对应用皮碗洗井器抽油机井优化热洗参数试验

曲志强 朱荣杰（大庆油田有限责任公司第一采油厂）

1 问题的提出

为弥补递减造成的产油量降低，近年油田采取了大量的提液措施，提高油井的产液量。在弥补产量递减的同时，使得部分区块地层压力降低。在这些区块中，由于地层压力下降，采出液脱气严重，致使采出液中重质成分相对增加，油井的结蜡速度加快。当抽油机井结蜡时，通常采用的方法是利用流程或热洗车组对结蜡井进行热洗，以尽快恢复抽油泵的工作状况。

此时将产生以下三个方面的问题：一是部分热洗水进入油层，没有起到热洗清蜡的作用；二是形成热水压井，热洗水占满了整个井筒，部分热洗水也没有起到清蜡的作用；三是完成清蜡后，不仅要将占满井筒的水排出井筒，还要将进入油层的水排出井筒，需要较长的含水恢复时间。由于上述问题的存在，会产生三个结果：一是增加了热洗水用量，中转站将损失相当数量的天然气和输送电能；二是将没有起到热洗作用的井筒内的热洗水举升到地面，增加了无用消耗；三是由于含水恢复时间的延长，也增加了部分举升能耗。

为解决上述问题，在应用抽油机井皮碗洗井器的基础上，优化热洗水用量和热洗时间，实现了保证热洗质量的同时，大幅度降低了热洗水用量，实现了节能降耗。

2 工作原理

抽油机井皮碗洗井器安装于抽油泵之下，进液通道的筛管之上，底部有一单流阀，结构见图1。皮碗封隔器属自封封隔器的一种，其外径略大于套管内径，在管柱重量的作用下下入井筒内。正常生产时，井筒内的液体经过筛管、单流阀井入油套环形空间，被抽油泵抽汲至地面。当热洗时，水柱压力大于单流阀下部的压力时，皮碗在压差的作用下进一步张开，彻底密封油套环形空间；在单流阀作用下，油套环形空间的热洗水不能通过单流阀井入封隔器下部的油套环形空间，更无法进入油层，热洗水只能通过热洗水进口进入抽油泵。

图1 抽油机井皮碗洗井器管柱

使用抽油机井皮碗洗井器，其突出的特点是进入油套环形空间的热洗水只能通过热洗水进口进入抽油泵，大幅度减小了热洗水用量；同时，热洗水不能进入皮碗洗井器下部的油套环形空间和油层，大幅度减少了热洗后的含水恢复时间，减少了热洗水与采出液混合后升温能耗，提高了热洗效率。

3 现场优化试验

由于与皮碗洗井器配合可减小了热洗水用量、提高热洗效率，但在固定排量下多少热洗时间是最为优化的呢？为此进行了下入洗井器抽油机井热洗水量、热洗时间的优化试验。试验中，选择了油田最为常用的热洗泵排量25 m3/h，井口热洗温度严格控制在75℃，井口热洗压力统一调整至在满足热洗排量是抽油泵理论排量4倍以上要求，选择了产液量基本相同、含水基本相同、沉没度基本相同、下入皮碗洗井器和没下入皮碗洗井器的各6口井，分为6个对比组进行对比试验。试验中，统一监测井口出液情况，每隔10 min取一次油样，记录井口返出液体的含水及时间。当返出全部为清水时，停止热洗，取样观察抽油机井的含水恢复，对比含水恢复时间。

试验原理：当热洗水进入抽油泵后，在高温、高压作用下，迅速形成抽喷状态。热洗水与结在杆、管上的蜡和油管内的原有液体一同举升到地面。当地面取样时，取样液体全部为清水含水100%时，说明热洗排蜡过程结束、热洗结束，时间为完成热洗时间，对比热洗时间，并计量出所用热洗水量；之后每半小时取样一次，化验对比含水，得到热洗时含水恢复到正常生产时，即为含水恢复的时间。

从表1可以得出，应用皮碗洗井器热洗时，不同产液量、沉没度、含水条件下，应用皮碗洗井器的抽油机井，当含水达到100%的时间，平均比不使用皮碗洗井器减少1.5 h。由于每隔10 min取样，因而可以断定，平均可减少时间应大于1.5 h。根据流量计计量的热洗水量对比，平均可减少热洗水量在21.5 m3以上。

根据上述计量结果，初步得到不同产液量可节省的热洗时间和节省热洗水量的曲线，见图2。使用皮碗洗井器，可减少热洗恢复时间约64%，按6组对比试验的平均时间计算，约为64 h。由于是每隔30 min取样，因而效果应大于64 h（表1）。

可以得出，下入皮碗洗井器的抽油机井，可比不下洗井器的井，热洗时间可减少1.5 h，减少热洗水用量21.5 m3。减少含水恢复时间可达到64 h。

表1 完成热洗时间、热洗水用量、含水恢复时间对比

图2 不同产液量可节省的热洗时间在和节省热洗水量的曲线

3 效果预测

大庆炼化球罐

根据热力学能量平衡原理，燃烧甲烷释放的有效热能与热洗水温度升高吸收的热能相等，即：

Q水CΔt=Amη

式中：Q水——洗井水用量，kg；

C——水的比热容，取4.18×103J/(kg℃)；

Δt——热洗水温升，℃。热洗水加热时需从

45℃上升到80℃，温升35℃；

A——甲烷的燃烧值，取55 625 kJ/kg；

m——甲烷的质量，kg；

η——加热炉工作效率，取80%。标准状态下（压力1个大气压、温度为20℃）每16 g甲烷体积为22.4l m3，即由质量折算成标准体积系数为1.4 m3/kg。

根据上式推导计算得出，减少热洗水用量21.5 m3减少使用甲烷质量为70.68 kg，折算成标准体积为98.96 m3。

热洗泵电动机功率为30 kW，平均功率利用率为60%，1.5 h可节约用电27 kWh；减少含水恢复时间平均64 h，抽油机电动机平均工作功率10 kW，64h可节约用电640 kWh。

使用皮碗洗井器、优化热洗参数，平均热洗1口井可节电667 kWh，折合人民币为433.55元；节约甲烷标准体积为98.96 m3，折合人民币约为79.18元；共计512.73元。

4 结论

1）应用抽油机井皮碗洗井器，并通过热洗参数的优化，平均可减少热洗时间约1.5 h，平均单井可减少热洗水用量21.5 m3。

2）按优化后的参数运行，使用皮碗洗井器，可减少热洗恢复时间约64 h。

3）使用皮碗洗井器，按优化热洗参数运行，平均每口井可节电667 kWh，节约甲烷标准体积为98.96 m3。

[1]陈涛平.石油工程[M].北京：石油工业出版社，2011：112-119.

[2]张琪.采油工程原理与设计[M].山东青岛：中国石油大学出版社，2006：37-43.

[3]李颖川.采油工程[M].北京：石油工业出版社，2009：84

[4]王竹溪.热力学[M].北京：北京大学出版社，2005：150-163