱的弯曲越容易形成；同时，液击使得抽油杆最大载荷与最小载荷的差值增大，杆管偏磨的可能性增大。
（2）摩擦载荷。在低沉没度的状态下油井连续工作，结蜡比较严重。油井结蜡点一般在中上部，而在下冲程时，因活塞受泵内液体的摩阻和上部杆柱在结蜡点的阻力作用而发生弯曲，使得弯曲转矩值增大，加速了杆柱的螺旋扭曲。由于螺旋转矩的引导及多重因素的影响，使得杆柱在抽汲过程中不断的产生上扣与脱扣的过程，从而导致抽油杆柱脱扣。
（3）弯曲变形。实际生产中，抽油杆柱与油管柱都不是理想的刚性体，均存在弯曲变形。在垂直悬挂条件下，全井管柱的弯曲变形将使柱塞与泵筒之间难以保持轴向同心。因此，泵内柱塞在运动中，泵筒对柱塞的横向制约将导致泵筒带动油管柱径向摆动。油井沉没度小，上冲程井液不能充满泵筒，在游动阀下面留有气穴，在下冲程游动阀不能打开，只有到气穴气体被压缩达到油管中液柱的静压时才打开。在打开的瞬间，油管中液柱的压力迅速从抽油杆转移到油管上。此时，柱塞高速运动，由于突然二激烈的负荷降低，杆柱受压而弯曲，这种弯曲可造成杆管偏磨。油套环形空间内的液体就少，对油管的径向束缚力就小，油管的径向摆动就会相对剧烈，易引起杆、管断脱。
（4）生产压差。沉没度太低，生产压差就大，地层容易出砂。沉没度偏低，当泵来回抽汲时，液体产生涡流而使从地层出来的砂砾悬浮在泵底吸入口，容易被活塞抽到泵筒里而卡泵。
（5）液体浮力。油管在抽油机抽吸过程中，除了受到管内液体的重力和摩擦力等交变载荷外，还受到油套环形空间液体的稳定浮力影响.这个浮力总是减小油管的载荷，有利于改善油管的受力条件，其表达式为：F浮=（P套+ρ液gLS）S底，（2）
式中: F浮一浮力；LS一沉没度；P套一套压；ρ液一液体密度；g一重力加速度；S底一活塞截面积。
公式（2）表明，F浮随h的增加而增大。沉没度愈大，油管受到的浮力越大，越有利于减小油管的载荷，使油管的弹性形变减小。
2沉没度的确定
油井的油层条件不同，油井产量与流压的关系则不同。油井流入动态关系是指油井产量与井底流压的关系，它表示油层向井底的供液能力，综合反映影响产量的各种因素。通过计算油井的流压界限值，可以确定油井的沉没度界限值。
2.1流压计算
由多层油藏的油井流入动态IPR曲线可以看出，当油井的流压降低到某一定数值时，曲线斜率出现拐点。因此，油井实际生产时存在最低的合理流压界限。流压Pwf的计算公式为：
Pwf=（1-fw）Pwfo+ fw Pwfw，（3）
式中：Pwfo一纯油IPR曲线上的流压；Pwfw一水IPR曲线上的流压；fw一含水率。
油井最低允许流动压力Pwfm值为：
Pwfm= ，（4）
式中：pb一区块平均流压；pr一区块平均地层压力；n一流压指数.
2.2计算举例
设某油田某队pb的平均值为4.8 MPa，pr的平均值为13.4 MPa，根据（3）和（4）式计算，油井最低允許流动压力Pwfm=2.49 MPa，经折算，油井最小沉没度界限为200m。
3调整措施
根据“长冲程、慢冲次、先调参、后换泵”的原则，选择17口沉没度低，冲程、冲次比较高的油井进行措施调整；选择17口沉没度低，地面生产参数小，泵径比较大的井随检泵作业换小泵。并对措施后油井的悬点载荷、单井日耗电量、系统效率等参数进行分析、对比。
（1）调冲次17口井，冲次由8r/min下降到6r/min，单井产液量由12t上升到29t，单井产油由1t上升到1.8t，含水由91%下降到88.6%，动液面由827m回升到716.06m，泵效由17.6%上升到23%，提高了5.4%，光杆最大负荷由18.96kN下降到17.11kN，光杆最小负荷由16.04kN下降到15.36kN，日耗电量由117.3kWh下降到115.36kWh，系统效率由6.59%下降到6.9%，提高了0.31%。
（2）换小泵10口，泵径由56 m下降到50 m，单井产液由50 t上升到54 t，单井产油由2 t上升到3 t，含水率由91.9%下降到90.6%，动液面由818 m回升到711 m，泵效由28.6%上升到33.8%，提高了5.2%.光杆最大载荷由44.82 kN下降到40.9 KN，光杆最小载荷由33.82 kN下降到36.1 kN，日耗电量由123.28 kWh下降到115.36 kWh，系统效率由26.3%升高到27.85%，提高了0.31%。
（3）抽汲参数优化。对同一举升高度，抽汲参数（n和S）不同，系统效率不同，而且差别较大。在同一冲程条件下，冲次为12 r/min的井，系统效率最低，冲次越低，系统效率越高；同一冲次条件下，冲程越低，系统效率越高。所以从节能角度，12 r/min高冲次井应取消。在满足油井提液的条件下，应进行小参数生产。在某采油厂水力模型试验井，测得泵径D=56 mm，L=1100 m情况下常规抽油机系统效率与举升高度曲线，见图1。图1中曲线：1：S=2.622 m， n=6 min-1；2：S=2.622 m，n=9 min-1 ；3：S=2.622 m；n=12 min-1；4：S=3.048 m，n=12 min-1。统计60口井测试资料，平均单井日节电72 kW.h，平均系统效率提高13.0%。其中12口井降参52井次，平均冲次下降3.4次，调小参前后对比，平均单井日节电48.2kW.h，系统效率提高19.7%，比平均水平系统效率高出6.7%。
图1常规抽油机系统效率与举升高度曲线
4结束语
确定了油井正常生产时合理的沉没度范围。对于沉没度低于150 m的抽油机井，坚持“长冲程、慢冲次、先调参、后换泵”的优化原则进行治理。结合杆、管受力状态分析，确定油井的合理调整参数。降低生产参数可以提高泵效和系统效率；改善油管的受力状态，载荷趋于合理，可以减少生产过程中杆、管断脱的机率，油井正常生产，提高抽油时率。
参考文献：
[1] 陈涛平，胡靖邦.石油工程[M].北京：石油工业出版社，2004.
[2] 张万福，张万选..石油地质学[M].北京：石油出版社，1989.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。