油井回壓對抽油機(jī)能耗的影響分析

為了確定井壓對井壓的影響范圍和程度，本文從液體性質(zhì)、相流和多相流、管架、油泵丟失、能量消耗等方面揭示了反壓對工作的影響，并指出了當(dāng)前開發(fā)中存在的問題，并提出了建設(shè)方案。1井壓的影響1.1壓力下的流體密度井筒中的流體一般為水、油、氣三相混合物。按固、液、氣性質(zhì)劃分,可分為液、氣兩相流。液、氣兩相在壓力和溫度變化下可以相互轉(zhuǎn)化:在溫度一定的條件下,隨著壓力不斷升高,氣相首先轉(zhuǎn)變?yōu)闅?、液共?然后再變?yōu)橐合唷８鶕?jù)兩相轉(zhuǎn)化理論,來研究井筒中的流體在抽汲過程中流體密度的變化。上沖程時(shí),固定閥在環(huán)形空間沉沒壓力和泵內(nèi)壓差的作用下被打開,流體進(jìn)入泵筒中,此時(shí)由于流體所受的壓力和泵外的壓力相似,所以在密度上基本沒有大的變化;下沖程時(shí),固定閥關(guān)閉,泵內(nèi)壓力由原來沉沒壓力變?yōu)橐褐熬诨貕汗餐饔孟碌膲毫?。壓力的增?造成了氣相向液相的轉(zhuǎn)化。由于泵筒內(nèi)是一個(gè)封閉的空間,不能和外界進(jìn)行物質(zhì)交換,所以在壓力增大的情況下,不能提供向液相轉(zhuǎn)化的更多天然氣氣體,來降低液相的密度。此時(shí)只是在井筒中沒有及時(shí)分離出的微泡狀天然氣,在流入泵筒后被壓縮轉(zhuǎn)化成液相,使流體體積變小。此外還有流體中的液相,在壓力增大時(shí),液體中的分子距離縮小,宏觀上導(dǎo)致液相體積縮小。綜合上述兩種因素,造成油管內(nèi)流體密度增大。1.2影響擠油桿和管道的影響1.2.1n400m+3/4in713浚城市井筒液柱及下沖程時(shí)的伸長量抽油桿、管在外力的作用下會(huì)發(fā)生彈性變形。根據(jù)虎克定律,當(dāng)應(yīng)力不超過比例極限時(shí),桿件的伸長ΔL與拉力F和桿件的原長L成正比,與橫截面面積A成反比。以廣北區(qū)塊G9-X119井為例。桿組合為:1in×540m+7/8in×640m+3/4in×720m,共長1900m,泵徑為?44mm,沖程4.2m,沖次4次/min,日產(chǎn)液22m3。當(dāng)井口回壓增加1MPa時(shí),桿管在上、下沖程時(shí)的伸長量分別是:①上沖程時(shí),井口回壓增量通過井筒液柱傳遞到活塞上,此時(shí)抽油桿受力伸長,油管處于自然狀態(tài)。抽油桿的伸長量ΔL桿=0.0392m。②下沖程時(shí),井口回壓增量通過井筒液柱傳遞到固定凡爾上,此時(shí)油管受力伸長,抽油桿處于自然狀態(tài)。油管的伸長量ΔL管=0.0239m。由此可知,由于井口回壓增加的影響,使泵活塞的移動(dòng)距離減小了ΔL,ΔL=ΔL桿+ΔL管=0.0631m。對于G9-X119井來講,每天產(chǎn)液量降低1.0967m3。年產(chǎn)液量降低400.63m3。1.2.2抽油機(jī)計(jì)算結(jié)果以廣北區(qū)塊G9-X119井為例,當(dāng)井口回壓增加1MPa時(shí),在上、下沖程中桿管應(yīng)力變化及抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷變化可根據(jù)下式確定:Δσ=ΔPf=ΔFSf(1)Δσ=ΔΡf=ΔFSf(1)式中,Δσ為桿管在井口回壓變化下應(yīng)力變化值,MPa;ΔP為井口回壓變化引起載荷變化值,MPa·mm2;ΔF為井口回壓變化值,MPa;f為桿管截面積,mm2;f1為1in抽油桿截面積491mm2;f7/8為7/8in抽油桿截面積380mm2;f3/4為3/4in抽油桿截面積285mm2;f21/2油管為21/2in油管金屬部分截面積1165mm2;S泵為泵徑44mm的活塞截面積1520mm2;S管為21/2in油管內(nèi)部面積3018mm2。所以,上沖程時(shí),井口回壓增量通過井筒液柱傳遞到活塞上,此時(shí)抽油桿應(yīng)力增大,油管不受井口回壓的影響。此時(shí)各級(jí)抽油桿應(yīng)力變化值為:1in抽油桿應(yīng)力變化值為3.1MPa;7/8in抽油桿應(yīng)力變化值為4.0MPa;3/4in抽油桿應(yīng)力變化值為5.33MPa;抽油機(jī)的懸點(diǎn)載荷變化值為1.52kN。下沖程時(shí),井口回壓增量通過井筒液柱傳遞到固定凡爾上,此時(shí)油管應(yīng)力增大,抽油桿不受回壓影響,抽油機(jī)的懸點(diǎn)載荷不變。此時(shí),21/2in油管應(yīng)力變化值為2.59MPa。1.2.3g3-ss3井先由達(dá)西公式推導(dǎo)出壓力的變化與漏失液體流速的關(guān)系:hf=λ×ld×v22g(2)hf=λ×ld×v22g(2)式中,hf為沿程水頭損失,m;l/d為幾何因子,無因次;λ為沿程阻力系數(shù),無因次;v為漏失液體流速,m/s;g為重力加速度,9.8m/s2。hf=ΔPρg(3)hf=ΔΡρg(3)式中,ΔP為活塞上下的壓差,Pa;ρ為液體的密度,kg/m3。把式(3)代入式(2)中,整理得:ΔP=λ×ld×ρv22(4)ΔΡ=λ×ld×ρv22(4)液體在10MPa壓力下,間隙代號(hào)為3,泵型為?44mm條件下最大漏失量為1050ml/min,由式(4)可推出G9-X119井在上述條件下且井口回壓為零時(shí)的漏失量為1447ml/min;當(dāng)井回壓為1MPa時(shí),井口的漏失量為1484ml/min。由于井口回壓增加1MPa,造成每天附加漏失量0.0533m3,年漏失量19.46m3。1.2.4回壓功能模型當(dāng)井口回壓增大1MPa時(shí),井筒內(nèi)有流體要克服井口阻力做功。以G9-X119井為例,產(chǎn)液量22m3/d。因?yàn)槊壳?1/2in油管內(nèi)部體積為3m3,該井用6.2h就能把液體從泵活塞處提升到井口,所做的功W=P×S×H=7311200J=2.301kW·h(其中P為井口回壓增加的壓強(qiáng),Pa;S為油管內(nèi)截面面積,m2;H為泵到井口的距離,m)。每天克服井口阻力所做的功轉(zhuǎn)化為電能7.862kW·h,年克服阻力做功為2869.63kW·h。由于受抽油機(jī)機(jī)械效率及電動(dòng)機(jī)電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的效率的影響,實(shí)際消耗的電能要大于理論值。1.2.5段塞流和超壓值油氣混合物在油管內(nèi)的形態(tài)一般分為4種:泡流、段塞流、環(huán)流、霧流。霧流一般情況下不會(huì)出現(xiàn),在此不做分析。當(dāng)井筒某點(diǎn)的壓力低于飽和壓力時(shí),溶解氣就會(huì)從油中分離出來,以小氣泡的形式分散在液體中,此時(shí)為泡狀流;當(dāng)油氣混合物繼續(xù)上升時(shí),壓力不斷降低,溶解氣分離出更多的小氣泡,小氣泡不斷合并形成大氣泡,直到占據(jù)大半個(gè)油管的內(nèi)截面積,這時(shí)為段塞流;混合物繼續(xù)上升,氣體不斷分離,大氣泡逐漸形成連續(xù)的天然氣通道形成環(huán)流。但是由于井口回壓的增大,使油管內(nèi)飽合壓力點(diǎn)不斷上升。流體中的天然氣分離時(shí)間延遲,各階段的流體形態(tài)也不斷后推,降低了溶解氣分離時(shí)的氣舉效果,增加了抽油桿管的負(fù)荷。2降低開口壓法降低井口回壓一般有降低流體粘度和改變集輸管線參數(shù)兩種辦法。2.1礦井回壓越高原油的粘度越高,流動(dòng)阻力越大,井口回壓就越高。所以各油田采取了各種方法來降低流體的粘度,改善流體的流動(dòng)條件,從而達(dá)到降低井口回壓目的。1熱力降粘方式原油粘度對溫度十分敏感,隨著溫度的升高,粘度明顯降低。熱力降粘方式主要有:①油套環(huán)空注高壓水蒸汽技術(shù);②電加熱抽油桿加熱技術(shù);③井口加熱爐或電加熱器加熱技術(shù);④空心抽油桿注蒸汽技術(shù);⑤井口管線伴熱技術(shù);⑥定期熱洗、燜井技術(shù)。2水包油井筒油套連通加原油降凝劑降粘技術(shù)。其作用機(jī)理是在井筒中加入一定量的油包水或水包油表面活性劑,使原油以微小油珠分散在流體中,形成乳狀液,從而起到乳化降粘的作用。32混合水稀釋性能①油套連通摻水技術(shù);②井口摻水稀釋降粘技術(shù)。4沖擊作用力其主要機(jī)理是:①振動(dòng)作用。超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),能對流體中的原油產(chǎn)生沖擊破壞力,它破壞了原油大面積凝結(jié),對原油產(chǎn)生機(jī)械破壞作用。②熱作用。超聲波在傳播過程中,會(huì)不斷和流體產(chǎn)生內(nèi)摩擦,內(nèi)摩擦產(chǎn)生的熱能被流體吸收增加了原油的溫度,起到了降粘作用。2.2低壓回壓計(jì)算流體在流動(dòng)時(shí),由于粘性阻力而產(chǎn)生能量損失,能量損失的大小常用壓差即水頭損失來衡量。計(jì)算沿程水頭損失通常用達(dá)西公式來表示(即式(2))。由式(2)可以得出,降低回壓的方式還有:①減少自壓集輸管線的長度;②增加管道