抽油机悬点上负荷过大的危害及治理对策探讨

齐安炜 罗先强（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

引言

抽油机井驴头悬点上负荷由以下因素组成，如：抽油杆在液体中的质量、作用在活塞上的液柱质量、杆柱运动造成的惯性载荷、活塞与泵筒之间的摩擦载荷、管杆之间的摩擦载荷及井口回压。

抽油机井悬点上负荷过大，会导致抽油机井启抽困难，能耗增大，同时，抽油杆疲劳加剧，易造成管串落井事故，增加井下作业费用，影响油井产能正常发挥。

随着最近5年来原油上产力度的加大，单井的产液量逐年增大，油井泵径逐渐增大。然而，抽油机同步升级较慢，导致油井悬点上负荷超理论最大载荷井逐年上升，从2014年的253口，到2018年达到了703口，增长了450口井（表1）。

2018年7月，全区抽油机井正常生产3 247口井，油机井悬点上负荷超理论载荷井有703口，占总井数的21.6%，其中B区井数最多（354口）。这部分井平均泵径59 mm、平均冲程2.4 m、冲速4.1 min-1、日产液19.6 t、日产油1.5 t、沉没度240.5 m（表2）。

表1 近5年抽油机井悬点上负荷超理论最大值井变化趋势

表2 抽油机井悬点上负荷超理论载荷井目前生产情况统计

1 油井悬点上负荷过大的危害

1）油井能耗增大，浪费油田电能。2018年上半年统计系统效率共计测试377口井，其中悬点上负荷超理论最大负荷井有42口井。选取与超理论最大负荷井日产液量基本相同的284口井进行对比，平均单井有功功率增加了1.3 kW，吨液耗电增加了10.4kWh/t，系统效率下降了3.1个百分点（表3）。

表3 2018年上半年超理论最大负荷井与对比井的数据统计

2）抽油杆疲劳加剧，引发管串落井事故，增加作业费用。统计2018年1—6月全区内检泵井366口，其中超负荷井109口，占总检泵井数的29.8%；其他井421口，其中超最大负荷井156口，占其他井总井数的37.1%，油井悬点载荷超理论最大负荷井作业频率明显高于载荷正常井（表4）。

表4 2018年1—6月检泵井/其他井统计

2 降低油井悬点上负荷对策

抽油机悬点上负荷计算公式如下：

式中： ρs——抽油杆（钢）密度，取7 850 kg/m3；

g——重力加速度，取9.807 m/s2；

Ar——抽油杆横截面积，m2；

L——抽油杆柱长度，m；

ρl——抽汲液密度，kg/m3

Ap——活塞截面积，m2；

Wr——抽油杆柱质量，t；

S——光杆冲程，m；

n——冲速，min-1；

r——曲柄半径，m；

l——连杆长度，m；

Fbu——上冲程中井口回压造成的选点载荷，N；

Fu——上冲程中的最大摩擦载荷，N。

从上述公式可以看出，通过降低抽油杆的杆径、质量、抽油杆与油管之间的摩擦力、油井井口回压、冲程、冲速，可有效降低抽油机井的悬点上负荷[1]。

1）对悬点载荷突然上升井，及时进行化清处理，减轻杆管的摩擦阻力，降低悬点负荷[2]。统计2018年上半年，全区化清共计2 698井次，化清前悬点上负荷平均值为56.22 kN，化清后下降到48.3 kN，下降了7.92 kN，油井悬点上负荷有了明显的下降，取得了良好的效果（表5）。

表5 2018年1—6月化清效果统计

2）对回压高井定期打干线。液流在地面管线中的流动阻力所造成的井口回压，将会对悬点产生附加载荷，其性质与油管内液体的作用载荷相同，都会增加油井的悬点上负荷[3]；因此，对高回压井进行定期治理，能够有效降低油井悬点上负荷，保证油井正常生产。

3）随检泵作业，合理优化油井杆管泵组合，降低悬点上负荷。抽油杆杆柱所受的重力在上冲程中始终作用在悬点上，产生了悬点静载荷，其方向始终向下，故增加了悬点载荷。通过对井下杆管泵组合进行优化，适当换小杆径，可以在一定程度上降低抽油机井的悬点上负荷[4]（表6）。

表6 不同泵径、不同杆柱组合下理论悬点上负荷计算

4）对于悬点上负荷长期超理论值、采用化清等方式已经无法有效降低油井悬点上负荷的井，建议适当换大抽油机型[5]，降低油井故障率，保障油井安全平稳生产。2015年至2018年全区换机井累计87口，换机后抽油机井故障率有了明显降低（表7）。

表7 2015—2018年换机井数统计

3 结论与认识

1）油井驴头悬点上负荷包括抽油杆在液体中的质量、作用在活塞上的液柱质量、杆柱运动造成的惯性载荷、活塞与泵筒之间的摩擦载荷、管杆之间的摩擦载荷及井口回压。

2）油井悬点上负荷过高会导致抽油机井启抽困难，同时能耗增大，抽油杆疲劳加剧，易造成管串落井事故，增加井下作业费用，影响油井产能正常发挥。

3）通过化清处理，降低油井杆管之间的摩擦力，高回压井打干线，合理优化杆管组合，可有效降低悬点上负荷，保证油井高效平稳生产。