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萨南地区抽油机井偏磨规律探析

更新时间 2009-8-20 12:19:01 点击数:

【论文关键词】偏磨 偏磨特征规律 治理【论文摘要】分析了偏磨井理论和现场测试数据,探讨抽油机井的偏磨规律,推导出抽油杆柱受力情况,并提出了偏磨井优化治理措施,为提供有效途径。统计表明,冲次越快检泵比例越高、泵径越大检泵比例越高、含水越高检泵比例越高、沉没度过低检泵比例偏高。 
  1.现状分析
  (1)泵径。截至到2008年9月份,全区水驱抽油机井平均泵径62.1mm,57mm及70mm泵径应用程度较高,分别为
  31.2%和34.2%。聚驱抽油机井平均泵径81.8mm,83mm及95mm泵径应用程度较高,分别为34.7%和28.9%。
  (2)冲次。截至到2008年9月份,全区水驱抽油机井平均冲次7.4次/分,聚驱抽油机井平均冲次5.5次/分。统计表明,6-9次/分以上所占比例仍比较高,为82.2%,聚驱5-6次/分以上所占比例较高,为62.0%。
  (3)沉没度。统计2008年9月份资料泵况正常抽油机井885口,其中水驱770口,聚驱115口。泵况正常抽油机井平均沉没度170.2m,其中水驱抽油机井平均沉没度170.4m,聚驱抽油机井平均沉没度169.5m。水聚两驱井沉没度在100m以下占到了近一半的比例,分别为47%和56.5%。
  (4)最大负荷。截止到2008年9月份,统计泵况正常水驱抽油机井平均最大负荷50.8KN,聚驱抽油机井平均最大负荷73.7KN。水驱抽油机井50KN-60kN、60kN以上的比例较高,分别为24.4和27.2%。聚驱抽油机井70KN-80kN、80-90kN、90kN以上的比例较高,分别为19.8、22.3和17.4。
  2.偏磨井特征
  某厂五区南二三区块偏磨井比例较高,为此对2008年偏磨井进行了分类统计,结果表明:
  (1)冲次。冲次越高,检泵周期明显缩短。
  (2)不同沉没度。100m以下检泵周期较短,100-400m检泵周期相对较高。
  (3)不同泵径。泵径越大检泵周期越短。
  (4)不同含水。含水越高,检泵周期越短。水驱井含水50-70%检泵周期较长,为694天,含水50%以下最长为1308天;聚驱含水水驱井含水50-70%检泵周期较长,为893天。
  3.抽油杆柱受力分析
  随着含水的升高,检泵周期呈缩短趋势(聚驱含水分级统计表中含水在50%以下的1口井检泵周期较短主要原因是冲次过高,达到8次/分)。在正常情况下,抽油杆柱在井筒中作简单的往复运动。在上行过程中,抽油杆始终处于垂直拉伸状态,应力沿杆体从下往上依次增加。下行过程中,抽油杆的应力分布存在一个中和点,中和点以上的抽油杆处于拉伸状态,中和点以下部位的抽油杆在上部重力和抽油杆下行阻力作用下发生失稳弯曲而产生抽油杆偏磨。
  (1)下行程时抽油杆与井筒内液体间的摩擦力
  F=2πμL (m2+1)1nm-(m2-1)v,
  (1)
  式中:L,抽油杆长度,m;μ,井内液体的粘度,mPa.s;m,油管内径与抽油杆直径之比;vmax,抽油杆最大的下行速度,m/s。
  (2)抽油杆下行所受的浮力
  Ff=ρlgAriLri,(2)
  式中:ρl,液体密度,Kg/m3;Ari,第Ⅰ级抽油杆的截面积,m2; Lri,第Ⅰ级抽油杆的长度,m;g,重力加速度,m/s2。
  (3)抽油泵柱塞与泵内壁间的摩擦力
  fp=0.94D/e-140,(3)
  式中:D,柱塞直径,mm;e,柱塞与泵筒间隙,mm。
  (4)液体经过凡尔阀的阻力
  fv= ,(4)
  式中:?茁,凡尔阀的个数;?琢,流量系数;Ap,柱塞金属截面的截面积,m2;S,冲程,m;N,冲次,min-1。
  (5)抽油杆与油管间摩阻
  Ft=Wr×1.5%,(5)
  式中:Wr,抽油杆在液体中的重力,kg。
  (6)下行程抽油杆柱的惯性载荷
  Fd=(1-),(5)
  式中:r,曲柄半径,m;l,连杆长度,m。
  公式表明,抽油杆柱下行阻力与采出液粘度、冲次的平方、泵径成正比,与泵间隙及凡尔阀孔截面积成反比。从泵径分级统计表中可以看出,泵径越大,偏磨越严重。沉没度过低时,抽油机上冲程时井液体不能充满泵筒,游动凡尔下面留有气穴,这样在下行程过程中,泵筒内的液面对抽油杆柱会产生“液击”现象,柱塞撞击液面,下行程液面突然变化,造成抽油杆的突然弯曲,通过动量定律(7)可知。
  Ⅰ=mv1- mv2 ,(7)
  式中:Ⅰ,抽油杆柱的冲量;m,抽油杆柱和液柱的质量,Kg;v1,抽油杆下行速度,m/s;v2,抽油杆发生液击时的速度,m/s;
  由于抽油杆发生液击时的速度突然发生变化,使得抽油杆出现较大瞬时冲击力,该冲击力长期作用于杆柱使杆柱长期产生弯曲变形,从而发生偏磨现象,而且这种弯曲会造成抽油杆外部纤维断裂,形成微小的横向裂纹,重复的弯曲就像往复弯折纸夹一样,几次之中就会折断。同时在柱塞接触液面时的瞬间出现的“液击”现象,不仅破坏抽油杆,也使油管经受突然的拉伸或膨胀,引起接头丝扣松动出现漏失,同时还会使抽油机的曲柄梢、轴承和齿轮上附加一个负扭矩或使齿隙游移,从而导致地面设备过早疲劳损坏。不同的沉没度段偏磨情况不同,但在沉没度小于100m的井段,偏磨情况最严重。另外,油井进入高含水期,井筒液中溶解气量(见油井含水Sw与气油比R的关系图)大大降低,在泵筒内分离出的溶解气量极少,因而在下冲程时,无压缩气体的逐渐卸载的过程,更加重了液击的冲击力,加速了偏磨的发生。而油井的含水增加,使油井产出液对杆管间的润滑状况变差,同时,含水的上升使油井产出液密度增加,加大了杆管间的摩擦力,使杆管失稳加剧,偏磨加大,从统计表中可以看出,含水越高,偏磨越严重。在抽汲速度方面,从前面的公式可以看出抽汲速度的增加,抽油杆下行阻力增加,而且冲次的影响远大于冲程。从冲次分级统计表中可以看出,随冲次的增加,杆管偏磨加剧。含聚浓度上,南二三区水、聚驱抽油机井含聚浓度逐年增加,含聚浓度的升高提高了产出液的粘度,加大了柱塞下行时的阻力,使杆下行时出现弯曲,从而引发偏磨。而南二三区大多数抽油机井恰好综合了以上所有这些特点,从而造成南二三区偏磨比例较高,检泵周期较短。
  4.治理措施
  (1)合理优化抽油机井工作参数。2006年下调冲次150余口,下调泵径40余口,缓解了部分抽油杆柱的偏磨速度。
  (2)运用卡装及浇铸式扶正器治理偏磨井。南二三区已全面应用抽油杆扶正器。开始时本着哪儿偏磨扶正哪儿的原则下入扶正器,但在治理过程中发现存在偏磨向未扶正井段扩散的现象,为此本着防患于未然的原则,从2006年开始,采取每作业1口

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