在斜井中，當(dāng)抽油泵斜度大于45º以上時，有桿抽油系統(tǒng)幾乎很難正常工作。墩塘油田墩2斷塊位于淮河入江口，考慮經(jīng)濟、泄洪和污染等因素，不宜建造水上平臺或人工島。2009年至2010年初墩2斷塊E1f2層采用中半徑定向井方案鉆成大斜度開發(fā)井四口，泵掛處的井斜平均在45º以上，給有桿泵抽油帶來極大的困難。為確保大斜度井順利投產(chǎn)且長期高效生產(chǎn)，在開發(fā)該斷塊之前，研究人員已著手在鄰近的楊家壩油田斜井進行先導(dǎo)性抽油工藝研究，積累了適用于墩2斷塊的、大斜度井延長免修期的有桿泵舉升工藝技術(shù)的相關(guān)經(jīng)驗經(jīng)驗，并在該區(qū)塊投入采油后成功地實踐了上述理論。
導(dǎo)致斜井故障因素
井斜角是導(dǎo)致斜井抽油設(shè)備故障率升高的重要因素 楊家壩油田32口斜井兩年來故障資料顯示：最大井斜大于30º的19口油井，桿管泵斷脫事故50井次，平均免修期只有143天;而最大井斜小于30º的 13口油井，桿管斷脫事故12井次，平均免修期達(dá)到380天;由此可見大的井斜角是導(dǎo)致斜井故障率升高的重要影響因素。
狗腿度使斜井故障率增加且使故障因素復(fù)雜化 斜井抽油桿斷脫還出現(xiàn)在斜率比較大的井段。實際上，斜井故障資料統(tǒng)計分析表明：由于狗腿度的存在，無論井斜角大小斜井都存在抽油桿脫裂。井斜越大則狗腿度越發(fā)育，因而抽油桿斷脫情況就更加復(fù)雜。圖1為抽油桿、扶正器斷裂次數(shù)在抽油桿柱相對位置上的分布圖，橫坐標(biāo)為抽油桿柱發(fā)生斷裂的相對位置，用百分比表示，井口為0，底部為100%。縱坐標(biāo)為斷裂次數(shù)。通過分析圖1可知：
抽油桿柱在泵掛至70%之間斷裂失效12井次，占33%。分析認(rèn)為該油田三級組合抽油桿柱的下部抽油桿規(guī)格較小，抗彎剛度較低，下沖程時，由于泵與柱塞間的半干摩擦力、流體阻力，以及井眼傾斜、狗腿的影響，造成該段抽油桿柱承受壓載，發(fā)生縱向彎曲，導(dǎo)致抽油桿斷裂。
抽油桿柱從井口至40%之間斷裂失效21井次，占58%。與直井中情況相反，在帶有狗腿的斜井中，該段桿柱不僅存在縱向彎曲，對應(yīng)抽油桿柱和扶正器斷裂7井次。因此在抽油桿柱上部，井斜角變化大或方位角有突變的狗腿段也極易發(fā)生抽油桿斷裂。
大斜度井中扶正器及抽油泵受力復(fù)雜，故障率高 兩年來，在造斜點以下至40%抽油桿柱之間，32口斜井扶正器桿體斷裂17井次。分析認(rèn)為，由于在造斜段有突變的地方，扶正器需承受較大的拉伸、軸向和交變扭轉(zhuǎn)載荷，容易斷裂。所以，對于大斜度井，應(yīng)改進扶正器和抽油泵的結(jié) 構(gòu)，優(yōu)化扶正器布置間距，優(yōu)選抽油泵參數(shù)，從而降低泵和扶正器的故障率。
綜上，斜井中桿管故障率的高低不僅取決于井斜的大小，而且還取決于狗腿度的大小及狗腿數(shù)的多少。目前現(xiàn)場抽油桿柱空間三維桿柱設(shè)計方法還處于理論階段，二維平面坐標(biāo)設(shè)計計算雖避免了抽油桿接箍與油管內(nèi)壁的偏磨，但仍未解決抽油桿柱桿體偏磨的問題。應(yīng)著重考慮狗腿對桿管摩擦力的影響，減少或避免抽油桿柱下部承受壓載荷，并根據(jù)斜井的特點改進抽油設(shè)備結(jié)構(gòu)，從而真正提高斜井抽油系統(tǒng)效率。
有桿泵采油
在大斜度井的應(yīng)用
以楊家壩油田斜井抽油工藝和原有小泵深抽成功經(jīng)驗為基礎(chǔ)，優(yōu)化設(shè)計了墩塘油田大斜度井抽油桿最佳組合、抽油桿扶正器間距等參數(shù)，改進常規(guī)整筒泵凡爾副結(jié)構(gòu)和抽油桿尼龍扶正器結(jié)構(gòu)，成功實現(xiàn)了大斜度井有桿泵的高效舉升。
抽油泵和抽油桿扶正器工藝改進見下：
對抽油泵固定凡爾副結(jié)構(gòu)工藝進行改進。為滿足常規(guī)有桿泵在大斜度井中采油，我們對現(xiàn)有深井泵固定凡爾進行工藝改進，使閥球與閥座接觸點距閥罩內(nèi)壁距離 h≤5mm，凡爾球被閥罩內(nèi)的四條筋扶正，使凡爾球只能沿著凡爾罩的軸線運動，液體從四條筋的周圍流過。該結(jié)構(gòu)具有較大的流通面積和較小的開啟高度，可以減小吸入阻力和凡爾坐封滯后時間。
對自旋式抽桿扶正器改進。油田與有關(guān)廠家協(xié)作，引進了自旋式扶正器。該扶正器的上、下增加了換向環(huán)(如圖2所示)，利用油管與抽油桿的摩擦力和產(chǎn)出液對扶正體螺旋棱的沖力，使扶正件旋轉(zhuǎn)，均勻磨損;選用了高強度扶正件及桿體材料，延長了尼龍扶正器的使用壽命，更有利于防止管桿偏磨。
抽油系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計見下：
抽油桿柱在普通二維設(shè)計基礎(chǔ)上，考慮拉、扭、摩等多種受力，結(jié)合楊家壩油田后期改進經(jīng)驗和本油田實際井況，優(yōu)化扶正器間距和加重桿的設(shè)計：
一般選用外徑為88.9mm平式油管，以提高油管剛度，減少油管蠕動所出現(xiàn)的漏失和斷裂，同時也減少了桿管摩擦點;油管柱采用壓縮式油管錨錨定;
選用D級抽油桿，H級光桿;在中和點安裝釋放扭矩的防脫器;在抽油桿柱壓應(yīng)力段連接加重桿;
扶正器布放位置遵循就近安裝，下密上疏、關(guān)鍵部位加短節(jié)的原則;對應(yīng)狗腿度大，則扶正器間距小而數(shù)量多;同時針對墩2斷塊，我們根據(jù)二維扶正器間距設(shè)計方法和實際狗腿度影響程度，繪制了斜井扶正器間距曲線圖(見圖3)，以供設(shè)計時查算;
優(yōu)先選用小直徑整筒式懸掛泵，根據(jù)區(qū)塊的產(chǎn)能預(yù)測確定下泵垂深和斜深;為減少振動、提高充滿程度，選用長沖程、慢沖次。
墩塘油田成功應(yīng)用案例
通過應(yīng)用大斜度井有桿泵采油工藝技術(shù)，墩2斷塊的四口大斜度井生產(chǎn)一直保持正常。投產(chǎn)時間較早的D2-19井，井斜角、水平位移均為全局之最，連續(xù)生產(chǎn)了 410多天。在充足供液能力下，四口大斜度井平均泵效達(dá)63.25%，其抽油桿柱設(shè)計計算的最大、最小載荷與實測載荷誤差在10%以內(nèi);現(xiàn)場試驗表明，該項工藝的應(yīng)用，滿足了墩2斷塊采油生產(chǎn)的需要，同時減緩了因井眼軌跡曲率變化大、井斜角大而造成的抽油桿與油管的偏磨，從而改善了油井的生產(chǎn)狀況，達(dá)到了延長檢泵周期，提高泵效、增加產(chǎn)量的目的，取得了較好的開發(fā)效益。
墩2斷塊大斜度井有桿泵采油技術(shù)具有施工工藝簡單、有效率高、有效期長、泵效高和成本低等特點，有效地解決了多年來大斜度定向井有桿泵方式采油時存在的技術(shù)難題;
大斜度井中，抽油桿柱優(yōu)化設(shè)計應(yīng)根據(jù)井眼軌跡的空間變化，精確計算多級抽油桿柱的最佳組合及扶正器的間距，同時還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際管桿偏磨情況進行相應(yīng)的參數(shù)校正;
該技術(shù)中采用常規(guī)游梁式抽油機，在保證產(chǎn)量的條件下，選用長沖程、低沖次，可降低抽油桿的相對變形值，提高抽油泵的充滿系數(shù)，同時改善抽油桿的工作條件，延長抽油桿的使用壽命。
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