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检泵原因分析及对策

热度0票  浏览0次 时间:2017年11月13日 13:52
一 基本情况
马寨作业区目前共有排采井378口:其中抽油机排采井376口;螺杆泵排采井1口;射流泵排采井1口。 其中检泵周期在1年以上的为89口,2年以上的85口,3年以上的35口,检泵周期3年以上的井数占总井数的9.3%。
影响油井检泵周期的原因是多方面的,既有单井的原油物性、井筒状况、泵杆管工具质量、相关技术配套、作业施工质量也有后期管理等。其中任何一点出问题必将影响到整个系统。但各种因素又往往相互交叉,共同作用,只有根据各油井的实际情况,综合应用配套工艺技术,进行综合治理,才能延长检泵周期。
(1)、环境因素的影响
油井井筒状况日趋复杂,随着老油田开发时间的延长及新投丛式大斜井的增多, 油井油管杆、深井泵工况环境变差,断、脱、漏卡、堵等影响作业质量的因素不断增多。
(2)、泵杆管工具质量的影响
① 油管
经现场检查发现:少数新井油管公扣强度较低,造成上卸粘扣发生漏失;长期生产的油管上卸扣次数频繁,加上生产过程中载荷冲击,公扣部分锥度不足,上扣预紧时发生一定数量的漏失;结蜡结垢严重的井,在油管内壁凝结成环状同心圆,使油管的内径变小,清洗过程中刺不掉;油管内壁垢在一钻过程中脱在深井泵内,活塞探不到底,造成无效作业。
② 抽油杆
抽油杆对检泵质量的影响因素也比较多。一是抽油杆应力超过疲劳极限,随着上下冲程的交替,随的载荷不断发生从小到大的重复变化,钢质抽油杆的疲劳极限一年仅为107 冲次, 抽油杆的安全使用期为5年,而正常服役的抽油杆据统计都在5年以上;二是轴向应力影响,抽油杆最容易在距接头10~20cm 处断裂,主要原因是在工作中要产生轴向作用,抽油管过渡段在加厚部分的轴向曲率的作用下,产生的应力要大大超过设计的计算值。液击大大加快了疲劳损坏,使供液能力差的井比供液能力好的井抽油杆断裂的频率高。腐蚀、超载、抽油杆组合不当、设计组合执行等强度原则不完善、抽油杆上下调换频次少及制造缺陷的影响。
 
可以看出,因杆、管、活塞、泵方面出现问题是造成检泵的主要原因,共计177井次,占抽油机排采井检泵总数的83.89%;其中尤以管杆偏磨问题(超过50%)最为严重。
二  检泵原因分析
由以上统计可以看出,管杆偏磨问题(超过50%)最为严重。因此工区本次以解决管杆偏磨问题,做为延长检泵周期的关键。
在抽油机生产过程中,抽油杆始终存在着上下冲程位移。现场发现抽油杆偏磨部位大多数在杆柱下部,泵上6~10根,而且每根抽油杆偏磨位置大多集中在直径较大的节箍。
如下图油杆偏磨后抽油杆断面大致分为四种。 
1 底部抽油杆弯曲与油管内壁磨损
在下冲程时,抽油杆主要受两个方向的力:一个是自身在液体中向下的重力,另外一个是向上的弯曲应力。及在下冲程时活塞受到的向上的组力,包括流体对活塞的阻力,活塞与泵筒间的摩擦力等。而弯曲应力随着活塞直径、冲程和冲次的变大而加大。
而在生产过程中,弯曲应力可以与抽油杆在液体中的重力抵消,但是弯曲应力作用在活塞上,而活塞附近的抽油杆重量轻,弯曲应力大于抽油杆在液体中的重量,向上逐渐趋向平衡,这就造成了抽油杆杆柱在下部某点以下抽油杆受压弯曲,以上抽油杆呈拉伸状态,而该点及为中性点。 
2 井斜造成的抽油杆弯曲
由于井斜(狗腿子)的存在,在下冲程时,造成抽油杆重力在垂直斜面的分力使抽油杆弯曲与油管接触,使抽油杆节箍发生偏磨如下图:
 
(三)油管弯曲造成抽油杆与油管间磨损
在上冲程时,游动凡而关闭,此时油管在承受轴向力,中性点以上保持垂直,而中性点一下,则产生弯曲,而上冲程时,抽油杆因受力保持垂直状态,于是油管弯曲的地方二者相互接触产生磨损。
上诉弯曲引力的大小是泵的柱塞面积及其上下压力差的函数。即动液面越底,油管内外液位压差越高,越容易发成油管弯曲造成杆管偏磨。
在实际生产过程中上述几种偏磨是同时存在的:下冲程时,由于抽油杆弯曲、油管垂直,造成油管与抽油杆偏磨;上冲程时,又由于油管弯曲、而抽油杆垂直,造成油管与抽油杆偏磨。这样就造成了上、下冲程抽油杆与油管偏磨方向的不一致状况,而使被偏磨的抽油杆节箍断面呈椭圆形、三角或扇形。
三 认识及对策
根据上诉抽油杆受力、杆管偏磨机理及原因分析,可以得出减缓杆管偏磨的宏观思路:
1、防止管、柱弯曲
2、减少杆柱受压
工艺上:
1、避免管杆接触
避免管杆接触的最好方法是在管杆偏磨段的抽油杆上安装扶正器。通过扶正器与油管的接触来避免抽油杆与油管直接摩擦。目前工区检泵作业井下的扶正式抽油杆,扶正器外径比抽油杆节箍粗,自身先与油管内壁偏磨,大大延缓了检泵周期,而且其重量轻,体积小,成本低,安装简单,目前使用广泛。但是缺点是该工具无法避免油管局部偏磨,时间稍长,抽油杆节箍依然将被磨穿。
2、优化抽油杆组合,避免抽油杆弯曲
抽油杆下部加重技术就是在抽油杆柱下部、活塞以上加上一定数量的大重度抽油杆,即加重杆。其长度计算公式如下:

另外,由于Ø38mm和Ø44mm管事泵泵筒内径的限制,活塞上游动凡尔罩的周向过流断面相当小,当活塞下行时产生的液流阻力很大,引起下部抽油杆纵向弯曲。为此,研究出了加长活塞配套工艺技术,将活塞上游动凡尔罩移出泵筒,摆脱泵筒内径的束缚,过流面增加了9~10倍,大大降低了流动阻力,减小下部抽油杆的纵向弯曲。
3、优化油管组合,避免油管弯曲
井况因素和油管蠕动是造成油管弯曲的两个因素。只有当泵挂小于拐点或套变深度时,因井斜或套变造成的油管弯曲才可避免。但是当井供液不足、动液面低于拐点或套变位置时,已不可避免油管弯曲,阻止管杆接触才是唯一可行的办法。
油管蠕动弯曲仅在油管自由悬挂时才会出现,因此对油管下部进行锚定是避免油管蠕动的最好方法。油管锚定不但避免了下部油管蠕动变形弯曲,同事也减小了冲程损失,提高了泵效。由于外界因素影响,不能下油管锚的井可适当加长尾管,以抵消油管弯曲作用力,消除油管蠕动弯曲。如下公式:

因上部泵筒抗拉强度的限制,尾管最大长度不应大于250m,否则泵筒外必须加悬挂泵套,以防拉断泵筒。
4、改变管杆偏磨位置
使用抽油杆旋转器,该装置安装在悬绳器上端,利用抽油机自身动力,实现抽油杆匀速转动,使磨损在抽油杆节箍360o范围内均匀分布,从而达到减缓偏磨,提高检泵周期的目的。 
工作制度上:
1、加强作业施工各环节质量控制,加强对管、杆、泵运送和现场摆放的管理,抽油泵必须专车运送,专用泵架固定,管杆运送过程中和摆放现场必须整齐摆放,上部不允许压重物(月度随时抽查)。检泵作业入井的管、杆、泵、井下工具附件材料的质量,实施入井许可证制度,由专门的专业人员鉴定后方可使用。规范管、杆的起下、刺洗操作;严格执行相关操作规程,刺洗时要求将管杆附着油污全部刺洗干净,对腐蚀、偏磨井段对应管杆重点检查;
2、调整工作制度,合理的工作制度是确保油井稳产的重要保障, 也是确保油井正常生产的基础。抽油机井在生产过程中, 抽油杆受到的应力大小与冲程、冲次、泵径、泵深四个参数有很大关系, 而油稠、出砂、结蜡、偏磨严重、供液差的油井, 对工作参数的要求更加严格。长期以来, 由于地面管理与地下管理相互脱节,深井泵生产参数运行不合理、部分油井负载大、出砂井油层砂埋、频繁倒井等一系列矛盾逐渐暴露出来。为此,工程技术人员应用工况管理系统软件进行参数优化,以工况图作为宏观指示表, 指导单井的管理工作对工况不合理的油井采用切实可行的整改措施, 使油井工况逐步向合理区、优良区转变。以“ 曲线” 为依据优化生产参数, 使油层、机、杆、泵、工作制度有机协调。 



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