减载深抽工艺的研究与应用

程永红，高 强，张新超，刘凤臣，杨 莉 （胜利油田分公司河口采油厂，山东东营257200）

石油开发随着开采时间的延长和采出程序的增加，开发方向逐渐向油层埋藏深、地层能量低、渗透性差、注水效果差的油藏转移。如渤南油田渤深六块的奥陶层段、富台油田的寒武层段、大王庄的石炭层段等，这些超深油层油质好、含水低、粘度低，是采油厂原油上产的潜力区之一。但这些超深储层均具有埋藏深、渗透率低、天然能量不足、对机采工艺要求高等特点，最终形成了超深井原油生产能耗大、泵效低、开发速度低的局面［1］。为彻底解决这一难题，笔者采用减载深抽工艺来实现深抽，以达到降低抽油机悬点载荷、加深泵挂的目的。

1 减载深抽工艺原理

减载深抽工艺系统包括深井减载装置、高效气液分离装置、防偏磨工具、安全脱节器等，其核心设备是减载装置，它可以有效地降低抽油机悬点载荷。

1．1 深井减载装置结构及工作原理

1）减载装置结构 由柱塞管、上密封管、下密封泵筒、减载活塞、过油孔和呼吸孔、脱节器及提升短节等附件组成。

2）工作原理 抽油杆、柱塞管、减载活塞连接在一起，随抽油杆一起上下运动。井液从下过液孔进入柱塞管，从上过液孔出来重新进入油管。由于上密封管和减载活塞的封堵，使上密封管的下端面与减载活塞的上端面之间形成中空，这个中空又通过呼吸孔与油套环空连通，其压强值等于套压。减载活塞的下端面与油管里的液体接触，其压强与井筒液柱在该端面处的压强相同。由于减载活塞上下端面分别处在油管、套管2个不同的压力系统中，压差所产生的压力作用于减载活塞的下端面，产生一个向上的举升力 （也叫减载力）。这个减载力在上下冲程中都可以起到减轻杆柱重量、降低杆柱变形的作用，从而达到减轻驴头悬点载荷的目的，使在以往设计基础上增加泵挂成为可能。

3）深井减载装置减载力的受力分析 通过对减载装置工作原理［2］的认识，可对减载力进行定量计算，减载力计算示意图如图1所示。因减载装置仅长10m，P1≈P3，通过受力分析，减载力计算如下：

F＝P1（S1-S3）-P3（S2-S3）-P2（S1-S2）≈ （P1-P2）（S1-S2）＝ （ρgh-P2）（S1-S2）

式中，ρ为液体密度，kg／m3；g为重力加速度，m2／s；h为减载装置深度，m ；P2为套压，MPa；P1为大活塞向上的压强，MPa；P3为小活塞向下的压强，MPa；S1为减载活塞截面面积，m2；S2为柱塞管截面面积，m2。

1．2 高效气液分离装置

高效气液分离装置是由几个高效油气分离器组成，它们将重力分离和离心分离有机地结合在一起，通过 “减压分离、重力分离、离心分离”多重方式结合使油气混合液达到较彻底的分离，分离出的气体可以排出，有效地减少了气体对抽油泵泵效的影响。其具有分离效率高、适用范围广的特点，在配合深抽时效果显著。

1．3 杆管防偏磨技术

针对深井偏磨情况，现场普遍采取管、杆接箍减磨配套治理技术，在深井抽油系统中主要采用抽油泵增效助抽器来实现，其由加重杆及配带的调弯扶正器［3］构成，以此来平衡管柱重心，并使抽油杆受力中和点下移达到防偏磨作用。

1．4 ZT22脱节器

ZT22脱节器分2部分组成，下半部分连接抽油泵的减载器柱塞，上半部分连接∅22mm抽油杆。其主要作用是使减载装置上下2部分杆柱分开起下，只要上部脱节器撞击下部脱节器，2部分脱节器便可对接，起到了连接上下2部分杆柱的作用。

图1 减载力计算示意图

2 应 用

针对部分油井油层深、日产液低、泵效低、动液面居高不降，工艺研究所开展了减载深抽工艺技术的实验，截止到2012年6月份，该工艺先后在车古204-3、车古201-10等6口油井推广应用，都取得了较好的效果。主要采用普通∅57mm管式泵配套助力减载器、高效油气分离器、ZT22脱节器、抽油泵增效助抽器的组合来实现深抽。下面以车古204-3为例介绍减载深抽工艺的设计方法及具体应用。

2．1 工艺参数设计

已知车古204-3井的混合液密度ρ＝0．8936g／cm3、h＝1200m、套压P2＝1．0MPa，减载器的S1＝38．48cm2，S2＝15．2cm2，根据减载力的计算公式F＝ （ρgh-P2）（S1-S2），将上述数据代入计算公式，即可算出减载力：

F＝ （0．8936×103×9．8×1200-1．0×106）（38．48-15．2）×10-4＝22kN

为减小深抽导致的管杆偏磨问题，同时又不影响产量、提高泵效，方案选用700型皮带抽油机实现高冲程、慢冲次的高效抽吸。为保证深抽的有效性，方案制定时还结合了油井的动液面、井下管柱原始数据等资料，在保证合适沉没度的情况下确立最优管柱组合。

1）杆柱组合设计 （自下而上） ∅57mm柱塞＋拉杆＋∅40mm抽油泵增效助抽器×60m＋∅22×1240m＋抽油泵助力器柱塞×9．8m＋脱接器＋∅22×800m＋∅25×400m＋∅38mm光杆。

2）管柱组合设计 （自下而上） 丝堵＋∅62mm平式油管×20m＋高效气锚＋∅57mm泵筒（2500m）×9．0m＋∅62mm平式油管×1300m＋抽油泵助力器外管 （1200m）＋∅76mm平式油管（7m）＋释放接头＋变径接头＋∅62mm加厚油管×743m＋∅76mm平式油管×450m＋油管悬挂器。

以上设计是依据车古204-3的地质开发数据综合设定的管柱方案，该组合的最大悬点载荷116kN，最小悬点载荷70kN，减去22kN的减载力之后，理论悬点载荷降为最大94kN，最小为48kN。

2．2 现场应用及效果分析

通过应用深井减载工艺的配套装置，车古204-3的抽油机悬点负荷明显降低了。该井2012年5月19日作业开井，6月18日功图显示，悬点最大载荷93．36kN，最小载荷49．01kN，实际数据与理论设计值非常接近，这说明减载深抽工艺在降低悬点载荷方面达到了预期效果。此外，该工艺还起到了增产效果。由表1可以看出，车古204-3作业后平均日增原油10t，油量增长幅度达到172%，若产量保持稳定，则一年内可以创造经济效益365×10×0．2＝730万元 （原油价格按2000元／t）。表1同时统计了另一口深抽井车古201-10的作业前后对比数据，工艺方案为电泵转深抽。由实际生产数据可以看出，这口井不仅日增油4～5t，用电量每天还降低了800kWh。现场数据证实了减载深抽确实起到了增效、降耗、省成本的作用。

表1 减载深抽工艺油井作业前后数据对比表

3 结 论

1）减载深抽配套工艺可大幅度加深泵挂，达到提高泵效、提高产量的目的。

2）减载深抽配套工艺可使目前因液面深、产量低而失去生产价值的油井恢复生产，可以恢复部分地层压力低，供液能力差，常规技术无法开采的储油区块，增加可动用储量。

3）减载深抽配套工艺能显著减轻抽油机悬点载荷，减轻机械磨损，起到节能耗、降低成本的作用。

4）减载深抽配套工艺可以有效解决油气分离问题，对高、中气液比均可以实现较彻底地分离。

［1］万仁溥，罗英俊 ．采油技术手册 （第4分册）［M］．北京：石油工业出版社，1993．

［2］韩修廷 ．有杆泵采油原理及应用 ［M］．北京：石油工业出版社，2007．

［3］万仁溥 ．现代完井工程 ［M］．北京：石油工业出版社，2008．