油井工况诊断分析及管理探讨

油井工况诊断分析及管理探讨

刘翠霞

黑龙江省大庆市第三采油厂第四油矿404队

摘要：有杆泵抽油设备在油田采油生产中应用最为普遍，其设备的运行效率对油田生产影响巨大。为此，对有杆泵抽油设备常见工况进行诊断分析，以便油井管理人员能及时而又准确地监测和判断出有杆泵抽油井的故障所在，并对发生的故障进行有效及时的处理，有助于进一步提高油田生产的科学管理水平。

关键词：油井工况；有杆泵抽油机；分析；管理

前言

有杆泵抽油机是应用最广泛的机械采油设备，世界上80%以上的采油井采用这种采油方式，常规抽油杆工作时是在油管中上下反复运动，在这种交变载荷的作用下经常会发生一些故障，如皮带疲劳断裂事故、油井偷停故障、汽窜故障、井卡故障、接箍外积蜡严重等。抽油装置特别是井下装置的故障所造成的经济损失是及其巨大的。

1油井常见工况分析

1.1油井供液不足

供液不足是指油井抽油泵抽汲过程中液体不能及时充满抽油泵的工作筒，使得抽油泵充满系数降低，油井排量减小。油井供液不足典型表现是沉没度太小，液体供应不足，抽油泵无法充满。特点是下冲程悬点载荷变小较慢，在活塞接触到液面时，悬点载荷才迅速变小，因此，出现供液不足时，卸载线较正常情况陡而直。在示功图上，从上死点开始，下冲程光杆负荷并没有迅速降低，运动一段距离后，负荷才开始降低。在这段运动距离内，泵内没有液体，游动凡尔不打开，负荷基本同上冲程一样。只有当活塞接触到液面，负荷才开始逐渐减小。对于供液不足情况，当泵充满度不好，卸载线会向左偏移，充满度越差，偏移程度也越大。载荷线也会向左偏移，并且与卸载线保持平行，呈现刀把形状。

1.2抽油机皮带断

抽油机皮带用于抽油机动力传动，皮带在传动时受到摩擦阻力影响，导致皮带磨损严重，长时间使用时皮带容易出现断裂情况。当摩擦阻力有一点极限值，当工作阻力大于摩擦阻力时，皮带就会出现打滑，不能正常工作，打滑时皮带会磨损严重，且皮带工作状态不稳定，产生大量热量，皮带损耗加剧，加速断裂。皮带断裂后，抽油机无动力传输，停止运转，电机处于空转状态，抽油机停止工作，油井液体无法被抽出来，皮带断裂属于地面故障，在示功图上变化不明显。

1.3抽油杆断脱

抽油杆柱由于长期受交变载荷和油、气、水以及腐蚀介质的共同作用，再加之定向井的偏磨，造成油井发生断脱。抽油杆柱承受的载荷随深度有所变化，如抽油杆柱载荷越往下越小，加上下部抽油杆柱所承受的上顶力的作用，在中和点以下抽油杆柱由承受张应力变成压应力，迫使抽油杆弯曲，增大了扭力和摩擦力，使得下部抽油杆工作条件更加恶劣。光杆负荷在上下冲程中是不相同的，在保证产量的前提下，长冲程和小冲次可以使负荷变化最小，负荷的变化主要与光杆的冲程和抽油机悬点负荷有关。由于负荷反复变化的冲击，疲劳破坏是抽油杆所有损坏形式的基本特点，疲劳破坏往往是由于弹性极限的交变压力造成的，弹性极限是不使金属产生永久变形的最大负荷。抽油杆因反复拉伸作用而产生裂纹，则属于应力疲劳破坏。直井抽油杆弯曲产生于下冲程。在下冲程时，抽油杆带着柱塞下行，固定阀关闭，排出阀打开，液柱作用在油管上，使油管伸直。

1.4气体影响

在抽油过程中，总有或多或少的气体进入泵内。在活塞上行时，油气混合物进入泵内，并且随着活塞继续向上运动，泵内压力降低，溶解在石油中的气体大量分离出来，同时由于气体产生膨胀，使光杆载荷不能很快地增加到最大理论值，导致增载过程变慢。在上下行程过程中，进步泵中的气体越多，对深井泵的影响越大，严重时，游动阀关不上，固定阀打不开，形成气锁。电流无规则大幅度变化，可能造成欠载。当泵的排量大于油井在该泵挂深度的供油能力时，在抽油过程中，动液面逐渐降低，直至动液面降低到泵的进口附近，大量套管气进入泵内。在整个上冲程中，泵内气体膨胀，固定凡尔打不开；在整个下冲程中，由于工作筒内无液面，活塞只是压缩泵内的气体，即使活塞行至下死点，泵内气体压力仍然小于活塞截面积以上的液柱压力。所以游动凡尔打不开，泵不出油。

1.5结蜡

石油中大都不同程度地含有蜡，当温度降低到蜡的初始结晶温度时，溶解在石油中的蜡就会凝析出来，粘附在油管、抽油杆、深井泵等井下设备上，这种现象就称为油井结蜡。油井结蜡是影响油井生产的一个重要因素。由于油井结蜡可增大光杆负荷，引起凡尔失灵或卡死凡尔，卡死活塞，堵死油管。因此，研究油井结蜡对示功图的影响，从而了解泵工作的情况，对于维护油井正常生产是很有实际意义的。

2油井工况管理

（1）当油井出现供液不足时，液面降低，靠近泵吸入口，套管环空内部气体进入抽油泵内部，导致停泵情况出现，电流降低。此时可以通过降低抽油机工作参数，减少地面汲井筒损耗，提高抽油机效率。需要根据油井具体产能情况，以及井筒和地面条件、地层出水情况等，采取优选抽油机型号、优化才有方式、下调抽油机冲次、合理设置抽油机沉没度等措施，改善供液不足情况。还可以采取间歇生产的方式，等待液面回复正常后再开泵生产，既可以采取人工方式，也可以采用自动化控制的方式。对于泵挂较浅的情况，可以采取加深泵挂的方式。还可以采取酸化、压裂及有机解堵等措施来改善供液不足情况。

（2）抽油杆断脱后，悬点的载荷只有断点以上剩余杆的自重，当然要比原来小，只是由于抽油杆与井筒中液体摩擦力的作用，才使上下载荷线不重合，摩擦力大上下载荷线之间的差就相对大一些，反之就小一些。当抽油杆上行程时，由于井下一端负荷小，靠平衡块就能将驴头拉起，电机做功小，因此电流下降，下行时，由于井下负荷小，平衡块要靠电机做功才能将它举升上去，电机做功大，所以电流上升。断脱的部位越靠上，抽油杆上部越轻，上行电流下降越多。抽油杆断落的主要特征为：示功图呈水平状、细长条形；油井几乎不出油，泵效基本等于零；泵示功图的最小载荷值小于理论最小载荷值，示功图的最大载荷值小于理论最大载荷值。盘根盒比较紧，且油水乳化严重，油粘度大，摩擦阻力大，图形有时呈宽条带状。

（3）当油井气体影响或者已经形成气锁时，大量气体进入泵内后，引起游动凡尔、固定凡尔均失效，活塞仅对气体起到压缩和膨胀作用，泵不排油。现场工作人员可以采取人工开关放气阀，放套管气，在套压闸门处安装“定压放气阀”。“定压放气阀可根据设定的压力自动释放井底气体，维持平稳的生产压差防止气体进入泵内影响泵的正常生产，还可以安装井下气锚。

（4）游动凡尔和固定凡尔同时都受到结蜡的影响，不能灵活地及时开关，从而引起漏失，导致光杆负荷不稳定，在示功图上呈现波浪起伏的变化；油管和油杆结蜡会缩小油流通道，增大油流阻力，增大光杆负荷，严重时可以将油管全部堵死，迫使油井不出液，停产。整个实测图比理论示功图肥胖；固定凡尔被蜡卡死是在上冲程中，由于固定凡尔卡死，井中有结蜡的影响，使抽油杆的运动受到了阻碍，所以实测示功图的最大负荷线超过了理论值，并有波浪式的变化。实测图的最小负荷线接近于最大理论负荷线，直到下死点时负荷才降到最小理论值。

3结束语

有杆泵采油设备对整个原油生产起到至关重要的作用，一旦出现故障不仅影响油田正常生产，还会出现各种安全隐患。工作人员能及时而又准确地监测和判断出有杆泵抽油井的工作状况，并对发生的故障进行有效及时的处理，不仅会大大降低原油的生产成本，还可以获得更高的经济效益，有助于进一步提高油田生产的科学管理水平。

参考文献：

[1]陈宪侃，叶利平，谷玉洪．抽油机采油技术[M]．北京：石油工业出版社，2004.