《有杆泵斜抽工艺作法》在油田现场的标准化应用

黄晓东，姚满仓，雷德荣，张辉

中国石油新疆油田分公司工程技术研究院（新疆克拉玛依834000）

《有杆泵斜抽工艺作法》在油田现场的标准化应用

黄晓东，姚满仓，雷德荣，张辉

中国石油新疆油田分公司工程技术研究院（新疆克拉玛依834000）

《有杆泵斜抽工艺作法》标准是新疆油田目前推广应用效果较好的企业标准之一，特别是在稠油水平井和SAGD、火驱等重大试验中，取得了较好的经济效益及社会效益。该标准针对新疆油田的特殊油藏特征制定了完善的抽油机、抽油杆、抽油泵的选型设计方法，特别是管柱及杆柱设计方法具有较强的创新性。该标准采用了“十一五”期间重要的科研成果作为编写依据，标准中涉及多项自主知识产权产品，创新点突出。实施后普通稠油水平井的检泵周期大幅度延长，平均检泵周期为原来的10倍左右，该标准在SAGD生产井应用后，试验区的生产井平均检泵周期48个月以上。该标准在国内外油田得到了广泛应用，创造了良好的经济效益和社会效益。

有杆泵；斜抽工艺；标准；标准化

《有杆泵斜抽工艺作法》标准主要针对有杆泵斜抽工艺技术的通用做法而制定，该标准规定了有杆泵斜抽工艺的抽油泵、抽油机、抽油杆的选型，斜抽管柱结构及杆柱结构推荐设计方法等内容，标准用于指导各类斜抽井的单管、平行双管管柱及杆柱结构设计。该标准的制定是基于新疆油田多年斜直水平井、常规水平井及各类定向井的开发经验及多项研究成果基础上，通过反复论证编制完成的。

1 标准的主要内容

对于浅层超稠油区块，由于斜井特殊的井身结构，井身中抽油杆柱、抽油泵的受力状况、工作状况较为复杂，且随着原油黏度的增大，抽油杆柱在下行过程中所产生的黏滞阻力远远大于普通稠油直井，抽油杆柱下行阻力增大，光杆“打架”和杆柱脱扣为主要技术难题。《有杆泵斜抽工艺作法》标准特有的管柱及杆柱结构可保证定向井有杆泵举升的可靠性及高效性，特别是针对新疆油田的浅层稠油油藏有杆泵开发具有重要的指导意义。

1.1抽油泵、抽油机、抽油杆的选择

对于抽油泵选择，标准规定了抽油泵泵效、泵径、冲程、冲次的确定，抽油泵类型和间隙级别的选择，斜井泵使用规则判定，正常使用井筒井斜角及井眼曲率要求的判定等内容。其中抽油泵对井筒井斜角及井眼曲率要求为抽油泵选择的核心内容，综合目前油田现场斜井泵的结构及使用情况，标准确定选用斜井泵的原则为泵挂位置井斜角大于30°不大于60°。同时对于有杆泵斜抽工艺技术而言，抽油泵泵筒是否在泵挂位置发生变形，能否正常工作最为重要，新疆油田部分区块的水平井、定向井开发油藏属于浅层稠油油藏，钻井井眼曲率较大，最大井斜全角变化率达到18°/30m,特别对于平行双管等多管管柱结构，由于井眼空间有限，因此更需要依据标准对下入性进行判定。

抽油泵下入性判定，以244.5mm套管下入3根管（主管为1根88.9mmTBG油管，副管为2根60.3mm内接箍油管）为例，判定Φ57mm×5m抽油泵下入性如下。

3根油管管柱在套管内位置关系如图1所示，需要保证泵筒不发生变形。

图1 管柱与套管位置关系图

分析下入性可取套管及管柱界面，分别以3种假设的极限情况进行分析，分析过程依据标准相关内容进行允许下入抽油泵长度计算，利用计算结果判定抽油泵下入性。

假设一：最理想情况，2根副管给主管留有最大下入空间，即2根副管并紧且贴紧套管壁，Φ57mm× 5m抽油泵的最大外径为88.9mm，长度为6.9m，则允许下入的长度，计算结果见表1。

假设二：2根副管按井口位置关系分开分布，参数取值同假设一，则允许下入的长度计算结果见表2。

假设三：较为恶劣（非最恶劣）的情况，即2根副管轴线与套管轴线位于同一平面上，参数取值同假设一，则允许下入的长度计算结果见表3。

根据标准规定计算出的抽油泵允许下入深度对应有造斜率值，参照油井钻井井眼轨迹数据，可判断抽油泵是否满足下入要求，可避免下入过程及泵挂位置造斜率过大引起的抽油泵泵筒变形。

抽油机的选型根据抽油泵排量、设计下泵深度、杆柱组合及原油黏度等情况，由单井设计确定抽油机的载荷及其型号，抽油杆按照引用相关标准选择。

1.2抽油管柱及杆柱设计

单管斜井抽油管柱,自上而下排列顺序为:油管挂、油管柱、回音标、抽油泵、泄油器、泵下尾管、筛管、沉砂管、丝堵，其中回音标和泄油器是根据工艺情况选用工具。筛管、沉砂管、丝堵，其规格应与油管尺寸相符（出砂井用防砂筛管）。

双管斜井抽油管柱（图2）,主管自上而下排列顺序为:油管挂、油管柱、抽油泵、泄油器、泵下尾管、筛管、沉砂管、丝堵，其中泄油器是根据工艺情况选用工具。副管自上而下排列顺序为:油管挂、油管柱、通孔引鞋。

表1 假设一计算结果

表2 假设二计算结果

表3 假设三计算结果

图2 双管斜井抽油管柱

常规型斜井抽油杆柱从上而下排列顺序为:光杆、抽油杆、加重杆、拉杆、柱塞，根据单井设计在杆柱上布置扶正器及防脱器。抽油杆防脱器安装的部位宜在光杆下端和油井造斜点附近，同时根据杆柱所受扭矩情况布置其他防脱器的位置。

依据标准规定内容并利用计算软件，可判断杆柱在油井内的弯曲应力和支反力引起变化情况，见图3，指导扶正器及加重杆的布置，弯曲应力及支反力较大的位置可重点布置扶正器，减缓杆、管偏磨。软件同时可根据井眼轨迹数据计算杆柱受到的附加扭矩，见图4，根据扭矩值以及现场杆柱脱扣情况的统计数据，标准规定了防脱的布置方法，避免因过大扭矩造成杆柱脱扣故障。

图3 杆柱受力分析计算图

图4 杆柱扭矩计算曲线图

2 标准的主要创新点

新疆油田的定向井及水平井多位于稠油区块（部分区块50℃原油黏度达到20 000mPa·s），有杆泵举升过程杆柱受到黏滞阻力较大，油藏埋深浅（150～600m）导致钻井井眼轨迹井斜变化率大，有杆泵举升杆柱受力状况恶劣，杆柱下行动力不足，且定向井及水平井开发规模逐年扩大，有杆泵举升开发难度较大。

《有杆泵斜抽工艺作法》标准主要结合了新疆油田的各类定向井开采的特殊工艺特点，将多年的研究成果及多项专利技术融于标准之中，特有的管柱及杆柱结构可保证定向井有杆泵举升的可靠性及高效性，特别是针对新疆油田的浅层稠油油藏常规有杆泵开发具有重要的指导意义。

该标准的制定过程采用了《浅层稠油水平井有杆泵举升工艺技术研究》等项目的相关研究成果，其中杆柱结构设计具有自主知识产权，杆柱及管柱中涉及部分配套工具具有自主知识产权。

3 标准的实施情况

《有杆泵斜抽工艺作法》标准目前在新疆油田广泛应用于各类定向井、水平井的稠油注蒸汽吞吐、汽驱开发，同时已经在SAGD火驱等重大试验项目中得到广泛应用，国外在哈萨克斯坦肯基亚克盐上油田水平井也得到应用。该标准可指导单管、平行双管、平行三管举升管柱结构设计，可满足最大井斜角65°，最大造斜率18°/30m，50℃原油黏度

20 000mPa·s的稠油开发，目前单井最长检泵周期为SAGD生产井FHW 003P，已经达到6年。

该标准2011年修订，修订前依据标准进行的斜井单井设计主要用于定向井，且前期开发定向井所在区块原油黏度低，油藏埋深600m左右，因此修订前标准可基本满足生产要求。但随着开发规模的逐渐扩大，开始转向油藏埋深浅、原油黏度高区块，原标准应用过程中部分区块，如风城油田作业区重32井区水平井的平均检泵周期为30天左右，最短检泵周期为7天，杆柱脱扣为主要故障形式，井口温度60～100℃时就出现“光杆打架”问题。新修订标准基于最新研究成果制定，实施后普通稠油水平井的检泵周期大幅度延长，平均检泵周期为原来的10倍左右，该标准在SAGD生产井应用后，试验区的生产井平均检泵周期48个月以上。

4 经济效益与社会效益分析

该标准主要应用于新疆油田的采油一厂红浅1井区、重油开发公司九6、九7、九8井区、百口泉采油厂百重七井区、风城油田作业区的重1、重32、重45、重37及乌33等区块的定向井、水平井、SAGD生产水平井、火驱生产水平井等，应用的井3 000余口，目前各类斜抽井的有杆泵举升大多数依照本标准开展单井举升设计，累计创造经济效益超过亿元。

《有杆泵斜抽工艺作法》标准目前已经应用于哈萨克斯坦肯基亚克盐上油田等国外市场，取得了较好的应用效果。标准指导下的水平井有杆泵举升工艺技术，使得新疆油田的各类举升配套工具批量出口，为新疆油田的开采工艺创造国际影响力起到了重要作用。

《有杆泵斜抽工艺作法》标准目前已经成为新疆油田较为重要的标准之一，推行期间取得较为突出的社会效益。目前新疆油田的各种类型定向井开发规模逐年增加，有杆泵斜抽工艺技术作为一种成熟的技术在国内外广泛应用，标准对于控制工艺质量具有重要的现实意义，因此应用前景广阔。

[1]陈森，袁新生，窦升军，等.风城SAGD生产水平井合理压井时机确定方法探讨[J].钻采工艺，2012,35（5）：52-54.

[2]有杆泵斜抽工艺作法:Q/SYXJ0570-2011[S].

[3]黄晓东，张丽萍,张辉,等.新疆油田稠油水平井杆柱防脱扣研究[J].新疆石油科技，2011，21（2）:35-36.

[4]采油采气专业标委会.有杆泵抽油系统设计、施工推荐作法:SY/T 5873-2005[S].北京:石油工业出版社,2005.

[5]罗英俊，万仁溥.采油技术手册（上册）[M].3版.北京：石油工业出版社，2005

The standard"Slant Pumping Technology of Sucker Rod Pump"is one of the enterprise standardswhich havebetter applica⁃tion effect in Xinjiang Oilfield atpresent,and itachievesgood economic and socialbenefitsespecially in horizontalwell developmentof heavy oil,SAGD and fire flooding.The perfect type selectionmethods suitable to the reservoir characteristics of Xinjiang Oilfield for pumping unit,sucker rod and oil pump are presented in the standard,and the standard has innovation especially in the designmethod of tubular stringand rod string.The importantscientific research achievements during"11th Five-Year Plan"areadopted in the standard, and it involves a number of productswith independent intellectual property rights.After the implementation of the standard,the pump check cycle of the normal heavy oil horizontalwell is prolonged,and the average pump check cycle is about 10 times of original pump check cycle.The app lication of the standard in the SAGD production wellsmakes the average pump check cycle of the production wells in the testarea reaches tomore than 48months.

suck rod pump;slantpumping technology;standard;standardization

王梅

2016-01-21

黄晓东（1968-），男，高级工程师，主要从事人工举升工艺研究和推广应用工作。