孤岛油田出砂造成抽油泵失效研究和治理措施

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1、孤岛油田出砂造成抽油泵失效研究和治理措施　　摘要：本文针对孤岛油田抽油泵免修期短的问题，通过采取生产过程分析和现场描述相结合的办法，对油井出砂对抽油泵的机理，从管柱沉砂、抽油泵结构、油井井况和产出液介质四个方面进行分析，采取了系列防砂治砂、上提油井泵挂和推广应用新型抽油泵等措施，取得了较好的效果。关键词：孤岛油田出砂抽油泵失效机理分析治理措施孤岛油田是一个典型的疏松砂岩稠油油藏，埋藏深度1120至1350米，地层胶结疏松，出砂严重。随着孤岛油田步入高含水的开发期，目前有60%的油井出砂，含砂量大于1.0‰的油井占4.5%，油井的普遍出砂使抽油泵的工况环境

2、进一步恶化。一、失效原因分析（1）砂粒在管柱内的沉降5目前孤岛油田的综合含水已高达96%以上，油井的含砂量基本上大于0.3‰，含砂量最高的达到10‰以上。由于原油的粘度远远大于地层水的粘度，而在相同的流速下，不同介质的携砂能力与介质的粘度呈正比[1]，所以地层油的携砂能力要大于地层水的携砂能力。当井液进入抽油泵后，由于活塞的抽吸作用以及抽油杆与油管的相互运动，使得地层水与地层油充分混合，大的油滴变成小油滴分散在地层水中，因此地层油中的砂粒混合在地层水中，由于地层水的携砂能力差，部分砂粒会在重力作用下下沉。其次，由于抽油杆与油管的相对运动，从管流的流体力学

3、特性分析，由于粘性流体附面层的影响，在抽油杆上行时，靠近油管壁的流体必然粘附在管壁上，流速为零，靠近抽油杆的流体速度与抽油杆运动速度相同（见图1）。在抽油杆下行时，靠近油管壁的流速为零，而与抽油杆接触的流体与抽油杆的下行速度相同（见图2）。因此井液在油管中运移速度从纵向上和径向上都是变速运动，砂粒会在井液低速时沉降，部分砂粒也会沿着井壁的低速区沉降到抽油泵。特别是在油井停产时，砂粒快速沉降，严重时会造成卡泵和砂埋。（2）抽油泵结构的因素普通抽油泵在结构上没有任何挡砂措施，而且柱塞端部有0.5?的锥面，抽油泵在往复运动过程中，使得砂粒直接沉降到柱塞与泵筒间

4、隙中，而且抽油泵柱塞上的防砂槽只具备挡砂和刮砂性能，对防砂槽沉砂的清除没有考虑，在防砂槽存砂后，同样会造成活塞衬套磨损。（3）井身结构和地层能量下降加剧了磨损5通过对油井井身轨迹资料的研究，油井随着井身的加深，与井口的同心度变差，特别是在500米以下，井身轨迹呈螺旋向下。孤岛油田的动液面一般在700米以下，有杆泵平均泵挂为1200米左右。由于抽油泵所处位置径向偏差增大，使得抽油泵在油井中呈倾斜状态，沿着井身轨迹呈一定的角度，使得抽油泵在抽吸过程中，偏磨现象加重。（4）磨损和腐蚀双重作用，造成抽油泵失效孤岛油田步入开发后期，抽油泵在高含水环境下，润滑介质变

5、差，采出水直接与抽油泵表面接触。经统计油井矿场化验资料统计，油井的矿化度在10000-30000mg/l，对孤岛东区馆3-4单元110口井统计，PH值小于7的油井占34%。通过对油井生产过程跟踪分析，在相同的生产参数下，含砂量和矿化度与抽油泵的泵效有着直接的关系。低矿化度、低含砂的油井高泵效期较长，而且泵效下降缓慢。高矿化度和高含砂的油井高泵效期较短，而且高泵效期过后，泵效下降比较快。二、治理措施及效果（1）防砂治砂配套技术的应用评价①稳定剂、抑砂剂的应用在矿场应用过程中，稳定剂和抑砂剂主要应用于出砂不很严重，但是由于含砂量较高，造成抽油泵生产周期短的油

6、井。通过对现场应用的620井次稳定剂和240井次抑砂剂数据对比分析（见表1），取得了较好的效果。②泵下挡砂器的应用5为降低采出液的含砂量，在管柱优化方面，通过在抽油泵下加装泵下挡砂器，，降低进泵液体含砂量，减轻砂对抽油泵磨损。通过对现场应用的15口井进行分析，含砂量由应用前的0.9416‰降低到0.5207‰。该装置可以有效的延长抽油泵的高泵效生产期，而且从二次作业的2口井现场描述发现，尾管中有20米的沉砂，说明起到了明显的滤砂作用。③确定合理的采液强度在油井的生产过程中，通过对油井采液强度和含砂量的历史数据进行拟合，可以得出含砂量与采液强度的变化规律，

7、从而确定合理的采液强度。（2）恢复地层能量，严格控制油井沉没度在搞清油井供液能力的前提下，降低油井泵挂，可节约投入。改善抽油泵工况的另一项有效途径，是严格控制油井沉没度。目前孤岛油田油井的平均沉没度为522.2米。通过对油井合理沉没度的研究分析表明，含水大于90%，沉没度250米，含水小于90%，沉没度400米即可满足油井生产要求。（3）推广应用新型抽油泵，提高抽油泵可靠性5为提高抽油泵抗砂能力，推广应用了改进泵、防砂卡泵和等径泵，主要应用于由于磨损而造成免修期短的油井。改进泵在结构上，将游动凡尔移到活塞的下端，可避免凡尔球撞击凡尔罩。在活塞的两端加高硬

8、度弹性刮砂装置，直径大于泵筒内径，在弹力和液柱压力的作用下，弹性斜片紧贴在泵筒内