钢板切割徐建礼 张雷 刘丙生
（胜利油田分公司采油工艺研究院）
摘要：塔河油田奥陶系碳酸盐岩油藏具有超深、缝洞发育等特点，由于注水困难，后期开采方式将以追踪液面深抽为主。本文综合分析了深抽的技术难点，提出了防气、锚定、减小偏磨等具体解决措施。对于超深液面油井，建议采用有杆泵－电泵复合举升工艺。
关键词：深抽 油气分离气 油管锚定 长冲程 复合举升 随着开发的不断深入，油层能量逐渐降低，低液面油井不断增多。特别是以塔河油田奥陶系碳酸岩储层为代表的西部油藏具有超深、高气油比、缝洞型地层等特征，油井深度5000米以上。随着油藏的开发，地层能量逐渐降低，由于塔河油田特殊的地层条件和西达里亚等外围油田特定的社会环境，目前还没进行正规的注水开发。由于地层能量没能及时得到补充，地层压力不断下降，将有越来越多的油井表现为深泵挂、低液面、低产能。进行深抽是塔河油田后期提液的主要手段。 一、超深井举升技术现状及存在的问题
深抽的目的是为了放大生产压差，强化开采，进一步挖掘油藏的生产潜力，以保证油田的持续稳定生产。从国内外的综合分析来看，其主要手段以有杆泵、电潜泵为主。特别是塔河油田全部采用了H级超高强度抽油杆，抽油机基本上是14型大抽油机，这些都为深抽创造了有利条件。目前最大下泵深度已超过3000m，居国内领先地位。
近年来，由于潜油电泵制造质量的提高，电缆的耐温等级、电泵机组整体技术可靠性都有了较大改善，大功率电机的推出，使机组有效扬程可高达3000米以上，平均无故障连续运转时间长达1年半以上。高扬程潜油电泵越来越多地应用于深抽井中。
深井举升存在的难点问题主要有以下几方面。
1、 深井举升面临的首要问题是液面低造成原油脱气，将严重影响举升泵的效率。
当井筒压力低于气体溶于液体的饱和压力时，溶解于井液中的气体将分离出来，对举升设备将产生很大的影响。对于抽油泵来说，通常以两种方式影响泵的排量。首先在下死点开始上冲程时，由于泵筒内有气体，抽汲时泵筒压力下降缓慢，固定阀不能及时打开，减少 了泵的有效冲程。同时造成在吸入过程中气体伴随液体进入泵内，降低了每一冲程的产液量。其次，由于泵腔内含气，下冲程时泵腔内压力上升缓慢，游动阀不能及时打开，降低了排油时间。当气体影响极端严重时，会造成泵腔内气体往复膨胀、压缩。上行程泵腔压力始终大于泵吸入口压力，下行程泵腔压力始终小于液柱压力，固定阀和游动阀均无法开启，形成气锁。
超声波打磨机
气体对离心泵的影响更大。根据离心泵的工作特点，在工作介质为气液两相的情况下，泵的排量、压头和效率都会明显下降。离心泵叶轮在工作时，当气体分离后，在叶轮和导壳中产生涡流。这些气泡一方面占据了流道体积，使液体排量减少。另一方面，气体使混合液密度降低，离心力减小，从而降低了泵的扬程。严重时会造成气锁排不出液体，并产生气蚀现象，损坏叶轮和导轮。 2、深抽大负荷引起杆管失稳偏磨
失稳弯曲是造成管杆偏磨的主要原因。在上冲程过程中，杆柱每一点的合力都是向上的，杆柱被拉直，不会发生偏磨现象。中合点(即合力为零的点)以下油管受力如下：上部油管在井液中的重力形成的向下的压力，下部油管在液体中的重力以及管内介质对油管和活塞
泵筒向上的摩擦力。在上述力的作用下，下部油管发生摆动与抽油杆接箍产生偏磨。。
在下冲程过程中，油管每一点的合力都是向下的，油管被拉直，不会发生偏磨现象。杆柱下冲程时各点受力比较复杂，而且处于变化中，下冲程运动开始时，还受到杆柱向上的惯性力的作用。下部杆柱在压力作用下完成下冲程，容易弯曲变形，发生偏磨现象。由于杆柱的塑性较强，上部的重力不会很快对下部形成压力，而下部杆柱在上冲程的惯性力作用下还在向上运动，大大增加了中下部杆柱的弯曲程度，杆柱发生弯曲的这种现象，称为失稳。杆柱失稳是偏磨的主要原因。由于偏磨，使抽油杆强度变低，加之交变载荷的影响，抽油杆容易疲劳。因此，底部抽油杆出现断脱的情况较多。
3、深抽冲程损失明显加大
有杆泵在抽油过程中,油管承受交变载荷,上冲程油管因卸载而缩短,下冲程油管因受载而伸长,这不仅会增加光杆冲程损失,而且将造成油管弯曲、偏磨,从而影响了管柱寿命。对于直井,如果不进行锚定,则冲程损失为
式中,λ为冲程损失,m;ρ1 为液体密度,kg/ m3 ;
f p 、f t为活塞、油管金属截面积,m2 ;
L 为抽油杆柱总长度,m;
E 为钢的弹性模数,2. 06 ×1011 Pa ;
η 为影响泵效, %;
S 为光杆冲程,m。
在以下参数情况下生产: 1600m 泵挂、44mm泵、冲程为5m、冲次为3次、73mm 油管、井液密度为0. 9g/ cm3 ,因管柱伸缩可造成的冲程损失在0. 14m ,泵效降低2. 8 个百分点,而且泵挂越深,影响越大。
表1 不同泵深的冲程损失
泵挂深度/ m | 1600 | 1800 | 2000 | 2200 | 2400 | 2600 | 2800 |
冲程损失/ m | 0.14 | 0.18 | 0.22 | 0.27 | 0.32 | 0.38 | 0.43 |
降低泵效/ % | 2.8 | 3.6 | 4.4 | 5.4 | 6.4 | 7.6 | 8.6 |
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由此可见,油管锚定是深抽配套技术的一项重要内容。
4、抽油泵的漏失加大，
应用缝隙流的流量方程计算漏失量。
式中，
q—— 漏失量，m3/s；
D—— 柱塞直径，m；
ε—— 相对偏心距ε=e/δ；
g—— 9.8m/s2
δ——单面间隙，m；
ΔP——柱塞上下压差，Pa；
U——柱塞最大运动速度，m/s；
μ——动力粘度Pa.s
由于漏失量与柱塞压差成正比，随着举升高度的增加，泵的漏失显著增加。
5、单项举升工艺无法满足进一步深抽的要求
表2 举升工艺适应性对比
便携式吸尘器
对比 项目 | 适应条件 | 有杆泵 | 螺杆泵 | 电潜泵 | 水力 活塞泵 | 水力 射流泵 | 气举 |
系统 基本 状况 | 复杂程度 | 简单 | 简单 | 井下复杂 | 地面复杂 | 地面复杂 | 地面复杂 |
一次投资 | 低 | 低 | 较高 | 较高 | 较高 | 最高 |
运行费 | 较低 | 较低 | 高 | 较低，但高含水后运行费高 | 较低 | 较低，但小油田较高 |
排量，m3/d | 正常范围 | 1～100 | 10～200 | 80～700 | 30～600 | 10～500 | 30～3180 |
最大值 | 300 | 250 | 1400 | 1293 | 1590 | 7945 |
泵深，m | 正常范围 | <3000 | <1200 | <2000 | <4000 | <2000 | <3000 |
最大值 | 国外 | 4530 | 2000 | 4572 | 5484 | 4572 | 3658 |
国内 | 3000 | 1200 | 3480 | 2500 | 2000电解水制氢机 | |
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从上表可以看出，单项举升采油工艺应用于3000米之内是可行的，但对于更深液面的举升，必须采用新的采油技术。
总之，深抽井对系统设计，油井设备及配套工具和生产管理提出了更高的要求。深井采油要取得好的效果，必须要有完善的配套技术做保正。
螺旋分离总成
通过滑脱和离心作用将油气分开。分气过程可分为五遥控直升机模型个步骤。
套管
度差，使油气产生滑脱，气泡上行速度vg等于液体上升沉降分离总成
速度vf加上气泡在静止液体中上升速度vd。因此，气泡上升速度较液体上升速度快一个vd， 气泡首次分离。
式中 vd——气泡在静止液体中的上浮速度，cm/s；
d——气泡直径，cm，一般取0.1~0.2cm；
o——原油密度，g/cm3；
g——气密度，g/cm3；
o——油的动力粘度，Pa·s；
g——重力加速度，cm/s2；
因此，气泡上浮速度与气泡直径平方成正比，与液体粘度成反比。降低泵吸入口压力使气泡直径变大会大大提高分气能力，而高粘度原油中气泡不易分离。
第二步：气泡在进液孔附近进行二次分离。当气泡到进液孔附近时，液流要流向进液孔，流动方向发生改变，气泡上升速度及方向也将改变，气泡垂直分速为vd+vfv，水平分速为液流水平分速vfh，如图2所示。
由图2可见，液体比气泡更容易进入分离器，而且液体中气泡能否进入分离器将取决于垂直分速度与水平分速度的比值。垂直分速度愈大，水平分速度愈小，则气泡越不容易进入。因此，越靠近吸入口的气泡，水平分速度愈大，越容易被液流带入。气泡直径愈小，垂直分速度愈小，越容易被液流带人气锚。
第三步：进入吸入口的气泡，在吸入口附近进行三次分离。当油气刚进入吸入口时，液体流向是近似水平的，而气泡有向上的上浮速度，这时有部分气泡上浮，从吸入口排出。
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