6机抽井泵型及杆柱设计优化.

前言目前采油某厂有杆泵井主要以液压反馈式抽稠泵为主，经过多年的实践运用，随着原油粘度的逐渐增大，出现滞后率高、排量小、频繁断脱、深抽能力受限等问题。工艺设计是机械举升工艺管理的第一步，对机抽井后期生产至关重要，合理的选型、杆柱设计，结合精细日常管理，才能保证机抽井合理、稳定生产；因此，优化设计是一项持之以恒、不断钻研的工作。汇报提纲第二部分前期选泵及杆柱设计方法第四部分存在问题及下步工作第三部分泵型及杆柱设计优化第一部分泵型及杆柱设计原则一、泵型及杆柱设计原则1、机抽井概况井别井数（口）开井（口）平均单井日油（t）平均泵挂(m)平均泵效(%)占总产比例(%)检泵周期（d）机抽井267（48%）186（45%)12.04257470.822.5%526全厂油水井55441525.49270677.8100%505机抽井工艺指标概况表随着油田开发深入，原油物性变稠、能量下降供液不足、含水上升，我厂机抽井井数逐步上升，对机抽井泵型及杆柱设计要求也逐步升高；2013年1-3月由自喷、电泵井转机抽共计33井次，平均每月转机抽11井次。面临“两超、五高”的复杂油藏，超稠油油藏的开采力度加大，我厂机抽井形成了以液压反馈式抽稠泵为主的稠油有杆泵举升工艺。管式泵反馈式抽稠泵长冲程反馈式抽稠泵进油和下行困难机杆泵改进改进为大、小柱塞结构、油管液压助下行一、泵型及杆柱设计原则管式泵抽稠泵应用于非掺稀或掺稀比极小的油井中，主要在6、7区的稀油井；目前在用的管式泵有32、38、44、56四种，排量范围17-89m3/d。应用于各区块稠油掺稀井；目前在用的有56/38、70/44、70/32、83/44四类液压反馈式抽稠泵，排量范围28.65-179.2m3/d。1、机抽井概况有杆泵各区块机抽井分布情况泵类别六区（口）七区（口）十区（口）十二区（口）螺杆泵2///管式泵415/1抽稠泵462069110合计523569111一、泵型及杆柱设计原则螺杆泵应用于原油易乳化、供液充足的油井中，其独特结构具有抗乳化、砂卡的特点；目前采油某厂在用2井次(T606CX、某625)，应用效果较好。1.电机机型：YBVP200L-4功率：30KW电源：交流380V，50HZ2.螺杆泵泵型：375DT40定子上部连接扣型：4″NUE3.泵挂深度1600米定子下部连接扣型：3-1/2″EUE4.抽油杆级别：H级外径28mm插接式抽油杆转子连接扣型：1-9/16抽油杆扣5.油管泵上3-1/2″EUE油管泵下2-7/8″EUE油管配电：专用螺杆泵变频控制柜转子扶正筒套管转子定子尾管油管锚螺杆泵主要参数及配套工具1、机抽井概况一、泵型及杆柱设计原则2、设计原则总原则：在现有受力分析及评价的基础上，结合各区块油井供液能力及原油物性合理确定机杆泵组合，满足油藏开发要求，确保油井稳定生产。机抽井方案设计主要包括：确定泵型泵挂、杆柱组合设计、确定抽油机型号、选择相应配套工艺。确定泵型、泵挂选择抽油机配套工艺杆柱组合设计主要采用1″、7/8″及3/4″三级组合和1″与7/8″两级杆柱组合。遵循“大泵大机型、小泵小机型”的原则。根据原油物性特征和随着开发形势所产生开采、生产难题选择相应配套工艺。根据原油物性、供液能力、注采比、稀稠比等。机杆泵设计汇报提纲第二部分前期选泵及杆柱设计方法第四部分存在问题及下步工作第三部分泵型及杆柱设计优化第一部分泵型及杆柱设计原则二、前期选泵及杆柱设计方法1、泵型及泵挂确定方法油井原油物性及地质情况前期生产情况及运行寿命措施后效果及潜能分析邻井对比及配套工艺目前机杆泵库存情况选泵方法泵型泵常数理论排量(方/天)泵型泵常数理论排量(方/天)管式泵5*35*45*5抽稠泵5*35*45*5CYB-381.6324.532.640.8CYB-56/381.928.738.047.8CYB-442.1932.943.854.8CYB-57/382.130.842.051.3CYB-563.5453.170.888.5CYB-70/443.450.368.083.8CYB-573.6755.173.491.8大排量泵泵常数8*1.68*2.88*4CYB-705.5483.1110.8138.5CYB-70/324.3755.997.9139.8CYB-837.79116.9155.8194.8CYB-83/445.671.7125.4179.2有杆泵排量参考表根据原油原始粘温数据作图找出粘温拐点；结合杆柱受力及泵最大抽深能力确定泵挂。根据油藏地温梯度找出拐点温度对应深度；泵型、泵挂确定泵挂：二、前期选泵及杆柱设计方法泵型、泵挂及地面配套机型组合参考表确定泵型、泵挂及地面配套抽油机后，根据原油物性特征和随着开发形势所出现的生产或机械举升等难题选择相应配套工艺。供液（地产）掺稀比泵型抽油机泵挂＞30t/d2.5-3.070/321000型26001.0-2.570/32900型＜1.570/3216型15-30t/d2.5-3.070/3216型26001.5-2.570/4416型＜1.570/4414型＜15t2.5-3.070/4414型2800＜2.556/3814型＞50t/d不掺稀5614型240030-50t/d4414型280015-30t/d3814型3000＜15t3214型35001、泵型及泵挂确定方法防脱器尾管悬挂混配器助抽器减载器配套工艺二、前期选泵及杆柱设计方法2、前期杆柱受力分析油田缺乏专用的稠油有杆泵井杆柱设计软件。由于油稠、泵挂深，故我厂全采用H级高强度抽油杆，杆柱设计主要为1″、7/8″及3/4″三级组合或1″及7/8″两级杆柱组合，杆柱比例（3:4:3）参考《采油技术手册》推荐的H级抽油杆组合方式。在受力分析上，主要考虑杆柱载荷、液柱载荷及惯性载荷来计算各级杆的受力情况：上冲程最大载荷计算：下冲程最小载荷计算：lr2maxn=(W+W)(1+)1790sFl2rminn'=(W+W)(1-)1790sF该公式为稀油井载荷计算的经验公式。二、前期选泵及杆柱设计方法我厂稠油井混合液粘度高，前期杆柱受力计算未考虑稠油粘滞阻力及沉没压力，以70/44抽稠泵为例：上冲程：载荷决定于70mm泵径，与70mm管式泵类似（液柱载荷+杆柱载荷+惯性载荷）；下冲程：决定于44mm泵径，即下冲程载荷包括液柱中杆重、惯性载荷和液柱载荷。我厂抽稠泵井全为掺稀井，力学分析与管式泵存在差异，前期开发的小软件只适合不掺稀油井管式泵，未考虑对稠油井有较大影响的摩擦载荷及高沉没度产生的沉没压力；因此，直接挪用于我厂稠油有杆泵井杆柱设计中并不合适。结论：2、前期杆柱受力分析泵上杆柱存在拉、压交变载荷，使用系数设置为0.8，常规设计思路有2种：载荷最轻先预设1″杆比例为最低值，然后逐渐增大3/4″杆比例，直至其“应力范围比”最接近且低于100%；然后调整1″杆比例，使7/8″杆应力范围比更大；等强度调整杆比例，使各级杆“应力范围比”接近即可，深抽设计时往往导致最大载荷超出抽油机额定负荷。二、前期选泵及杆柱设计方法用修正古德曼图方法进行受力评价，得出在经验3:4:3三级杆柱结构下的最大抽深：泵型修正古德曼图方法目前平均泵挂深度（m）1：7/8：3/4最大抽深(m)56/3830:40:302580280270/4430:40:301540242170/3230:40:3013302520各类型泵最大抽深与实际下深对比表由于原油粘温拐点深，且转抽初期动液面较高，设计下泵深度未按动液面降至泵吸入口的最安全工况考虑，而为了原油入泵角度考虑，因此目前下泵深度已远超出杆柱抗拉强度。1）杆柱受力计算不完全，未考虑对稠油有杆泵井影响较大的摩擦载荷及高沉没度产生的沉没压力，必然会导致抽油井设计与实际情况产生较大的误差；3）下泵深度远远超过抽油杆抗拉强度，随着动液面逐渐下降，载荷逐步上升，杆柱拉伸，导致冲程损失大、泵效低，超出杆柱抗拉强度，杆柱断脱问题将越来越突出。前期杆柱设计方法存在问题3、存在问题为什么沉没度还高，就出现载荷高、电流高，油井不出液~····2）杆柱组合设计比例3:4:3是稀油井管式泵杆柱设计的经验方法，缺乏针对稠油井皮带机-特种泵杆柱组合设计方法；二、前期选泵及杆柱设计方法3、存在问题抽油杆脱扣杆柱受力弯曲及旋转导致抽油杆中下部脱扣。悬绳器毛辫子扭转使抽油杆中上部脱扣。油稠、泵间隙小（2.5级）阻力大抽油杆下部失稳弯曲严重，造成抽油杆中、下部断。动液面加深、最大拉应力增加导致抽油杆中、上部断。抽油杆断裂供液能力变差、沉没度下降油稠粘度大、下行阻力大2012年机抽井杆柱断脱28井次，占总检泵井次44.4%，其中杆断裂12井次，脱扣16井次。目前油田稠油有杆泵井杆柱在井筒中受拉应力状态及交变应力状态远远超过预计，这必将会大大降低抽油杆的使用寿命，导致抽油杆频繁断脱，降低油井检泵周期。汇报提纲第二部分前期选泵及杆柱设计方法第四部分存在问题及下步工作第三部分泵型及杆柱设计优化第一部分泵型及杆柱设计原则常规70/44抽稠泵针对常规抽稠泵排量小难以满足提液需求、稠油井滞后率高、杆脱扣等矛盾，我厂结合泵厂家再常规70/44泵的基础上进行了3项技术改进，成功研制侧向进油70/32大排量抽稠泵。32mm小柱塞44mm小柱塞5级泵间隙2.5级泵间隙42mm侧向进油阀23mm柱塞进油阀对比项目70/44液压反馈70/32短冲程70/32长冲程泵排量系数3.354.374.37进油方式小柱塞内径进油（进油通道7m）侧向进油（进油通道0.2m）侧向进油（进油通道0.2m）冲程范围3、4、54.2、4.8、5.51.8-8m任意调整冲次范围3、4、53、4、51-4次任意调整泵间隙2.555、8地面配套14型16型长冲程抽油机最大排量84120139三、泵型及杆柱设计优化1、优化改进泵型突破技术瓶颈，改制大排量抽稠泵改进后70/32大排量抽稠泵70/32大排量泵推广运用情况某12253X井（25万mpa.s）自喷转70/32泵（8级间隙）生产曲线自喷转70/32泵，泵挂2404m稀稠比1.4日液35.4t，泵效92%已推广应用69井次，大排量泵具有排量大、抗稠油性能高的优势，大大降低了滞后率及杆断脱现象，大排量泵增油7.19万吨（老井3.68万吨），减缓递减0.68%。某12321井电泵转70/32泵生产曲线转70/32泵，泵挂2620m日液30.2t，泵效84.6%100/3500电泵,泵挂3527m日液26.3t，泵效117.6%三、泵型及杆柱设计优化1、优化改进泵型推广运用效果突出类型井次应用前应用后对比泵径泵深平均排量日液日油稀稠比泵效泵深平均排量日液日油稀稠比泵效平均泵效日液稀稠比mmmm3t/dt/d%mm3t/dt/d%m3t/d换大泵770/4425146116113.68026177530182.182214-1.5替代电泵25100289085272027525547823171.9794-4-0.1自喷转抽转抽稠泵21///21152.5/2524/23201.484///替代电泵16///24182.9/2840/25211.689///小计69/26538023172.57725187726211.88583-0.7进油口直径51mm大柱塞直径83mm泵径规格70/4470/3283/44冲程范围（m）5.1-7.25.1-9.3进油口直径（mm）234251泵常数K（m3/h)3.354.375.6最大排量（m3）84140179连接油管3寸半4寸半最大外径（mm）107150178最大下泵深度（m）28003000三、泵型及杆柱设计优化1、优化改进泵型设计制造83/44大排量抽稠泵设计思路：在70/44、70/32基础上进行改进：①增大大柱塞直径，泵排量相较70/44提高63%，较70/32提高25%；②侧向进油，降低井液入泵阻力，提高泵充满程度。某12150：管柱采用41/2″NUE油管，泵挂2509m，地面配1000型皮带机，杆柱采用7/8″