曲線擬合法在油井沉沒度確定中的應(yīng)用
摘要：抽油機井生產(chǎn)管理與工況分析過程中，沉沒壓力和與其對應(yīng)的沉沒度是有桿抽油設(shè)備工作優(yōu)劣的重要指標(biāo)，有必要開展合理沉沒度研究并對其進行分析調(diào)控，確保油井在最佳狀態(tài)下生產(chǎn)。本文利用曲線擬合法找出沉沒度與泵效、系統(tǒng)效率的相互關(guān)系， 結(jié)合檢泵率， 最終確立抽油機井沉沒度的合理范圍， 為油田生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù)。
關(guān)鍵詞：沉沒度;系統(tǒng)效率;曲線擬合;泵效
抽油機井合理沉沒度是取得理想泵效、系統(tǒng)能耗及工具使用壽命的重要約束參數(shù)。抽油機井沉沒度過低， 泵在供液不足狀況下抽汲， 會產(chǎn)生液擊現(xiàn)象， 導(dǎo)致額外的沖擊載荷， 桿管交變載荷增大; 同時原油脫氣， 粘度增大， 容易結(jié)蠟; 沉沒度低， 油套環(huán)形空間內(nèi)的液體少， 對油管的徑向束縛力小， 油管的徑向擺動就會相對劇烈， 容易引起桿管偏磨、斷脫。沉沒度過高， 流壓增大， 會抑制相對薄差低滲透率油層出液， 層間矛盾突出。因此， 有必要分析、確定抽油機井的合理沉沒度范圍。
一、沉沒度與泵效關(guān)系
以采油廠為例， 選取77 口抽油機井生產(chǎn)數(shù)據(jù)， 利用曲線擬合法繪制該區(qū)塊抽油機井沉沒度與泵效關(guān)系曲線。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)， 泵效與沉沒度的關(guān)系曲線符合三次多項式的曲線形態(tài)， 其曲線擬合方程為：
式中：η-抽油泵泵效， % ;h -沉沒度， m;m; a、b、c、d-擬合系數(shù)。
根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)， 在相同的沉沒度下， 泵效隨含水的變化而變化。因此， 根據(jù)油井產(chǎn)出液含水的不同進行分類， 分別對含水小于70%、70% ～ 80% 、80% ～ 90% 以及大于90% 的井進行擬合計算 ，見表1。
從擬合結(jié)果可以看出， 沉沒度相同時， 含水越高， 泵效越高。當(dāng)含水大于90% 時， 最佳泵效所需沉沒度為100～ 350 m; 當(dāng)含水在80% ～ 90% 時， 最佳泵效所需沉沒度為150～ 400 m; 當(dāng)含水小于80%時， 最佳泵效所需沉沒度為150～ 350 m。
二、沉沒度與系統(tǒng)效率關(guān)系
抽油機井系統(tǒng)效率是油田生產(chǎn)的綜合能耗指標(biāo)。系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計就是選擇機、桿、泵的合理運行參數(shù)， 從而使整個系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu) 。有桿抽油系統(tǒng)效率可表示為：
式中： P1 - 輸入功率; ΔP1-有效功率;ΔP-損失功率。有效功率為系統(tǒng)在舉升產(chǎn)出液過程中消耗的功率， 可表示為：
有桿抽油系統(tǒng)井下工具損失功率主要為管柱水力損失， 抽油桿摩擦和彈性變形損失， 抽油泵機械、容積、水力損失。這三項功率損失集中地體現(xiàn)在泵效這一環(huán)節(jié)上， 而沉沒度是實現(xiàn)理想泵效、系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵所在。為找出系統(tǒng)效率與沉沒度的線性關(guān)系， 對抽油機井能耗數(shù)據(jù)進行分段統(tǒng)計， 以沉沒度50m 為單位， 作沉沒度與系統(tǒng)效率、噸液百米耗電量關(guān)系曲線。由圖可見， 當(dāng)沉沒度小于150 m 時， 系統(tǒng)效率隨沉沒度增加而增加; 沉沒度大于150 m 時， 系統(tǒng)效率隨沉沒度增加而降低。最高系統(tǒng)效率出現(xiàn)在沉沒度為150～ 300 m 的區(qū)間。噸液百米耗電隨沉沒度增加整體呈上升趨勢， 最低耗電出現(xiàn)在沉沒度為100～ 250 m 的區(qū)間。
圖1 沉沒度與系統(tǒng)效率、噸液百米耗電曲線
三、沉沒度與套管內(nèi)井溫變化關(guān)系
東營地區(qū)井溫梯度差異不大， 但在生產(chǎn)過程中，隨沉沒度的不同測出的井溫差異卻很大。挑選典型井作出不同深度井溫統(tǒng)計表以說明問題�？梢钥闯�， 不同井套管溫場雖然基本相
同， 但由于沉沒度、油套環(huán)形空間內(nèi)井液多少以及生產(chǎn)舉升過程中散失熱量的不同， 會出現(xiàn)不同的`生產(chǎn)井溫。其整體趨勢為： 液面淺的井， 溫場上移; 液面深的井， 溫場下移， 而溫場的變化直接決定了生產(chǎn)井結(jié)蠟深度的變化， 即低沉沒度井結(jié)蠟深度下移， 導(dǎo)致熱洗液沿程損失熱能增加， 從而在一定程度上制約著抽油機井熱洗效果。
四、沉沒度與檢泵率關(guān)系
抽油機井在低沉沒度條件下生產(chǎn)， 舉升高度增加， 因供液不足而產(chǎn)生液擊， 加劇抽油桿柱振動， 降低抽油機懸點最小載荷， 加大交變載荷， 從而減少抽油桿柱的軸向分布力與桿管產(chǎn)生偏磨的臨界軸向壓力而導(dǎo)致桿管偏磨; 同時因井下供液不足導(dǎo)致抽油桿卸載時間延長， 容易引發(fā)桿斷和脫接器壞， 最終導(dǎo)致檢泵率的上升。統(tǒng)計檢泵井的沉沒度及檢泵原因 ， 可以看到： 主要檢泵原因是偏磨、脫接器壞和桿斷， 占總井?dāng)?shù)的67.24%; 所有檢泵井中20m 以下低沉沒度檢泵井占總井?dāng)?shù)的77. 01% 。從統(tǒng)計結(jié)果來看： 隨著沉沒度的降低， 檢泵率上升。
五、結(jié)論
(1) 抽油機井泵效隨沉沒度變化符合三次多項式的曲線形態(tài)， 不同含水率井取得最佳泵效所需沉沒度的區(qū)間有所不同。(2) 系統(tǒng)效率隨沉沒度增加先升后降， 最高系統(tǒng)效率出現(xiàn)在沉沒度為150～ 300 m 的區(qū)間。(3) 沉沒度小于200 m 時， 偏磨、脫節(jié)器壞和桿斷等檢泵機率增加， 作業(yè)費用增加; 當(dāng)沉沒度偏低時， 溫場下移， 結(jié)蠟點下移， 影響熱洗效果; 而沉沒度大于350 m 時， 系統(tǒng)效率偏低， 機采能耗增加， 同時流壓增加， 不利于低壓低滲透油層出液。整體來說，200～ 350 m 的抽油機井沉沒度可以滿足目前采油礦油田開發(fā)速度及經(jīng)濟能耗的需求。
參考文獻：
[1]楊勇楠. 抽油機井沉沒度與能耗關(guān)系的研究和試驗[J]. 石油石化節(jié)能. 2012(05)
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