游梁式抽油机地面参数与井筒的综合管理

梁策（中国石油天然气集团公司油田节能技术监测评价中心）

游梁式抽油机的工作过程是通过电动机的高速运转，经过皮带的传动，将动能传递给减速箱，经过三轴二级减速后，再由曲柄连杆机构将旋转运动变为游梁的上下摆动；然后，抽油杆的上下往复工作带动悬绳器，使抽油泵柱塞上下运动，从而将原油抽汲到地面[1]。

在这个工作过程中，抽油杆及其带动的抽油泵大量往复做功，造成杆断、偏磨，管断，管漏、泵漏的发生，所以减少杆管问题是减少作业次数，延长抽油机工作周期的核心。

1 冲速与检泵周期的关系

冲速是指抽油泵活塞在工作筒内每分钟往复运动的次数。目前抽油泵冲速多为4～7 min-1。以6 min-1为例，每天杆上下运动并带动活塞泵往复运动的次数为8640 次，每年可达3 153 600 次。所以冲速越快，活塞往复次数越频繁，设备磨损程度越严重，作业概率越高，作业周期越短。

1.1 抽油杆问题对检泵周期的影响

抽油杆工作中主要受到两个作用力，即抽油杆本身的弹性力和抽油杆在上下行过程中存在法向力。

抽油杆本身的弹性力的产生是由于抽油杆是一种弹性体，当驴头开始上行时，游动阀关闭，充满的液柱载荷会作用在柱塞上，使抽油杆发生弹性伸长。下冲程开始时，吸入阀立即关闭，液柱的载荷由抽油杆柱逐渐转移到油管上，使抽油杆缩短。抽油杆在这种伸长缩短的变化过程中，容易出现杆断脱现象，冲速越快，这一过程越频繁，断脱概率越高。

正常抽油时抽油杆柱弯曲产生在下冲程，在中性点以上的抽油杆柱处于拉伸状态，而在中性点以下的抽油杆柱受压，由于侧应力的影响而产生侧向弯曲，使杆体与油管内壁相摩擦，进而使抽油杆向油管一侧移动，造成杆管偏磨。同样，冲速越快，抽油杆往复次数越频繁，抽油杆柱上的法向力也就越频繁，而检泵次数越频繁，周期就越短。

1.2 油管问题对检泵周期的影响

油管是连接油管挂和抽油泵的工具，起到密闭液体的作用。如果发生油管漏或者断，在抽汲过程中，液体会在漏失处流出。出现这一问题的原因是：下冲程开始时，吸入阀立即关闭，液柱载荷由抽油杆柱转移到油管上，油管伸长；相反上冲程时，油管缩短，这就导致油管频繁地伸长缩短，易断脱；由于抽油杆对油管壁的磨损作用，造成管壁越来越薄，最终磨漏。所以，油管问题原因也与冲速快慢有直接关系。

1.3 抽油泵问题原因分析

抽油泵是抽油机井的心脏，位于杆管的最下部。它通过固定阀、游动阀交替开关完成进液和排液过程，使液体源源不断地流向地面。固定阀和游动阀主要由钢球、球座组成，每次开关，钢球都会撞击球座一次，活塞完成一次往复运动。长时间撞击，钢球与球座就会密封不严，球座会出现小坑，使泵逐渐漏失。

2 冲程与泵效的关系

冲程是指抽油机工作时光杆运动的最高点和最低点之间的距离，在井筒内为活塞在泵筒内移动的距离。如果不考虑杆管的伸长形变，活塞在泵筒内移动的距离应该和光杆运动的区间相等。通常柱塞冲程小于光杆冲程，这导致了泵效小于1。抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩愈大，柱塞冲程与光杆冲程的差也愈大，泵效就愈低。

多数油田处于抽油泵开采期，都是井底流压低于饱和压力，即使在高于饱和压力下生产，泵口压力也低于饱和压力。因此，在抽汲时总是气液两相同时进泵，气体进泵必然减少进入泵内的液体量，影响泵效。当气体影响严重时，可能发生“气锁”，使抽汲时气体在泵内压缩和膨胀，吸入和排出阀无法打开，出现抽不出油的现象。

泵的充满系数与泵内气液比和泵的结构有关。在保证柱塞不撞击固定阀的情况下，尽量减小防冲距，可以减小余隙。因此，抽油机尽量满足长冲程，可以提高泵的充满系数，从而提高泵效。

3 地面参数调整原则与常见问题

高含水期调参是保持稳产的一种有效手段，通过放大生产压差，使油井工作制度更趋于合理，更充分发挥油井的开采潜能，减缓产量递减。

综上分析，长冲程加上慢冲速可保持同等泵效维持产量，是减少磨损消耗的重要方法。在泵径、冲程、冲速三者的配合关系中，对于操作者来说，工作量最小，最容易调整的是冲速值。目前普遍的调冲速方法是加装皮带轮与安装变频调参控制柜实现变频调参。其中加装皮带轮的周期不固定，操作较麻烦，变频调参具有明显优势[2]。

由于抽油设备已经陈旧、老化，虽然近几年加大了抽油机的更换力度，但仍存在着部分老机型，这些抽油机中部分曲柄销子等部件已经锈死，或孔眼损坏，无法调整冲程，影响了油井抽汲参数的调整。

4 优化方案及效果评价

在日常生产中随着地层供液能力的变化，杆管质量和工作状况也发生改变，液面与沉没度的监测是维持泵在良好的供液能力下工作的重要手段，也是地面参数调整的重要依据。保证井筒的供液能力与工作参数的合理匹配是维持游梁式抽油机工作的基础。井筒液面如果过深，说明井下供液能力已经不足，有抽空的趋势，杆管泵在干磨的情况下断或者漏的风险增加。若液面过浅，说明井下供液充足，但泵的排量仍无法满足供液的输出。这时地面参数如果已经最大或最小，或因设备等原因已无法调整，那抽油机的合理生产就无法实现，只有在井下设备产生问题需要作业解决时并对施工设计作出调整，从井下井筒管理方面来解决问题。

4.1 方案设计过程中合理匹配抽汲参数

确定最合理的地面参数可改善抽汲状况，有效降低异常问题发生率。

对供液能力改变，不能满足供液的要在作业设计中考虑换小泵径，对于供液能力充足的应考虑放大泵径。比如，采油一厂某井于2014年12月23日作业检泵，2015年1月1日卡泵，检泵周期只有8天。由于该井供液不足，在二次作业时泵径由44 mm 换为38 mm，换泵后沉没度由换前35 m 上升到329.4 m，功图由供液不足变为正常。从换泵前后对比可以看出，该井换小泵后，提高了泵的充满系数，使其在合理的参数下生产，从2015年2月8日作业到目前，该井一直正常生产。 在泵径变更时应考虑泵挂深度的调整，使生产中保持合理沉没度。

4.2 设计要求下入抽油杆前进行油管蹩压

该工序可及时发现管漏及丝扣漏现象，预防不合格油管再次下入井中造成返工。在油管打压过程中发现压力稳不住，应将油管起出，确定油管是否老化，是否需要更换，并在下井后重新打压确认，避免因油管不合格而造成返工作业。

4.3 针对砂卡及气体影响井，作业时应下入砂气锚

在某采油厂已发生的6 口砂卡井中，由于作业时下入了砂气锚，目前已平均运行了5 个月以上，这些井的气体影响也相对减弱，功图形状得到了改善（表1）。

4.4 油管锚的使用

对发生过管断的井作业时采取下入油管锚的措施，可有效防止管断脱。如北1-丁4-P35 井，2015年1月15日作业时发现第79 根管断，2015年3月8日又发生管断，检泵周期只有52 天；在3月8日作业时下入了无卡瓦式油管锚，到目前为止，该井一直正常生产，有效延长了检泵周期。

综上所述，从优化方案入手，结合地面参数调整，对减低抽油机井小修检泵率有着重要的作用。以采油一厂2014年度为例，由于采取了综合治理措施，上半年的返工井数与2013年同期相比减少了10 井次，返工率下降了1.2 个百分点，上半年当年作业当年返工井有22 井次，比2013年同期少了11 井次，与2013年下半年相比少了10 井次，2014年上半年作业2 次的井第二次返工杆管断、管漏比例与2013年同期及下半年相比都有所降低。

表1 下入气锚井措施前后数据对比

从2014年1—8月份的返工率明显降低可以看出采取综合治理后已逐渐见到了效果，返工率曲线见图1。

图1 2014年返工率曲线

采取综合措施，尤其优化方案设计只是降低抽油机井返工率的途径之一。降抽油机井返工率是一项系统工程，它还与作业施工质量、井下工具质量及日常生产管理等关系密切，只有以上各方面共同提高，协调发展，才能最大限度地降低抽油机井返工率。

5 游梁式抽油机井的管理方法与难点

油管、抽油杆的偏磨主要是由井身结构、油管受力侧向弯曲、抽油杆侧向弯曲以及工作参数不合理、采出液的特性等因素引起的。优化组合油管抽油杆柱、选择合适的井下工具、确定合理生产参数等能有效防治管杆偏磨，延长管杆使用寿命及油井免修期。

在满足油田地质开发要求的前提下，尽量采用长冲程、低冲速，从而增大油管与抽油杆的磨损面积，减少摩擦次数，使磨损均匀。另外，在上下冲程时，加速度变化变缓，使泵上油管在上冲程时受压弯曲效应减弱，使底部抽油杆在下冲程时中性点下移，底部抽油杆受压弯曲程度减小，抽油杆与油管之间的磨损减小，有利于延长管杆使用寿命。

井下工具选择要根据当前地层供液能力及合理沉没度界定，经过计算合理选择，使杆、管、泵在良好的工作状态下进行抽汲工作，保证井下工具的使用寿命。

虽然采取综合措施可在一定程度上降低抽油机井返工率，但压裂、大修、换泵、酸化、补孔等措施也造成了一定比例的返工井。目前油田仍存在一定数量的特殊机型，有些机型或冲程过小，或冲速过快，如10-3-37B 机型，其最小冲速为8 min-1，不能满足合理生产的需求，给综合治理带来不便。

总之，针对抽油机井提高泵效而言，首先要考虑调大冲程，减少冲程损失，减少气体影响，增加泵的充满系数，达到提高泵效的目的。换泵、压裂、大修后的井要根据措施后生产情况及时调整工作参数，防止这些井因异常造成返工。下新型三级泵及高强度扶正环对防偏磨起到了积极的作用，但在实际生产中还需研究探讨一种更有效的防偏磨措施，将偏磨的发生率降到最低，从而减少因偏磨而造成的损失。

[1]武云石.提高抽油机井系统效率的措施研究[J].油气田地面工程,2009,28(7):7-8.

[2]赵磊.三元机采井工况参数实时检测系统的研制与应用[J].化学工程与装备,2014,99(5):13-15.