鐘張起 侯讀杰 葉曉峰 劉鵬程 侯素青

1中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院 2中國(guó)石化中原油田分公司采油五廠

示功圖載荷比與清蠟定量化分析*

鐘張起1 侯讀杰1 葉曉峰2 劉鵬程1 侯素青2

1中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院 2中國(guó)石化中原油田分公司采油五廠

通過對(duì)結(jié)蠟油井示功圖進(jìn)行分析，確定了油井清蠟定量化評(píng)價(jià)的3個(gè)參數(shù)，最大載荷、最小載荷和載荷比。與正常井相比，結(jié)蠟井的最大載荷和最小載荷的變化幅度較大，而載荷比的變化幅度更顯著，最適合作為清蠟評(píng)價(jià)指標(biāo)。選取研究區(qū)一口典型結(jié)蠟井，最大載荷、最小載荷和載荷比都出現(xiàn)了三次波動(dòng)，對(duì)應(yīng)了三次清蠟時(shí)間，其中載荷比的變化率最大，對(duì)清蠟反映最敏感。清蠟前載荷比相對(duì)穩(wěn)定，清蠟后載荷比迅速降低，然后緩慢增加，當(dāng)載荷比大于基值時(shí)，清蠟不再有效。

抽油機(jī)井；示功圖；載荷比；清蠟；有效期

油井結(jié)蠟是普遍存在的現(xiàn)象，它影響流體舉升的過流斷面及抽油設(shè)備的正常工作，嚴(yán)重時(shí)造成生產(chǎn)中斷。目前，對(duì)結(jié)蠟油井示功圖僅定性地描述成示功圖變胖，沒有定量表征油井結(jié)蠟程度的參數(shù)和清蠟效果評(píng)價(jià)[1]。本文從示功圖中提取一些參數(shù)，使它能定量反映油井清蠟效果，進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。

1 抽油機(jī)井示功圖

游梁式抽油機(jī)在油田應(yīng)用廣泛，測(cè)取抽油機(jī)井示功圖是分析、診斷抽油機(jī)井是否正常生產(chǎn)的一種有效手段，也是抽油機(jī)井日常管理工作的一個(gè)重要組成部分[2]。示功圖是抽油機(jī)光桿載荷與位移的關(guān)系曲線，它通過檢測(cè)抽油桿上、下周期運(yùn)動(dòng)時(shí)抽油桿上所承受的載荷，來診斷油井的工作狀況。由于抽油機(jī)井內(nèi)情況比較復(fù)雜，在生產(chǎn)過程中，深井泵將受到砂、蠟、水、氣、稠油和腐蝕等多種因素的影響，實(shí)測(cè)示功圖的形狀很不規(guī)則。為了正確分析和解釋示功圖，常需要以理論示功圖及典型示功圖為基礎(chǔ)，進(jìn)而分析和解釋實(shí)測(cè)示功圖。

油井結(jié)蠟的主要原因是流體從油層流到井底再沿井筒上升到井口的過程中，壓力和溫度逐漸下降。當(dāng)壓力下降時(shí)，溶解在原油中的天然氣逸出，造成原油對(duì)蠟質(zhì)溶解能力的下降；當(dāng)溫度下降時(shí)，原油對(duì)蠟質(zhì)溶解度降低。為減少結(jié)蠟對(duì)油井的不利影響，油井必須采取防蠟和清蠟措施[3]。

目前在礦場(chǎng)應(yīng)用中，由于沒有衡量結(jié)蠟、清蠟效果的評(píng)價(jià)參數(shù)，很難對(duì)清蠟方式進(jìn)行優(yōu)選，以及對(duì)清蠟效果進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。油井結(jié)蠟使示功圖變胖，其根本原因是結(jié)蠟后抽油機(jī)懸點(diǎn)最大載荷增加，最小載荷減小，使載荷變化幅度增加。理論上，在抽油機(jī)井工作制度不變的情況下，載荷的變化可以評(píng)價(jià)清蠟效果。

2 示功圖載荷

示功圖載荷是指抽油機(jī)懸點(diǎn)處光桿承受的力，它是示功圖的重要參數(shù)之一。根據(jù)上、下沖程的不同，載荷又分為上沖程載荷和下沖程載荷。一般情況下，最大載荷出現(xiàn)在上沖程，最小載荷出現(xiàn)在下沖程[4]。

2.1 載荷組成

影響示功圖載荷的因素很多，根據(jù)影響因素的不同，可以對(duì)載荷進(jìn)行分類。抽油機(jī)井上、下沖程的載荷組成有所不同，上沖程時(shí)，懸點(diǎn)最大載荷的表達(dá)式如式（1）所示。

式中Pmax為最大載荷（N）；Wr為上沖程抽油桿柱載荷（N）；Wl為上沖程液柱載荷（N）；Iu為上沖程慣性載荷（N）；Pbu為上沖程井口回壓載荷（N）；Fu為上沖程摩擦載荷（N）；Pv為振動(dòng)載荷（N）；Pi為吸入壓力載荷（N）。

下沖程時(shí)，懸點(diǎn)最小載荷的表達(dá)式如式（2）所示。

式中Pd為最小載荷（N）；W′r為下沖程抽油桿柱載荷（N）；Id為下沖程慣性載荷（N）；Pbd為下沖程井口回壓載荷（N）；Fd為下沖程摩擦載荷（N）。

2.2 清蠟參數(shù)評(píng)價(jià)

一般來說，對(duì)正常井，抽油機(jī)井在穩(wěn)定生產(chǎn)條件下，示功圖的最大載荷和最小載荷的變化幅度較小。對(duì)結(jié)蠟井，由于蠟晶的影響，使上、下沖程的摩擦載荷增加，結(jié)果引起懸點(diǎn)最大載荷增加和最小載荷降低。因此，與正常井相比，結(jié)蠟井的最大載荷和最小載荷的變化幅度較大，而最大載荷與最小載荷比值（載荷比）的變化幅度會(huì)更顯著。

3 礦場(chǎng)應(yīng)用

研究區(qū)位于東濮凹陷西斜坡帶中段，主要含油層位沙3中及沙3下，含油面積4.5 km2，石油地質(zhì)儲(chǔ)量1 073.03×104t，可采儲(chǔ)量296.64×104t，標(biāo)定采收率27.65%。儲(chǔ)層平均孔隙度20.54%，儲(chǔ)層平均滲透率220×10-3μm2，地下原油密度0.85～0.87 g/cm3，地下原油黏度2.98～9.11mPa·s，為常溫常壓中滲復(fù)雜斷塊油藏。

3.1 參數(shù)優(yōu)選

選取研究區(qū)典型井，進(jìn)行油井結(jié)蠟和清蠟定量化分析。A2—10井是研究區(qū)一口結(jié)蠟程度較嚴(yán)重的油井，在某月份進(jìn)行三次清蠟，每次加油基清蠟劑200 kg。該井的最大載荷、最小載荷和載荷比的變化率隨隨生產(chǎn)時(shí)間的變化如圖1所示。圖中的參數(shù)變化率如式（3）所示，基值為當(dāng)月參數(shù)的平均值。

從圖1中可以看出，最大載荷、最小載荷和載荷比都出現(xiàn)了三次波動(dòng)，對(duì)應(yīng)了三次清蠟時(shí)間。在三項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，最大載荷的變化率較小，可能與最大載荷基值較大有關(guān)；載荷比的變化率最大，對(duì)清蠟反映最敏感。實(shí)際數(shù)據(jù)顯示，載荷比更適合作為清蠟評(píng)價(jià)指標(biāo)，這與理論分析一致。此外，雖然三次所加的清蠟劑數(shù)量相同，從載荷比變化率的大小可以看出，三次清蠟效果有顯著差異。

圖1 A2—10井不同參數(shù)變化率與生產(chǎn)時(shí)間關(guān)系

3.2 清蠟效果評(píng)價(jià)

礦場(chǎng)生產(chǎn)中，很少有指標(biāo)能對(duì)清蠟效果進(jìn)行定量化評(píng)價(jià)，因此也很難對(duì)不同清蠟方式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。理論上，示功圖載荷比可以對(duì)清蠟效果進(jìn)行定量化評(píng)價(jià)。清蠟前載荷比相對(duì)穩(wěn)定，清蠟后載荷比迅速降低，然后緩慢增加，當(dāng)載荷比大于基值時(shí)，清蠟不再有效。從清蠟當(dāng)日開始到清蠟失效的這段時(shí)間，稱為清蠟有效期，它可以對(duì)清蠟效果進(jìn)行定量化評(píng)價(jià)。

對(duì)研究區(qū)A54C井進(jìn)行清蠟效果分析，如圖2所示。圖中生產(chǎn)時(shí)間為負(fù)值時(shí)，代表清蠟前生產(chǎn)時(shí)間；載荷比的基值取洗井前5天的平均值，當(dāng)載荷比變化率大于0時(shí)，清蠟不再有效，可以算出該井清蠟的有效期為17天。

圖2 A54C井清蠟時(shí)載荷比變化率與生產(chǎn)時(shí)間關(guān)系

4 結(jié)論

（1）通過對(duì)示功圖進(jìn)行分析，確定了油井清蠟定量化評(píng)價(jià)的3個(gè)參數(shù)，最大載荷、最小載荷和載荷比。與正常井相比，結(jié)蠟井的最大載荷和最小載荷的變化幅度較大，而載荷比的變化幅度更顯著，最適合作為清蠟評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（2）選取研究區(qū)一口典型結(jié)蠟井，最大載荷、最小載荷和載荷比都出現(xiàn)了三次波動(dòng)，對(duì)應(yīng)了三次清蠟時(shí)間。在三項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，載荷比的變化率最大，對(duì)清蠟反映最敏感。

（3）清蠟前載荷比相對(duì)穩(wěn)定，清蠟后載荷比迅速降低，然后緩慢增加，當(dāng)載荷比大于基值時(shí)，清蠟不再有效。根據(jù)清蠟有效期可以對(duì)清蠟效果定量化分析。對(duì)研究區(qū)A54C井進(jìn)行清蠟效果分析，算出該井清蠟的有效期為17天。

[1]黃翔．抽油機(jī)井故障診斷智能集成系統(tǒng)的研究[J]．石油天然氣學(xué)報(bào)，2007，29（3）：156-158.

[2]張乃祿，孫換春，郭永宏，等．基于示功圖的油井工況智能分析[J]．油氣田地面工程，2011，30（4）：7-9.

[3]黃啟玉，李瑜仙，張勁軍．普適性結(jié)蠟?zāi)Ｐ脱芯縖J]．石油學(xué)報(bào)，2008，29（3）：459-462．

[4]崔文昊，趙春，樊松，等．長(zhǎng)慶低滲透油田定向井抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷計(jì)算方法優(yōu)化[J]．鉆采工藝，2013，36（1）：67-69.

（欄目主持 李艷秋）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.005

“十二五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)“東濮凹陷油氣富集規(guī)律與增儲(chǔ)領(lǐng)域”（2011ZX05006—004—07）。