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浅析地面二级抽油泵开发与矿场应用

发表时间：2021/7/2 来源：《中国科技信息》2021年8月作者：孙燕

[导读] 在油田开发过程中，回压高、低液量、低泵效的情况较为普遍，目前多采用掺水伴送的方式来辅助生产，以提高油井产能。

中国石化胜利油田分公司孤岛采油厂孙燕

【摘要】在油田开发过程中，回压高、低液量、低泵效的情况较为普遍，目前多采用掺水伴送的方式来辅助生产，以提高油井产能。通过现场大范围试验井口回压对油井产能发挥影响很大，为此运用地面二级抽油泵装置，对降低井口回压、增加原油产量进行挖潜，有效提高了液量，缓解了因回压高造成的耗电量大、负荷重和低泵效的现象，经现场应用，见到了良好的效果，为下步油田的高效开发提供了途径。
【关键词】孤岛油田地面二级抽油泵回压节能
        1 地面二级抽油泵装置结构
        该泵主体有导向连杆、柱塞、泵筒、进、出口单流阀、流程等组成，泵筒通过托板与抽油机井支架相连接，连杆上部通过铰链与抽油机游梁固定，柱塞长度1500mm，有效行程1000mm，气室内径223mm，泵最大理论排量400m2通过井口流程连接构成生产回路流程进行正常生产。
        2 应用原理：
        地面二级抽油泵借助抽油机动力，通过抽油机游梁上下摆动，上冲程时拉动抽油泵连杆带动柱塞，让出泵筒容积，进口单流阀打开，将井内液体抽入泵筒内，下冲程时，进口单流阀关闭，压缩泵筒内液体，出口单流阀打开，排液出泵，完成一个吸液、排液行程。
        3 矿场应用及效果
        20009年10月－12月我们选定了孤岛油田4口生产井进行了矿场应用，累增液量2400t，增油32t，见到了良好的效果。
        3.1 孤岛31-2246井矿场应用
        7-31-2246井为孤岛油田七区一口油井,生产层位Ng上5 2+3，泵径∮70mm，参数3.0m×9.81/min，泵深599m，正常生产时动液面为井口。于2018年10月10日安装装置后油井生产情况对比如下：
使用地面二级抽油泵装置生产，井口回压降低0.7MPa，产液量增加52.9t/d，油量增加0.6t/d，最大电流和最大载荷增降幅度不大，泵效由41.2%—73.7％提高了32.5％。原油价格以1800元/t计，电费以0.46元/ kW.h计，日增加效益为1800×0.6-0.46×19=1071元。详细情况见附表一。

        3.2 载荷及平衡率变化
        从悬点载荷的变化规律可以看出，抽油机在整个工作循环过程中载荷是不均匀变化，对静载荷来说，上冲程时，驴头悬点需要提起抽油杆柱和油管中的液柱，电机要付出较大的能量，下冲程时，抽油杆依靠自重就可以下落，不但不需要动力消耗能量，反而对电机反做功，因此，电机在上下冲程中所承受的载荷是不均匀的，而悬点运动速度和运动加速度的变化又加速了这种不均匀性，使抽油设备震动加剧，影响抽油设备的使用寿命，游梁式抽油机平衡方式主要有机械平衡和气动平衡，机械平衡是下冲程时，平衡块上升，储存位能，上冲程时，平衡块下落释放位能，并协助电机做功，从而减轻电机的负载和减速器的传递扭矩，气平衡是在游梁前臂上装设气缸，依靠气缸中的气体压力产生的推力实现平衡，对于游梁式抽油机来说，由于后置型抽油机前臂尺寸较小，因此气平衡主要用于前置型抽油机上，所以现场多采用曲柄平衡方式。
        一切运动着的物体都储存有动能，利用系统中动能的释放与补充来对载荷进行均衡的方法，称为“动能平衡”，动能平衡有两个特点，一是载荷曲线的波动幅度越大，它的均衡效果越好，二是对于载荷曲线中的高次谐波，均衡作用尤其显著，因此，经动能均衡后的载荷曲线不但趋于平坦，而且还比较平滑，这对消除设备振动和实现电机节能都有好处。
        ②平衡方式及扭矩曲线。
        游梁抽油机靠曲柄上所加铸铁平衡块上行储存能量、下行释放能量来实现平衡。由于曲柄上切线力的变化，其扭矩曲线近似为正弦曲线（图2（a）），且有负扭矩存在，平衡以后仍近似位正弦曲线。
        链条抽油机的平衡方式是气动平衡，由负荷作用线平等安装的气动平衡缸、平衡缸中的柱塞、柱塞下端的平衡链轮及连接在往返架下部并绕过平衡链轮固定于机架上的平衡链条组成。靠气缸中的高压气体储存和释放能量来实现平衡。这样的平衡装置调节气压很方便，可保证平衡力随着油井负荷变化来随时调节。而且，平衡力作用方向与负荷力作用方向相反并相互平衡。因此平衡后，减速器扭矩曲线除换向段外为一直线（图2（b））。

        通过改变抽油机的几何参数或外形结构来改变抽油机的悬点运动规律，如上下冲程悬点的速度、加速度以及运动时间的分配，也能起到改善均衡载荷的效果。
        由于使用二级地面抽油泵，井口回压下降0.7Mpa,减少了盘根盒系统效率，同时也减少了盘根盒内盘根的磨损程度，减少了更换盘根的次数，而且降低了悬点载荷，减少了耗电量。
        同时由于泵筒内压力较低，柱塞、泵筒采用机械密封，采出液含砂较低，不会发生泵卡等现象，同时又起到了机械平衡和气平衡的效果。
        4 结论探讨
        二级地面抽油泵装置的开发与矿场应用，有以下结论供探讨。
        4.1 二级地面抽油泵装置的使用可以很好的起到降低油井井口回压的效果，便于我们的日常管理和维护，对生产时井口的密封要求降低。
        4.2 井口回压降低，可以改善深井泵游动凡尔的打开程度并使打开时间提前，有效提高泵效，提高油井效率，增加产液量，提高产能。
        4.3 驴头负荷得到降低，起到节能降耗的效果，另外就是可减小抽油杆断的几率，延长油井免修期，减少躺井。
        4.4 由于使用二级地面抽油泵装置可以完全避免因掺水调节不及时造成的油井生产异常。
        4.5 由于该装置各部件无太多工作活动件，性能稳定，无故障，大大降低了生产材料消耗和维护成本。
        4.6 该装置的不需要高压水源，但很适用于孤岛油田的各种类型的区块开采。
        4.7提高抽油机井生产系统效率和管理水平是当前经济条件下油田生产的重要研究课题。应用抽油机井生产系统采油的目的是将地面能量通过抽油机—抽油杆—抽油泵传递给井筒中的生产流体将其举升到地面，整个系统的工作过程就是能量不断传递与转化的过程，而在能量传递和转化的每一环节均会产生能量损失。目前我国抽油系统效率较低，平均在效率为20%左右，通过优化设计抽油机井生产系统的工作制度、选择合理的生产设备、提高油井的管理水平来提高抽油机井系统效率不仅可以节约大量的能源，降低生产成本，而且还能缓解国家用电紧张状况，具有良好的经济效益和社会效益。因此是油田高效生产的重要途径之一。
        抽油机井生产系统采油是目前国内外原油主要的生产方式，深入开展抽油机井系统效率和提高管理水平的研究，切实提高运行效率、降低原油生产成本和节能是提高油田生产经济效益的必由之路。
【参考文献】
1万仁溥、罗英俊.采油技术手册第四分册机械采油技术.石油工业出版社.1996
2王鸿勋，张琪，采油工艺原理，石油工业出版社，1992
3.张琪等，采油工程原理与设计，石油大学出版社，2000