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曲線(xiàn)擬合法在油井沉沒(méi)度確定中的應用
摘要：抽油機井生產(chǎn)管理與工況分析過(guò)程中，沉沒(méi)壓力和與其對應的沉沒(méi)度是有桿抽油設備工作優(yōu)劣的重要指標，有必要開(kāi)展合理沉沒(méi)度研究并對其進(jìn)行分析調控，確保油井在最佳狀態(tài)下生產(chǎn)。本文利用曲線(xiàn)擬合法找出沉沒(méi)度與泵效、系統效率的相互關(guān)系， 結合檢泵率， 最終確立抽油機井沉沒(méi)度的合理范圍， 為油田生產(chǎn)提供技術(shù)依據。
關(guān)鍵詞：沉沒(méi)度;系統效率;曲線(xiàn)擬合;泵效
抽油機井合理沉沒(méi)度是取得理想泵效、系統能耗及工具使用壽命的重要約束參數。抽油機井沉沒(méi)度過(guò)低， 泵在供液不足狀況下抽汲， 會(huì )產(chǎn)生液擊現象， 導致額外的沖擊載荷， 桿管交變載荷增大; 同時(shí)原油脫氣， 粘度增大， 容易結蠟; 沉沒(méi)度低， 油套環(huán)形空間內的液體少， 對油管的徑向束縛力小， 油管的徑向擺動(dòng)就會(huì )相對劇烈， 容易引起桿管偏磨、斷脫。沉沒(méi)度過(guò)高， 流壓增大， 會(huì )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(méi)度范圍。
一、沉沒(méi)度與泵效關(guān)系
以采油廠(chǎng)為例， 選取77 口抽油機井生產(chǎn)數據， 利用曲線(xiàn)擬合法繪制該區塊抽油機井沉沒(méi)度與泵效關(guān)系曲線(xiàn)。經(jīng)過(guò)數據分析發(fā)現， 泵效與沉沒(méi)度的關(guān)系曲線(xiàn)符合三次多項式的曲線(xiàn)形態(tài)， 其曲線(xiàn)擬合方程為：
式中：η-抽油泵泵效， % ;h -沉沒(méi)度， m;m; a、b、c、d-擬合系數。
根據統計數據發(fā)現， 在相同的沉沒(méi)度下， 泵效隨含水的變化而變化。因此， 根據油井產(chǎn)出液含水的不同進(jìn)行分類(lèi)， 分別對含水小于70%、70% ～ 80% 、80% ～ 90% 以及大于90% 的井進(jìn)行擬合計算 ，見(jiàn)表1。
從擬合結果可以看出， 沉沒(méi)度相同時(shí)， 含水越高， 泵效越高。當含水大于90% 時(shí)， 最佳泵效所需沉沒(méi)度為100～ 350 m; 當含水在80% ～ 90% 時(shí)， 最佳泵效所需沉沒(méi)度為150～ 400 m; 當含水小于80%時(shí)， 最佳泵效所需沉沒(méi)度為150～ 350 m。
二、沉沒(méi)度與系統效率關(guān)系
抽油機井系統效率是油田生產(chǎn)的綜合能耗指標。系統優(yōu)化設計就是選擇機、桿、泵的合理運行參數， 從而使整個(gè)系統達到最優(yōu) 。有桿抽油系統效率可表示為：
式中： P1 - 輸入功率; ΔP1-有效功率;ΔP-損失功率。有效功率為系統在舉升產(chǎn)出液過(guò)程中消耗的功率， 可表示為：
有桿抽油系統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在泵效這一環(huán)節上， 而沉沒(méi)度是實(shí)現理想泵效、系統能耗的關(guān)鍵所在。為找出系統效率與沉沒(méi)度的線(xiàn)性關(guān)系， 對抽油機井能耗數據進(jìn)行分段統計， 以沉沒(méi)度50m 為單位， 作沉沒(méi)度與系統效率、噸液百米耗電量關(guān)系曲線(xiàn)。由圖可見(jiàn)， 當沉沒(méi)度小于150 m 時(shí)， 系統效率隨沉沒(méi)度增加而增加; 沉沒(méi)度大于150 m 時(shí)， 系統效率隨沉沒(méi)度增加而降低。最高系統效率出現在沉沒(méi)度為150～ 300 m 的區間。噸液百米耗電隨沉沒(méi)度增加整體呈上升趨勢， 最低耗電出現在沉沒(méi)度為100～ 250 m 的區間。
圖1 沉沒(méi)度與系統效率、噸液百米耗電曲線(xiàn)
三、沉沒(méi)度與套管內井溫變化關(guān)系
東營(yíng)地區井溫梯度差異不大， 但在生產(chǎn)過(guò)程中，隨沉沒(méi)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計表以說(shuō)明問(wèn)題�？梢钥闯�， 不同井套管溫場(chǎng)雖然基本相
同， 但由于沉沒(méi)度、油套環(huán)形空間內井液多少以及生產(chǎn)舉升過(guò)程中散失熱量的不同， 會(huì )出現不同的生產(chǎn)井溫。其整體趨勢為： 液面淺的井， 溫場(chǎng)上移; 液面深的井， 溫場(chǎng)下移， 而溫場(chǎng)的變化直接決定了生產(chǎn)井結蠟深度的變化， 即低沉沒(méi)度井結蠟深度下移， 導致熱洗液沿程損失熱能增加， 從而在一定程度上制約著(zhù)抽油機井熱洗效果。
四、沉沒(méi)度與檢泵率關(guān)系
抽油機井在低沉沒(méi)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(dòng)， 降低抽油機懸點(diǎn)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致桿管偏磨; 同時(shí)因井下供液不足導致抽油桿卸載時(shí)間延長(cháng)， 容易引發(fā)桿斷和脫接器壞， 最終導致檢泵率的上升。統計檢泵井的沉沒(méi)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， 占總井數的67.24%; 所有檢泵井中20m 以下低沉沒(méi)度檢泵井占總井數的77. 01% 。從統計結果來(lái)看： 隨著(zhù)沉沒(méi)度的降低， 檢泵率上升。
五、結論
(1) 抽油機井泵效隨沉沒(méi)度變化符合三次多項式的曲線(xiàn)形態(tài)， 不同含水率井取得最佳泵效所需沉沒(méi)度的區間有所不同。(2) 系統效率隨沉沒(méi)度增加先升后降， 最高系統效率出現在沉沒(méi)度為150～ 300 m 的區間。(3) 沉沒(méi)度小于200 m 時(shí)， 偏磨、脫節器壞和桿斷等檢泵機率增加， 作業(yè)費用增加; 當沉沒(méi)度偏低時(shí)， 溫場(chǎng)下移， 結蠟點(diǎn)下移， 影響熱洗效果; 而沉沒(méi)度大于350 m 時(shí)， 系統效率偏低， 機采能耗增加， 同時(shí)流壓增加， 不利于低壓低滲透油層出液。整體來(lái)說(shuō)，200～ 350 m 的抽油機井沉沒(méi)度可以滿(mǎn)足目前采油礦油田開(kāi)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(méi)度與能耗關(guān)系的研究和試驗[J]. 石油石化節能. 2012(05)
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