鄯善油田高含水期有杆泵配套技术研究与应用

吴俊红 (中国地质大学(北京)能源学院，北京 100083)

刘 富 (长江大学石油工程学院，湖北 荆州 434023)

鄯善油田高含水期有杆泵配套技术研究与应用

吴俊红 (中国地质大学(北京)能源学院，北京 100083)

刘 富 (长江大学石油工程学院，湖北 荆州 434023)

针对鄯善油田高含水生产阶段由于偏磨、腐蚀结垢等因素造成的油管破裂、杆断、井卡等问题，研究了高含水期有杆泵配套技术，对杆柱进行了优化组合设计，并研究了防偏磨技术和防腐防垢技术。该技术在油田的规模应用中取得了良好的效果。

鄯善油田；有杆泵；优化设计；防偏磨；防腐防垢

鄯善油田2004年进入高含水采油阶段，目前油田综合含水91.8%。有杆泵采油井199口，占油井总数的93.4%。进入高含水采油阶段后，产液指数下降，有杆泵采油泵挂逐年加深，由于偏磨、腐蚀结垢等因素造成的油管破裂、杆断、井卡问题突出，这大大缩短了油井的检泵周期，严重制约了油田正常生产。为此，笔者开展了高含水期有杆泵配套技术研究。

1 杆柱优化组合设计

抽油杆柱在下行程时杆柱承受的静载主要有3个：杆柱自重G杆、杆柱在井液中的浮力载荷F浮、液柱载荷F液；此外，杆柱还承受惯性载荷[1]F惯、摩擦载荷[1]F摩、流动阻力F阻、抽油泵运行半干摩擦力F摩干等多种动载[2-3]。设定中性点至泵之间的距离为L，则L段抽油杆杆柱自重G杆为：

G杆=F浮+F液+F惯+F摩+F阻+F摩干

(1)

结合以上公式可以推导出失稳距离公式为：

(2)

依据式(2)，按照油田平均含水为80%、平均泵挂在1960m来计算，有杆泵井的中性点集中在泵上400～600m，平均为526m。

从中性点的计算可以看出，随着含水的升高，失稳弯曲距离加大，为此开展了杆柱优化设计工作。针对不同泵径、含水期采用单井优化原则，采用计算机对不同泵径、含水油井进行杆柱设计，确保杆柱具备较好的等强度特性。

针对加深泵挂要求，应用H级高强度抽油杆，强度比D级杆提高17%，安全系数提高到1.8。对泵径为57mm的大泵，油井载荷幅较大，使用底部加重的4级杆柱组合，最大限度的满足杆柱的载荷利用率，提高杆柱的使用寿命。

针对深井杆柱弯曲，杆柱底部使用22mm抽油杆，提高弯曲杆段的强度，同时推广采用19mm注塑杆进行4m间距扶正，以确保杆柱的有效扶正。

2 防偏磨技术研究

在井下杆柱上下活动的过程的中，弯曲杆柱与管柱之间的接触面变大，加之鄯善油田井眼轨迹的不规则，是引起偏磨的主要因素[4-5]。井眼轨迹的不规则可分为自然井斜和人工井斜，井斜在生产井中普遍存在，不同的是井斜角(狗腿度)的大小差异。杆柱偏磨段与井斜段相对应，狗腿度越大，拐点越急，偏磨越严重。近年对偏磨严重的生产井进行陀螺测井，结果显示鄯善油田油井普遍存在狗腿度，90%油井最大狗腿度在2000～2500m，而此井段恰好为抽油泵泵挂所处位置。

针对上述问题，采取的防偏磨、防断脱主要技术措施为：

1)管柱的优化设计 主要在于加重杆的设计，用2根35mm加重杆代替原来的1根28mm加重杆，改变杆柱受力情况，保证抽油杆不受压缩载荷作用，使下冲程时，抽油杆不弯曲。目前，油田100%的抽油井经优化设计后下有加重杆。

2)合理安装井下附件 根据抽油井井下杆柱偏磨实际情况，在偏磨井段加密尼龙扶正器，配套使用了活络防脱器，减少了断脱、卡泵等井下事故的发生。特别严重的，在偏磨井段增加旋转扶正器，保护节箍，提高杆柱有效使用周期。利用抽油机驴头上、下冲程带动抽油杆短节上的螺旋扶正套旋转，使偏磨的位置始终不固定在一个点上，延长扶正体磨损时间，又起到扶正刮蜡作用。

3)安装旋转井口装置 利用抽油机下冲程时产生的动能带动旋转井口装置，使得井下油管转动。使管杆柱之间的原单一方向的局部摩擦变为多方向的均匀摩擦，延长了管柱的使用寿命。

4)控制杆柱扶正间距 采取杆体扶正与杆端扶正相结合的方式，控制扶正间距为4m。

5)加强抽油杆管理 开展抽油杆检测工作，防止抽油杆超期服役，控制人为因素对抽油杆的损伤。

6)优化生产参数 降低管杆柱之间的摩擦频次，延长使用寿命。

3 防腐防垢技术研究

鄯善油田产出水中Cl-含量为5000～10000mg/L，是Cl-较为活跃的腐蚀含量，为电化学腐蚀提供了基本条件。而鄯善油田伴生天然气中含CO2，pH值低，多数油井产出水pH值为6，存在酸性腐蚀。

针对鄯善油田采出液特点，优选出主要是以马来酸的共聚物为主剂辅助，以有机磷酸盐和无机磷酸盐添加无机助剂形成的复配药的固体缓蚀阻垢剂(见表1)来防腐防垢。

表1 常用缓释阻垢剂类型表

4 应用效果

项目研究从2007年开始，成果在油田得到规模应用(见表2)，取得了良好效果，检泵井次得到大幅度下降，2009年与2007年相比，下降87井次，下降幅度达35.5%(见图1)。

表2 鄯善油田高含水期有杆泵配套技术应用规模状况表

图1 鄯善油田历年检泵曲线

[1]张琪.采油工程原理与设计[M].北京：石油大学出版社，2000：108.

[2]冷继先. 井下管柱屈曲行为的理论与实验研究[D].成都：西南石油学院，2003.

[3] 刘凤梧,徐秉业,高德利. 受横向约束的细长无重管柱在压扭组合作用下的后屈曲分析[J].工程力学，1998(4)：46-23.

[4] 刘岩, 于秋霞. 高含水对抽油杆偏磨的影响[J]. 科技咨询导报，2007(8)：38-39.

[5] 迟世伟, 周思柱, 李洪波, 等. 杆式抽油机油管偏磨分析[J]. 机械工程师，2006(12)：35-36.

[编辑] 洪云飞

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.06.022

TE35.5

A

1673-1409(2011)06-0068-03

2011-02-26

吴俊红，男，高级工程师，博士生，现主要从事油田开发、采油工程技术与管理方面的研究工作。