试论井下新工艺的应用

【摘要】在实际采油过程中发现，封隔器在坐封后由于坐封载荷过大会造成井下管柱和分采泵弯曲，从而导致分采泵无法正常抽吸，石油产量下降。针对这一问题，特研究了管柱分层采油技术，设计了新型分采工艺管柱，经试用证明该分采工艺管柱技术能有效控制坐封载荷，解决各层间的干扰，提高油井采油产量。

【关键词】石油井 管柱采油 分采泵 自锁封隔器 新工艺应用

分层采油工艺是靠管柱来实现的，管柱由各种井下配套工具组成，工具的性能及设计是否合理直接影响着采油工艺的效率。为了有效降低钻采成本，提高石油产量，研究了一种采用井网开采分层采油工艺。经试验发现，可有效控制封隔器坐封载荷，防止坐封载荷过大引起的管柱和分采泵弯曲，使抽油机无法正常工作的现象。这种新型分层合采工艺管柱提高了坐封成功率，下面进行具体分析。

1 石油井下管柱结构设计组成及重要部件介绍

1.1 该新型分层合采工艺管柱结构组成

为了满足油田复杂的地质状况，设计了新型分层合采工艺管柱，主要结构由分采泵、自锁封隔器、伸缩管、锚定器及加重杆等部件组成。

1.2 分采泵的工作原理

分采泵的工作原理，当抽油机上行时，抽油杆带动游动系统上行，上部柱塞和下部柱塞的游动阀在液柱重力的作用下被关闭；封隔器下面的液体将固定阀顶开流进下部柱塞与固定阀之间的空间；封隔器上面的液体将侧流阀顶开流进上部柱塞与侧流阀之间的空间。

当抽油机下行时，抽油杆在液柱重力作用下向下运动，泵下部的固定阀被关闭，下部泵腔内的液体将下部柱塞游动阀顶开，通过柱塞、分流阀、上部柱塞和连杆所构成的通道进入上部泵腔，侧流阀被关闭，侧流阀与上部柱塞的液体一起进入分流阀外侧的通道，顶开上部柱塞的游动阀进入上部泵腔。就这样实现泵上部和泵下部的液体混合后进入油管，抽油机带动泵游系统上下来回运动，同时将封隔器上、下两个油层的油抽出，实现两个油层间互不打扰的创新。

1.3 封隔器的具体介绍

封隔器适用于分层试油、采油等工艺管柱工作。由密封、支撑、轨道换向三部分构成。用于分层采油的封隔器有两种，一种是永久式，一种是可取式；永久式封隔器的特点：耐高温220摄氏度，耐压70MPa，工作寿命10年以上；可取式封隔器的特点：耐高温150摄氏度，耐压50MPa，工作寿命3年以上。本新型分层合采工艺管柱所采用的封隔器为自锁封隔器，它的作用是利用皮碗与套管的接触来达到封隔油套环空的目的，油管的蠕动导致对皮碗的摩擦，补偿器用来消除这种摩擦，并解决油管造成载荷增加导致分采泵无法正常开抽的现象。

1.4 杆柱组合的优化设计

分层合采技术是一项新型的采油技术，由于分采泵由两个柱塞组成，导致杆柱的组合不能同于常规，下行阻力要大，需要加一定的加重杆进行平衡，选杆根据原油的物性及下泵深度决定。杆柱合理匹配，做到优化设计。

2 分层合采工艺管柱的工作原理

本采油方法的管柱结构设计合理，利用一趟管柱来分层压裂，通过管柱结构设计实现压后井温测试与井下压力监测，可以完成压裂、测压、排液、测井温等一系列的工艺技术。管柱工作时，通过油管将补偿自锁封隔器、分采泵、花管等附件下放至井中预定位置，采用上提旋转下放的方式将封隔器坐封，并使伸缩补偿器、锚定器、分采泵处于工作状态，使柱塞上的拉杆与下抽油杆对接，然后将入柱塞和抽油杆送进井里，用防冲距进行调防抽油，上下层的原油由分采泵对应通道腔进入泵筒，分采泵分别抽吸两个工作腔对应的层段，经分采泵抽出后在油管中混合，沿油管上升至地面，从而实现原油分抽混出的举升方式。

3 补偿自锁封隔器坐封载荷计算

封隔器坐封后，管柱轴向任一点的受力为：Fx=G-F载荷=qg（L-Lx）- F载荷，其中，q为每米管柱的质量，Lx为管柱上任一点到管柱的距离，F载荷为封隔器对油管的作用力。以中和点为界可将管柱受力分为两部分，中和点处，管柱轴受力为0，中和点以上部分管柱处于自重伸长状态，中和点以下管柱处于自重压缩状态，所以必须控制坐封载荷，避免分采泵受压发生弯曲变形，分采泵必须位于中和点或中和点以上的位置。

在生产过程中，油管内液柱随着泵的往复运动将交替作用在油管和抽油杆上，使得油管受到拉伸或压缩。封隔器坐封后，油管所受载荷将作用至封隔器上，导致封隔器所受压力增大，坐封载荷增加。通过研究封隔器工作原理，对封隔器进行改进，在它的上部增加油管伸缩，可以有效解决此问题。

4 现场分析

对某井位进行具体分析，油井动液面1900m采用27/8英寸平式油管生产，设计分采泵泵挂位置1800m，封隔器位置2000m，所产原油密度为0.85g/cm3。为保证管柱中和点处于分采泵的下部，封隔器坐封载荷力应小于所承受的压力，即：F载荷≤qg（L―L中）。27/8英寸油管的管柱外径为73.02mm和62.00mm，q=9.52Kg/m，将其代入上式中得F载荷≤55977 N，将补偿自锁封隔器剪切力设置为50KN，中和点位置为1564m，大于1400m。封隔器坐封后，通过计算，油管上的液柱重量为525567 N，油管弹性模量为2.1×1011Pa，从而计算出油管上的液柱引起的油管伸缩量为9.92cm。经过上面的具体分析得出井下未下入分采泵前，得出液柱日产液量为3.39 m3，产油量为2.43 m3；下入分采泵后日产液量提高为4.71 m3，油为3.08 m3。经过现场试用，在井下装入分采泵后，产油量明显提升，说明管柱采油新工艺提高了单井产量。

5 分层合采工艺管柱技术的作用

（1）该分层合采工艺管柱能够有效控制坐封载荷，消除分采泵的泵筒和油管弯曲，减缓封隔器向下蠕动现象，

（2）该分层合采工艺管柱有效解决了封隔器坐封后，将下部油层气体顺利排出的问题，使分采泵不容易出现气锁问题。

（3）该分层合采工艺管柱将封隔器与分采泵配合，使上下两个油层形成两个独立的系统，有利于油层的开采，达到独自出油的理想状况，解决了上下两个油层互相干扰的问题。同时还提高了抽油泵的工作效率，比一般泵提高10%―20%。

6 结束语

总之，根据管柱的工作原理，证明了新型分层合采工艺管柱的可行性，能有效满足油田多层系开发的实际需要，有利于发挥出油井各层的潜力，提高单井产量。今后根据油井开采过程中遇到的具体问题，研制开发各种各样的井下工具，满足油井在采油、注水、油层改造等采油工艺的需要，井下管柱工具在使用中将不断得到完善。

参考文献

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