（油气田开发工程专业论文）机械采油井工况分析理论及应用.pdf

t h et h e o r ya n da p p l i c a t i o no ft h ec o n d i t i o na n a l y s i so f t h ep u m p i n gw e l l x u eg u a n g p e n g o i l g a sd e v e l o p m e n tf i e l de n g i n e e r i n g d i r e c t e db yp r o f l im i n g z h o n g a b s t r a c t i ti sa l li m p o r t a n tt a s kt oa n a l y z et h ew e l lc o n d i t i o nd u r i n gt h eo i lf i e l dp r o d u c t i o n m a n a g e m e n t am a c r o s c o p i cm a n a g e m e n td i a g r a mo fp u m p i n gw e l li sd r a w nu pb yt h e d e m a n do fw e l lp r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n t w h i c hr e f l e c t st h ew o r kc o n d i t i o no fo i lf i e l d so r a r e a si nt h ef o r mo fs k e t c ha n ds t a t i s t i c sr e s u l t t h r o u g ha n a l y s i s m a k es u r et h en o r m a l p r o d u c t i o nw e l lc a nk e e pe f f i c i e n tp r o d u c t i o n f i n dt h ea b n o r m a lw e l li nt i m e m a k et h e c o r r e s p o n d i n gc o n t r o lm e a s u r e s a n dt a k ei ti n t on o r m a la n de f f i c i e n tp r o d u c t i o n m a k et h e r e a s o n a b l ea d j u s t m e n ta n dp o t e n t i a lt a p p i n gm e a s u r e sf o rt h ep o t e n t i a lw e l l g i v ef u l lp l a yt o t h ew e l lo ft h ep r o d u c t i o nc a p a c i t y b e i n gl i v i n go nt h ep r e d e c e s s o r s r e s e a r c hr e s u l tb a s e t h i s p a p e ra n a l y s i st h ea f f e c t i n gf a c t o r so fp u m pe f f i c i e n c y m a k es u r et h a ti n t a k ep r e s s u r ea n d s a t u r a t i o np r e s s u r ei st h em a i ni n f l u e n t i a lf a c t o r m a k eu s eo fr e l a t e dt h e o r i e so fo i le x t r a c t i o n e n g i n e e r i n ga n dm a t h e m a t i c st oe s t a b l i s ham a t h e m a t i c sm o d e lb e t w e e ne a c ha f f e c t i n gf a c t o r a n di n d e x t u r nv a r i a b l e st od i m e n s i o n l e s so n e s a n dc o m b i n et h ea c t u a lc o n d i t i o no fo i lw e l l p r o d u c t i o n d e d u c ea n de s t a b l i s han e wm a c r o s c o p i cm a n a g e m e n td i a g r a mo fp u m p i n gw e l l c o n c e r n i n gt h ec o r r e c t e dp r e s s u r ea n dc o r r e c t e dp u m pe f f i c i e n c y w r i t ep r o c e d u r ei nt h e m e a n t i m et or e a l i z ea u t od r a wo ft h ed i a g r a m u s et h es p o td a t at oc a r r yo nv e r i f i c a t i o n a tl a s t c o m p a r ea n da n a l y z et h er e s u l t s m e e tr e q u i r e m e n t so ft h eo i lf i e l d sp r o d u c t i o nm a n a g e m e n t k e y w o r d s p u m p i n gw e l l c o n d i t i o na n a l y s i s m a n a g e m e n td i a g r a m p u m pe f f i c i e n c y 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明 所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果 论文中有关资料和数据是实事求是的 尽我所知 除文中已经加以标注和致谢外 本论文不包含其他入已经发表或撰写的研究成果 也不包含本人或他人为获得中国石油 大学 华东 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对 研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明 若有不实之处 本人愿意承担相关法律责任 学位论文作者签名 蕃亡鸱 日期 枷尹年f 月 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学 华东 有权使用本学位论文 包括但不限于其印刷版和 电子版 使用方式包括但不限于 保留学位论文 按规定向国家有关部门 机构 送交学 位论文 以学术交流为目的赠送和交换学位论文 允许学位论文被查阅 借阅和复印 将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 采用影印 缩印或其他复制手 段保存学位论文 保密学位论文在解密后的使用授权同上 学位论文作者签名 蓥 遂 指导教师签名 孚乏艺生l 日期 曲7 年岁月 日 r 期 7 年岁月午同 中囝杠油人学 华东 硕i j 学位论文 第l 章前言 1 1 研究的目的和意义 随着油田开发工作的进展 大部分油井停喷后 机械采油成为石油工业主要的采油 方式 国内9 5 以上的油井均采用机械采油方式 由于其特殊的工作环境 常常导致油 井故障的发生 使得产量和效益下降 所以 及时准确地掌握采油系统的工作状况 对 提高采油效率 降低机械采油成本及提高油井产量具有非常重要的意义 油井工况分析是一项综合分析 判断油井生产状况好坏的工作方法和手段 在取全 取准油水井各类生产 包括地质 工程 资料基础上 为了保证油井在良好工况条件下正 常 高效生产 必须随时或定期开展油井工况分析工作 针对不同的机采生产系统 有 不同的工况分析方法和评价系统 或者根据经济效益的不同 可选择不同的采油系统 目前 常规有杆泵采油系统 地面驱动螺杆泵采油系统 电潜泵采油系统被广泛应 用在各大油f 日 许多专家学者也相继针对这几种机采方式的特点 结合油阳的实际情况 进行了一些工况分析与评价的研究 大体思路是在对三种机采井的工况类型和形成机理 充分了解的基础上 分析各种工况的主要影响因素 结合生产实际情况制定合理调整措 施 为以后领导做出合理的决策提供参考 通过近些年多种工况分析方法的研究与应用 确保了正常生产井能够持续高效生产 并及时发现异常井 制定相应的治理措施加以治 理 使之转为正常 高效生产 而且可以对潜力井及时制定科学合理的调整和挖潜措施 充分发挥每口油井的生产能力 对油田的开发和生产具有重要的意义 1 2 工况分析方法的国内外研究现状 1 2 1 螺杆泵井工况分析 近年来 由于螺杆泵在油田生产中应用越来越广泛 许多学者对其各项理论进行了 深入研究 为适应螺杆泵的快速发展 其工况诊断分析的研究领域也表现的较为活跃 发展至今较为成型的方法有 电流法 憋泵诊断法 扭矩法 近两年随着螺杆泵应用的 进一步推广 工况分析技术也得到了很大发展 很多学者对螺杆泵采油井的工况分析技 术作了专门的研究 1 9 9 8 年石油大学的张来斌i l j 提出了常见工况的种类根据油井产量及泵的工况点所 在特性曲线图上的位置和泵的特性参数 判断泵与油层匹配状况及泵工况较差的原因 1 9 9 9 年崔金榜1 2 1 等对螺杆泵的工况测试技术进行了研究 2 0 0 2 年中国地质大学的赵明 3 1 在螺杆泵采油系统优化设计的基础上 提出了螺杆泵常见诊断方法的列表依据 出现的 中国白油久学 华东 硕i 学位论文 特征判断油井故障 2 0 0 3 年江汉石油学院的王晓宇1 4 通过建立光杆受力测试系统 对螺杆泵井抽油杆的 垂向载荷及扭矩进行测试 实现了工况诊断 胜利油田的贾云飞 5 在结合现场生产的基 础上建立了工况测试系统 对生产数据进行采集和分析 对工况进行监测 华北油田的 马永峰1 6 1 在实践的基础上 总结了螺杆泵生产的几种常见工况 并提出了简单的预防措 施 王海文 7 提出了利用光杆受力分析法进行工况分析的方法 螺杆泵的工况分析离不开杆柱的受力分析对于螺杆泵抽油井筒内的摩阻分析方面 很多学者做了大量工作 1 9 8 8 年隋少波在对抽油杆柱 油管及原油性质作了一些假设的 基础上 对螺杆泵的摩擦扭矩作了深入研列8 并得出在抽油杆柱匀速和匀加速转动时摩 擦力矩计算公式 我国学者张军 陈听宽等也做了大量研究 1 9 9 9 年他们运用流体力学 的理论对地面驱动螺杆泵采油系统环空管道结构参数和螺杆泵转速 流体摩阻的影响进 行了分析 刚 参照了以往国内外学者的摩擦扭矩及摩阻系数 2 0 0 1 年在此基础上他们又 研究了转速与杆径对摩擦压降的影响 1 0 在其中他给出了环空管的流动摩擦系数 随着螺杆泵应用研究的进展 螺杆泵优化设计的理论也为工况分析的方法提供了重 要的参考价值 1 9 9 7 年吴仕贵 冯永泉 胜利 以流体力学和理论力学为基础 提出了数 学模型 1 1 分析泵的流出动态 依据给定的边界条件 流动参数和井身结构 计算下泵 深度和实际扬程 优化泵的工作参数 1 9 9 8 年石油大学王早样 2 在杆柱受力分析基础 上提出了组合设计 1 9 9 9 年 胜利油田李晶 陈辉 l3 j 等进行了优选软件的丌发 同年 石油大学陈德春 1 4 吴晓东对螺杆泵采油系统抽油杆柱运动模型进行深入研究之后 提 出了螺杆泵抽油井节点系统优化设计技术 描述抽油杆柱运动的偏微分方程和定解条 件 在力学分析的基础上推导并建立了地面驱动螺杆泵抽油井抽油杆的应力计算模型 2 0 0 2 年赵明 郑俊德等详细论述了聚驱螺杆泵生产系统优选理论包括泵 抽油杆柱 油 管 配套工具和驱动头的选择等 螺杆泵抽油井杆管环空中流体流动规律的描述 是工况分析研究工作中一个重要的 研究内容 螺杆泵杆管环空中流体的流动为压力梯度和内圆旋转同时存在而形成的稳定 流动 即为坏空螺旋流动 对于环空流的研究比较旱 1 5 1 1 9 2 3 年 t a y l o rg i1 1 6 等将流 体在旋转抽油杆柱及油管环形空间内的流动划分为四个区域 层流 层流 t a y l o r 涡 旋 紊流 t a y l o r 涡旋 紊流 从而更有利于分析复杂的环形空间内流体的流动状态 1 9 6 2 年 y u t a k ay a m a t a l l 7 提出 在抽油杆柱旋转时杆管环空内流动阻力不仅与轴向雷 诺数有关 而且与旋转效应有关 并且提出了包括轴向雷诺数和旋转雷诺数的流动阻力 2 中围 油人学 华东 f i i 学位论文 式 但其是在较小的环空 日j 隙下得出的其适用范围为r e 1 0 0 0 0 1 2 2 电泵井工况分析 由于潜油电泵井的工作特点 井下泵的工况参数是无法通过直接测试得到 只能从 地面测得的生产数据 原油的物理性质 粘度 密度等参数 和三相电流 电机效率 电 压和功率因数等参数 通过计算得到井下泵的实际扬程 排量 功率 来分析整个生产 系统的工况 由于这个原因 只能借助可观测到的数掘进行工况分析 目前 国内外研 究的工况分析方法根据分析的原理主要可以归纳为以下两种方法 1 8 1 9 1 定性分析方法 电泵机组的三个主要特征参数即扬程 功率和泵效与排量相互关系的特性 通过特 性曲线可以具体地表现出来 定性分析方法主要原理是利用特性曲线上的特定点和特定 区间为依据 建立潜油电泵井工况解析图 将实际计算出的工况参数在图中标出 从而 直观地将工况标示出来 这种方法可以直观 形象地表现出工况 但是此方法未程序化 采用人工计算手绘图 工作量大 无法提供各参数的影响程度 2 定量分析方法 将油井生产系统分为三个子系统 井筒排出系统 动力系统和油井供给系统 通过 上述三个子系统的计算分析油井工况 这种方法通过数值运算可以推理比较确定的结果 但这种模型采用由井口生产数据 推测计算泵入口出口的参数的方法 由于井况太复杂 影响因素太多 在准确性上仍值 得商议 工况参数粘度修正的常规方法主要是a p i 规范 2 0 1 即用已有的校正关系表 根 据原油的比重和温度来查找出其粘度 然后应用a p i 规范进行修证 其缺点是在有些情 况下修 f 的工况参数与实际情况相差较大 1 2 3 抽油机井工况分析 1 9 8 7 年 大庆油阳采油三厂韩修廷 2 l 等根据泵吸入1 2 压力与泵效 排量之问的函 数关系 提出抽油机井管理水平宏观控制图 该图主要考虑泵吸入口压力对泵效的影响 并根据两者之间的函数关系确定图中的虚线 其它三根实线则是虚线按一定比例扩大或 缩小而得到的 1 9 8 8 年 大庆油罔采油六厂王玉山等1 2 2 分析影响抽油泵工作状况的流压和泵效这 两个主要参数以及它们的相关性 总结出抽油机井动态控制图 该图以流压 饱和压力 为纵坐标 以泵效为横坐标 基于喇嘛甸油田平均泵挂深度等于油层中部深度 泵口压 3 第l 章前高 力近似等于流压的实际情况 考虑到油田区块间饱和压力的差别而绘制的 1 9 9 0 年 华北油用采油四厂胡小兵等 2 3 1 针对华北油用各区块油层的具体情况 在 大庆油罔采油六厂抽油机井动态控制图的基础上进行改造 提出通用抽油机井宏观控制 图 该图建立了视流压和视泵效的关系 视流压和视泵效的定义式为 p p h 1 1 r q 1 0 0 q 坪 j 一五 j l 1 2 式中 p 为抽油机并视流压 m p a m p 为井底流动压力 m p a h 为油层中 部深度 m r 为抽油机井视泵效 q 为抽油机井同产液量 t d q 剧为抽油机井理 论日产液量 t d s 为光杆冲程 m 五为弹性冲程损失 1 1 1 2 0 0 0 年 韩建民等 结合采油三厂的实际 以系统效率为纵坐标 以沉没压力为横 坐标绘制了抽油机井系统效率控制图 2 0 0 5 年 胜利油f 同孤岛采油厂的周建民等对传统的控制图进行了优化 上述研究成果中 第一篇文献的控制图考虑的因素较少 且直观性不好 第二篇文 献只能对油层物性相近 油层中部深度相差不大 抽油泵下到油层中深处的油f 只有较好 的适应性 第三篇文献则是基于大批实际数据的数理统计回归方法获得的界线 在反映 区块性质差异方面存在不足 因此 尽管三种模型都在各自的应用中取得良好的经济效 益 但都有一定的局限性 1 3 论文的主要研究内容 1 调研分析前人在工况分析方面做的工作 以及他们在自己工作中存在的优缺点 加以吸取及借鉴 2 调研分析工况好坏的各指标 并选择一种机采方式进行本论文的研究工作 3 影响工况指标的各影响因素 并对其影响机理进行研究 4 建立各影响因素对各指标影响的数学模型 5 结合经济技术指标综合考虑油井的工况分析 6 编制采油工程工况与分析评价软件 绘制一个或一套能更加综合的进行工况分 析的图表 7 对宏观控制图中的坐标进行无量纲化处理 从而增加准确度 8 建立个别指标以及综合指标的预警机制 及时检测出油井可能发生的不良状况 4 中围石油人学 华东 硕 学位论文 第2 章机采系统工况分析原理 2 1 不同机采系统工况分析原理 2 1 1 螺杆泵井工况分析原理 螺杆泵工况分为8 种类型 油井处于正常的生产状态 抽油杆断脱 油管断脱 油 管漏失严重 油管结蜡严重 螺杆泵定子磨损严重 油井漏失 螺杆泵定子溶涨 工作 参数设置偏低及工作参数偏高 为提高工况分析的准确性 利用产量 电流 动液面三 项工况指标进行一次工况诊断分析 对于一次诊断难以确定工况的抽油井 利用扭矩及 轴向力指标进行工况分析 并且总结出各种工况下的指标界限 分析整个系统的工作状 况 2 1 2 电潜泵井工况分析原理 潜油电泵并生产系统工况分析就是通过扬程 排量 功率和效率等几个综合性参数 分析 判断潜油电泵井生产系统的工作状态 其中 通过油井生产数据来确定扬程和排 量 通过三相电压 电流和功率因数来确定电机输入功率 通过泵输出功率与电机输出 功率可得到效率 然后通过井液粘度修正 得到实际的扬程 排量 负荷和效率 通过 这几个参数与电泵系统的额定扬程 排量 功率和效率的比较 来分析整个系统实际的 工作状况 2 1 3 有杆泵抽油机井工况分析原理 与地面驱动螺杆泵井工况分析的原理相似 有杆泵抽油机井工况分为9 种类型 油 井处于正常的生产状态 抽油杆断脱 油井出砂 油管结蜡严重 油井出砂 泵漏 气 锁 油稠以及供液不足 为提高工况分析的准确性 利用泵效 排量 泵吸入口压力三 项工况指标进行一次工况诊断分析 对于一次诊断难以确定工况的抽油井 利用其他各 项指标进行工况分析 并且总结出各种工况下的指标界限 分析整个系统的工作状况 2 2 不同机采系统工况分析的内容 2 2 1 电潜泵采油井工况的类型和各指标的影响机理 2 2 1 1 主要工况类型统计及其机理研究 潜油电泵井生产状况分析就是通过观察地面产量 压力及运行电流的变化情况 进 行井下机组运行状况的分析 为了更直观准确地分析潜油电泵井的生产状况 用产量与 流动压力资料把潜油电泵井生产情况分为六种生产状态 即正常区 潜力区 保持现状 区 措施区 高排量低效区和欠载区 同时 可根据不同的生产状态所存在的问题 采 5 第2 帝机采系统1 况分析原理 取相应的措施 使潜油电泵在合理状态下正常运转 在潜油电泵井的管理过程中 所遇到的产量不正常井的原因主要有以下几种 1 油井处于正常的生产状态 2 含气量高 运行电流较低 并且波动较大 电流卡片呈锯拔状 机组欠载频繁 导致含气量高 气体影响严重 3 管柱漏失 潜油电动机运行电流比额定电流稍低 憋压时 浊压上升为正常憋压值的6 0 8 0 且憋压到最大值时 立即停泵 油压有所下降 4 泵部分或全部叶轮不工作 分离器轴或泵轴断 运行电流很低 并且憋压时油压基本不上升 5 叶轮流道磨损严重 泵排量下降 井中流体含砂量过高或者其他原因造成的 6 排量下降 短周期内由于钻井等原因控制注水 而使油层供液不足 2 2 1 2 技术经济指标的研究 2 5 l 1 利用率 利用率 至i手 萎蓄塑 霍 芋兰号幸 嘉 121 总井数 口 一计划关井数 一 机组运转生产井数是指潜油电泵机组投入运转 全月内连续生产l 天 2 4 小时 以上 并有一定经济产量的井 计划关井数是指按原油生产 地质勘探统计指标计算方法执行 2 排量效率 排量效率 拿冀孽篓蒌燮霎妻娶 1 0 0 一 全部运转井泵额定流量之和 对于单井 排量效率是指单井实际产液量与泵额定流量之比百分数 3 平均检泵周期 平均检泵周期 差秦喜薹鬟鬟刍磊器 投产不成功井 即运转不满2 4 小时的机组 和地质方案调整 措施井等机组没有损坏 而起泵的井不参加统计 6 中图0 油入学 华东 硕f j 学位论文 4 机组返厂率 机组返厂率 当童鼍婆蓦萼簇掣x 损坏机组套数不包括投产不成功机组 即运转时间不满2 4 小时的机组 5 设备完好率 设备完好率 兰笔琴善器 6 平均免修期 平均免修期 磊兰鬈筹 7 投产一次成功率 投产一次成功率 塑蓦磊筹 投产一次成功井是指投产后正常运转2 4 小时以上的井 8 潜油电泵井系统效率 潜油电泵井系统效率 瓦淼x 1 9 动液面深度 油套环形空间内液面的高度 1 0 泵挂深度 油井井口至泵吸入阀之间的深度 11 沉没度 泵挂深度减去油井动液面深度 2 2 2 螺杆泵井生产系统工况的类型和各指标的影响机理 2 2 2 1 主要的工况类型统计及其机理研究 1 油井处于正常的生产状态 油井处于 f 常生产状念是区别油井工况特征的基础 所谓正常即油井供排协调 举 升系统各部件工作 f 常稳定 即油井的产量 动液面及力学特征符合安全生产的要求 各状态变量处于适中的范围内 2 抽油杆断脱 7 第2 辛机采系统t 况分析原j 坐 由于抽油杆负载过大 磨损或误操作等原因 引起抽油杆断裂 脱扣等情况属杆断 脱 具体表现为 在短期内 泵效大幅度下降 动液面迅速上升 电流下降甚至接近空 载电流 油套压不等 扭矩和轴向力仍为平稳直线 但由于缺少了井下泵的工作扭矩 光杆扭矩值远小于正常工作范围 轴向力缺少了液压力对转子产生的轴向力 因此也小 于 f 常范围 可以根据轴向力来判断抽油杆断脱的位置 若轴向力与杆自重相等 则杆 断脱的部位在底部 若不等 则根据杆柱自重产生的轴向力 可计算出杆柱断脱的大概 深度 3 泵漏失 由于泵定子橡胶磨损 造成定子与转子过盈减小 泵承压能力下降 因此 端失量 增加 具体表现形式为 泵效逐渐下降 动液面逐渐上升 电流逐渐下降 由于漏失量 加大 泵有功扭矩下降 扭矩低于正常范围 由于液压力产生的轴向力下降 轴向力低 于正常范围 但仍大于杆柱在采出液中的重量 油套压在一定程度上连通 4 油管漏失严重 由于抽油杆的偏磨或是由于油管壁上存在裂缝都可能会导致油管漏失 从而使相对 于正常生产状态下的各个量都有所减少 具体表现为泵效下降 动液面上升 电流减小 由于泵工作压差减小 泵有功扭矩很小 光杆扭矩低于 f 常范围 液压力产生的轴向力 减小 光杆轴向力略低于正常范围 但仍高于杆柱在采出液中的重量 5 油管结蜡严重 螺杆泵抽油井中随着采出液的温度降低 原油中的蜡质成分凝结出来 附着在油管 上 随着时间的延长 油管上的蜡会堵塞整个油流通道 使抽油杆旋转难度增加 蜡的 凝析过程就是产量的逐渐降低过程 但是由于抽油杆和凝析蜡的摩擦很大 电机载荷急 剧增加 因此 电流上升 甚至存在烧毁电机的危险 6 螺杆泵定子脱胶 定子脱胶是由于定子粘接强度不够造成的 表现形式为泵效急剧下降 动液面上升 电流下降并波动 脱胶时 泵有功扭矩为零 光杆扭矩下降很大 另外 由于脱胶后定 转子之间发生不规则摩擦 光杆扭矩会出现不规则波动 液压力产生的轴向力为零 因 此 光杆轴向力低于正常范围 但仍高于杆柱在采出液中的重量 7 螺杆泵定子溶涨 橡胶对温度较敏感 橡胶在定子中作为内衬 随着环境温度的变化 橡胶体积也随 之变化 另外由于采出液性质的不同也会对定子橡胶的溶胀产生影响 因此由于采出液 8 中困 油人学f 华东 颅i j 学位论义 的性质及环境变化的影响 定予橡胶发生溶胀 造成定转子过盈增加 定转子的初始扭 矩增加 因此光杆工作扭矩增加 超过 f 常范围 泵效和动液面正常 电流增加 轴向 力萨常 定子溶胀严重时会造成定子与转子抱死 8 工作参数设置偏低及工作参数设置偏高 工作参数偏高主要表现为螺杆泵转速太高 超出了油井的生产能力 此时由于螺杆 泵的排空能力太强 环空动液面很低 油井流出能力大于流入能力 具体表现为泵效较 低 动液面很深 沉没度甚至接近泵吸入口 泵抽吸压力不足 产量偏低 电流也偏高 由于泵吸入口与排出口的压力差较大 所以举升液体的扭矩增加 光杆扭矩高于正常范 围 轴向力高于 f 常范围 工作参数偏低时 油井流入能力大于流出 具体表现为泵效较高 动液面很浅或在 井口 电流偏低 光孝下扭矩低于正常范围 轴向力 f 常偏低 2 2 2 2 工况指标 螺杆泵的主要工况指标有 扭矩 轴向力 电流 动液面 泵效和泵转速 2 2 3 抽油机井生产系统工况的类型和各指标的影响机理 2 2 3 1 主要的工况类型统计 有杆泵抽油机井采油系统工况类型主要有 正常并 潜力井 出砂 结蜡 泵漏 油管漏失 抽油杆断脱 管锚失效 供液不足和工作参数偏小或者偏大 2 2 3 2 工况各指标及其影响机理的研究 1 利用率 2 6 之7 k 穰淼圳 2 生产时率 采油时率 生产时率是实际生产时间 除去正常测压时间 与实际日历时间的比值 3 泵效 泵效是在一定冲程 冲次下 泵的实际排量与理论排量的比值 抽油机的下泵深度和沉没度是影响泵效的主要因素 合理的下泵深度 可以确定合理的生产压差 从i p r 曲线来看 并不是越大或者越 小的流压o i 沉没度和下泵深度计算 就越好 合理的下泵深度对地层供液能力有影响 产 9 第2 章机采系统t 况分析蟓埋 液量的高低直接影响泵效的大小 4 检泵周期 油井免修期 指两次泵相隔天数 也就是说上次检泵后丌抽之同起 到最后一次检泵停抽之同止 的天数 油井免修期越长 说明管理水平越高 抽油机井的免修期的长短取决于井下作业旌工质量 管柱的材质 地层的发育情况 井身状况等多方面因素利用工艺措施 结合油层状况 来合理利用深井泵泵况 最大限 度的发挥每口井的潜力 有效地延长抽油机井的免修期 油井五防的配套工艺实施 防气 防断脱 防蜡 防偏磨 防垢 5 动液面深度 油套环形空间内液面的高度 6 沉没度 泵挂深度减去油井动液面深度 7 抽油机载荷利用率 指抽油机实际悬点最大载荷与抽油机悬点额定最大载荷的比值 正常出液油井 实测悬点最大载荷比理论载荷大的话 可能的影响原因有油稠 抽 油机选型偏小 偏磨 油井内抽油杆柱负荷加重 有结蜡现象 结蜡严重油井会影响油 井正常出液 8 电动机功率利用率 指电动机铭牌功率利用程度 是实际输入电功率与电动机铭牌额定功率的比值 9 扭矩利用率 指抽油机曲柄轴实际扭矩与曲柄轴额定扭矩的比值 0 0 冲程利用率 指抽油机实际冲程与悬点最大冲程的比值 1 1 冲次利用率 表示抽油机实际冲次与抽油机铭牌最大冲次的比值 冲程冲次主要影响泵的理论排量 当油井出液较好的情况 特别是油井刚投产时 油井出现连抽带喷现象 长冲程 冲程利用率接近1 快冲次 冲次利用率接近1 理论排量 高的话对油井出液量有一定的影响 产气量较高的油井 长冲程慢冲次 冲次利用率最 小 是首选的工作制度 这个工作制度有利于深井泵脱气 减少气锁 气体进入泵筒形成 一定的压力 使外部液体不能进入泵简的现象 导致不出液的现象出现 当油井产液量 l o 中固 油人学 华东 坝i 学位论义 较差时为了提高油井泵效 节约抽油机工作成本一般采取短冲程 冲程利用率最小 慢冲 次 1 2 动态控制图上图率 动态控制图上图率 荔怒 1 1 3 躺井率 正常生产井因为抽油杆断脱 泵及油管漏失 卡泵 抽油设备故障及停电 集输故 障等造成油井突然停产 在2 4 h 内不能恢复生产的抽油井属于躺井范围 不包括有计划 的作业检泵 电路检修等 1 4 系统效率 将井下的液体举升到地面的有效功与抽油机采油系统输入功之比称为抽油机井的 系统效率 1 5 油井利用率 实际丌井数与计划丌井数的比值 减少停躺井 延长检泵周期可以提高油井利用率 1 6 杆管等的设备的利用率 研究抽油杆失效能帮助我们正确的认识抽油杆工作状态和减少抽油杆的失效 另 外 如果抽油杆失效特别是抽油杆断裂和抽油杆脱扣 这将直接导致油井生产停止 而 且由于抽油杆柱断裂或脱扣后抽油杆柱的下面部分会落井 这样往往会使此部分抽油杆 弯曲而报废 还可能造成抽油泵的损坏 因此 研究抽油杆的失效并预测抽油杆的寿命 最大限度控制好抽油杆使其能在币常工作能力范围以内 这对采油厂是必须而且是很有 意义的 2 2 3 3 影响工况指标的因素 1 地质因素 地层能量充足 地层不堵塞 地层能量不足 容易造成供液不足 需要加强注水或者改层生产 地层堵塞 需要解堵 2 工艺因素 泵深 管柱配套 第2 章机采系统t 况分析原理 产出液性质 泵深与地质地层能量结合 确保沉没度合格 管柱配套 减缓偏磨 产出液性质含砂量太高 会导致活塞砂磨 造成泵漏 3 管理因素 主要是抽油机平衡度 若抽油机不平衡 会造成系统效率下降 2 2 3 4 影响泵效的主要因素 影响泵效的因素很多 但主要的影响因素有以下几个方面 1 油井工作制度的影响 冲程 冲次 泵径选得过大 使地层能量供不应求 使泵效降低 2 冲程损失的影响 所谓冲程损失是指光杆冲程与活塞冲程之差 形成冲程损失的主要是上下冲程中抽 油杆杜和油管柱承受交变载荷而产生弹性伸缩 使活塞冲程小于光杆冲程 从而减少了 活塞所让出的体积 使泵效降低 3 气体对泵效的影响 泵的余隙比越大 泵的充满系数越低 对泵效的影响越大 气油比越大 泵的充满 系数越低 对泵效的影响越大 因此 对于气油比大的井应尽量减小防冲距和防止气体 进入泵内 一般采用增大沉没度来解决 4 漏失的影响 漏失使泵效降低 5 供液不足的影响 若油层能量低或沉没度较小时 当柱塞的运动速度大于吸入液体的速度时 会使泵 充不满而影响泵效 2 2 3 5 提高泵效的措施 1 对于油层的措施 主要是提高和维持油层能量 保证有充足的供油能力 对于注水丌发的油田 合理 注水是保证高产 高泵效的根本措施 对于井底附近油层物性不好的 可采取增产措施 提高井底附近油层的渗透率 提高油层供液能力 1 2 中困 油人学 华东 硕l j 学位论义 2 油井方面的措施 选择油井合理的工作制度 使用油管锚 减小冲程损失 合理利用气体能量 减小气体的影响 减小漏失对泵效的影响 2 2 3 6 影响抽油机井生产系统效率的主要因素 随着油井工作年限的延长 机械部分的老化和磨损 井下泵的漏失 加之油层动态 不断的变化 油井生产参数与地层的供液能力不相匹配 必然导致耗电量增加 系统效 率降低 吨油成本增加 所以 提高抽油机井系统效率成为节能降耗的一项重要工作 目前在计算和管理抽油机井系统效率时 采取单井逐一分析判断方式 工作效率不高 人力消耗巨大 不符合现代化管理的要求 因此 有必要对抽油机井建立宏观控制图 对抽油机井系统效率进行区块管理 对问题井重点分析研究 采取相应措施提高系统效 率 影响系统效率的因素很多 但主要的影响因素有以下几个方面 1 泵况差 泵漏失 断杆 供液不足 对系统效率的影响 2 节能型抽油机对系统效率的影响 3 结蜡严重的井对系统效率的影响 4 抽油机井工作参数不匹配对系统效率的影响 5 操作方法对系统效率的影响 6 仪器故障对系统效率的影响 7 抽油机并平衡问题 皮带松紧度 盘根质量等其他问题也不同程度地影响系统 效率 2 2 3 7 提高系统效率的措施 1 针对目前液面在井1 3 的系统效率较低 甚至有时出现负值的情况 建议用新方 法计算系统效率 2 从抽油机井系统效率影响因素分析中可以初步摸索出提高采油井系统效率的方 法 3 必须降低功率损耗 可采用加装电容等措施 4 提高泵质量 减少漏失对系统效率的影响 1 3 第2 币机采系统t 况分析原理 5 合理选井 选泵 使泵工作在合理区域 6 加强管理 及时沈井 清蜡 加药 降低功率损耗 7 提高减速箱润滑质量 皮带和盘根质量 以提高传动效率 8 合理选择电机 避免大马拉小车的现象 2 3 本章小结 通过以上的分析可以看出 影响工况分析的因素很多 但是在实际的应用中很多因 素可以忽略或者一些因素是相互影响的 可以通过一定的模型统一起来 有些影响是不 能消除的 而且影响因素分主次 完全可以在考虑主要因素的基础上同时加上别的因素 的影响 这样能使工况分析更加准确的符合现场的实际 通过调研和分析还可以看出 早期的工况分析基本上都足围绕抽油机井展丌的 随 着后期的发展 越来越多的研究转到其它机械采油方式上来 针对抽油机井的研究相对 来说变少了 但这并不是说明抽油机井的宏观控制图已经完善 没有什么可以改进的地 方了 通过6 仃边的调研和分析就可以看出 现在的抽油机井的工况图依然存在着一些不 足 比如应用范围较小 坐标没有无量纲化 单个的因素对最终的结果影响过大等 并 且抽油机井现在依然是各油用应用最多的一种采油方式 对它的工况分析也是现在现场 实际生产中应用最多的 所以本文以抽油机井为主要研究对象 进行相关方面的分析与 计算 建立一个新的宏观控制图 1 4 中国 油人学 华东 颂l 学位论义 刁 土二蠡止竺竺 p b o r o r 等j 警 等 梳 下冲程泵内压力 只 而l y m p a 15 第3 章t 况管埋幽模型的建一 其它三根实线则是虚线按一定比例扩大或缩小而得到的 图中几条直线是根掘合理流 压 合理泵效而确定的 根据油罔开发方案确定流压合理区 依次确定泵效合理区 分 为优秀 一类 类 三类 四类区 文中还提出了对抽油机井实际泵效的校正方法 即实际泵效乘上一个校 f 系数 见式 3 2 佩垓 导强 3 2 婵 式中 7 杯是取区块相应平均参数代入上式求得的泵效 是实际井参数代入上式 求得的泵效 r 是井口产量与理论排量之比 利用油井实测数据 通过油井在图中的位置可以判断井 泵是否存在问题及问题的 性质 同时可找出潜力区 但该图考虑的因素较少 且直观性不好 2 9 校 正 系 数 图3 1 抽油机井管理水平宏观控制图 f i 9 3 l t h em a c r o s c o p i cc o n t r o lc h a r to fp u m p i n gw e l lm a n a g e m e n tl e v e l 1 9 8 8 年 王玉山等 3 0 1 分析了影响抽油泵工作状况的流压和泵效这两个主要参数以 及它们的相关性 并结合大庆油用生产实际绘制出了抽油机井动态控制图 理论工作者 把9 贸 编 定义为排量系数 作为选择抽油泵合理沉没压力的依据 绘制出排量系数与 沉没压力的关系曲线 如图3 2 所示 万邦烈教授给出了影响排量系数因素的关系式 见式 3 3 1 6 中固 油人学 华东 彬 f j 学位论文 r l 排2r l 气r l 变r l 漏 3 3 式中 7 泵吸入处自由气与溶解气对抽油泵排量影响系数 7 7 杏 抽油杆和油管的弹性变形对排量影响系数 7 7 溺 泵问隙和阀座漏失对排量影响系数 从理论上看 泵效与排量系数应相等 帮绶 7 持 泵效应沿着这条曲线变化 实际 上泵效比排量系数小 喇嘛甸油阳平均泵挂深度在油层中部 沉没压力近似等于流压 考虑全油田饱和压 力的差别 流压低于饱和压力时 气体逸出 流饱压差越大 气体进入泵的量越大 则 泵效越低 因此 把纵坐标改为流饱压力比 p p 横坐标为泵效 其它参数采用油 田的平均值代入万帮烈教授给出的公式 这样给出一个流压值 就可计算出一个理论排 量系数 然后绘出它们的相关曲线 在相关曲线图中 规定了7 条直线的画法 把图分 成5 个区 如图3 3 所示 此图经过两年推广应用 见到明显的经济效益和社会效益 但该方法只能对油层物性相近 油层中部深度相差不大 抽油泵下到油层中深处的 油阳有较好的适应性 3 1 图3 2 排量系数与沉没压力相关曲线图 f i 9 3 2 t h er e l a t e dc u r v eo ft h ed i s c h a r g ec o e f f i c i e n ta n ds u b m e r g e n c ep r e s s u r e 1 7 第3 亭 t 况管理幽模型的矬 图3 3 抽油机井动态控制图 f i 9 3 3 t h em a c r o s c o p i cc o n t r o lc h a r to fp u m p i n gw e l l 1 9 9 0 年前后 华北油田相继有一批中小区块投入开发 由于资料井少和开采时间短 普遍存在着高压物性资料不全或生产资料数据量小和油层中部深度差异大的问题 难以 准确确定抽油井宏观控制图 为了便于抽油机井的统一管理 华北油f f l 采油四厂胡小兵 等 3 3 1 在大庆油罔采油六厂抽油机井动态控制图的基础上进行了改造 研制了一种新的宏 观控制图 如图3 4 所示 经统计分析研究引入视流压和视泵效的新概念 用每l o o m 井深液柱压力分布近似 代替流压评价不同油层中部深度油井的供液能力 该指标称为视流压 见式 3 4 n l o o p 3 4 式中p 抽油机井视流压 m p a l o o m p 井底流动压力 i m p a 玩 油层中部深度 m 为了突出抽油泵工作中的故障情况 在总泵效中除以弹性影响泵效项得到抽油机井 的视泵效 见式 3 5 r l 1 0 0 石而q 3 5 g f fl s 九j s 式中 q 油井同产液量 t 1 8 中国 油人学 华东 颂i j 学位论义 孙 油井理论同产液量 m 3 d s 光杆冲程 m 兄 弹性冲程损失 m 由 3 4 和 3 5 式计算得到各井视流压与视泵效值并顺序点在图上 依据诊断结论将 图划分为5 个区 然后由最小二乘法求出区与区之间过渡带或某区包络带相应曲线方程 这种新的宏观控制图能适用于不同类型油阳以及油层中部深度相差大 无高压物性 资料 生产资料数据量小的区块和零散井 经华北油罔一年多的使用验证 可满足抽油 机井生产宏观管理的需要 但该方法是基于大批实际数据的数理统计回归获得的界线 在反映区块性质差异方 面存在不足f 3 4 1 4 0 8 01 2 01 6 02 0 0 图3 4 华北油田抽油机井宏观控制图 f i 9 3 4 t h em a c r o s c o p i cc o n t r o lc h a r to fp u m p i n gw e l lo f n o r t hc h i n ao i lf i e l d 1 9 9 4 年胜利石油管理局黄r 成f 3 5 通过对胜坨油f 只几年来有杆泵井工况优化实践的 总结 提出工况优化必须以油井流入能力与排出能力相协调为原则 绘制出工况管理图 如图3 5 所示 设计时供排协调图能较好的将地层流入与井筒举升结合起来 而在生产 过程中工况管理图能反映出泵效与沉没压力的变化 可实现工况的动态优化 文中还建 立了工况优化的数学模型 推导出泵效与泵吸入口压力的关系 见式 3 6 式 3 1 4 1 游离气影响 1 甬耳葫瓦砸 3 6 1 9 第3 帝丁况管理幽模型的矬 k o 0 0 0 3 4 5 8 z t p 3 7 2 余隙内气体影响 红 s s 1 一 r r k s 3 8 3 冲程损失影响 坞 s 一玩 声 3 9 7 0 一 堕半睁砉 p 4 溶解气影响 乜 w 警 3 1 1 圪 1 0 6 0 0 7 2 3 9 p 3 1 2 5 漏失影响 绣 o 9 6 8 e 5 0 0 3 1 3 6 综合泵效 h 拓h a h h 3 1 4 式中形 含水率 小数 尺 原始气油比 r 泵入口压力下的溶解气油比 由高压物性资料求得 圪 泵入口压力下的体积系数 s 冲程 i t i 鼠 防冲距 m 泵深 i t i 尸 泵入i 3 压力 m p a r 泵1 3 液体温度 k r 液体密度 k g m 3 e 钢的弹性模量 2 0 6 牛1 0 6k g c m2 z 活塞 油管 抽油杆截面积 c m 2 现场使用工况管理图时 应对不同区域的井进行妥善处理 系统工况优化还要与注 采关系 油层结构 原油物性 油井技术状况及油井诊断资料相结合 2 0 中国 油人学 牛东 硕i j 学位论文 图3 5 胜坨油田工况管理图 f i 9 3 5 t h em a n a g i n go p e r a t i n gm o d ec h a r to fs h e n g t u oo i lf i e l d 1 9 9 8 年石油大学吴晓东教授等 3 6 分析了抽油机井工况的各种影响因素 结合抽油 机井工况管理的实际状况 推导并建立了一种新的沉没度 下泵深度与校核泵效关系的抽 油机井工况管理图 如图3 6 所示 该模型确定了抽油机井的下泵深度和沉没度是影响泵效的主要因素 同时为配合抽 油机井工况管理图的使用 对泵效低的油井进行泵效初步分析 建立了泵效图示化分析 模型 如图3 7 所示 为选择提高泵效的措施提供基础数据 该方法具有直观 简明等特点 其准确度较之原有模型有所提高 经在胜利油f 开纯 梁采油厂和孤东采油厂使用验证符合率分别为9 6 5 和9 2 9 能够更好地满足抽油机 井生产管理的需要 2 l 第3 章t 况管理图模型的建t 型 遂 麒 k 型 蜊 墨 校止泵效r l 校 图3 6 抽油机井工况管理图 f i 9 3 6t h em a n a g i n go p e r a t i n gm o d ec h a r to fp u m p i n gw e l l 图例 口实际泉效 5 3 6 区图冲程损失 5 6 圜气体影响损失 1 9 2 囤漏失影响损失 2 1 6 井号c 4 8日期1 9 9 4 9 图3 7 抽油机并单井泵效分析图 f i 9 3 7 t h ea n a l y s i so ft h es i n g l ew e l l se f f i c i e n c yo ft h ep u m p i n gw e l l 中石化江苏油f f l 分公司徐俊 3 7 1 根掘江苏油用实际情况 即属于复杂小断块油气臧 耿全取准这些数掘在现场实际应用中是不现实的 从而提出一种分析方法 该方法只需 饱和压力 冲程 冲次等常用的1 1 项数据 在深井泵泵效推导的基础上 绘制了动态控 制图曲线 将全油田各种类型的抽油井 不同断块 不同丌发层系 不同泵深 气油比 等 的工作状况在同一张控制图上宏