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螺杆泵采油配套工艺在二连油田的应用状况及认识张军，林运兴，郑景珊，赵海英，王强姜燕，闫俊，辛爽，李秀美，蔡俊（华北油田二连分公司）摘要：本文针对螺杆泵采油工艺在二连油田的应用情况及配套技术（包括优化设计技术、测试诊断技术、螺杆泵检测、清防蜡等技术）现状进行了分析，并从现场测试角度，对井口扭矩、载荷与生产参数的敏感性进行了分析。关键词：螺杆泵；配套技术；应用螺杆泵是80年代国际上迅速发展起来的一种新型采油机械，由于它匀速运转、无机械、液流的惯性损失和不承受交变应力，既能适用于一般油井的生产，又能适用于高粘度、高含气、高含砂油井的生产。同时，螺杆泵采油方式具有一次性投资小、体积小、重量轻、能耗低、地面设备简单、运行平稳等特点，目前在各大油田都在逐步推广使用螺杆泵采油工艺，到2005年底，仅大庆、华北、冀东、吉林套保、辽河等油田的应用井数就已经接近2700口，随着国内螺杆泵采油工艺水平的发展，可以预见这个数字还将不断上升。1螺杆泵在二连油田的应用历程二连油田的第一口螺杆泵采油试验井是94年9月在蒙古林油田投产的MJ2井，95年9月又投运一口井MJ3,投运后井生产非常稳定，于是在96、97年中，便在蒙古林油田滚动开发中进行了初期的推广应用，但由于认识上的不足，此间出现了一些问题，主要就是一些供液能力不足的井频繁“烧泵”，并引起了很大的争议，扩大推广工作因此终止。随着管理上的不断完善和国内技术的发展，该工艺于2000年重新开始在阿55断块推广应用，从2003年开始，在产能建设及老区换抽中大规模推广应用。目前共有螺杆泵井186口，开井175口。2应用规模和现状目前二连油田的螺杆泵井主要集中在蒙古林油田、哈南油田、宝力格油田、阿55井区和锡林油田，其中锡林油田的1口井为电潜螺杆泵(见下表1)。1、地面驱动设备状况目前采用的螺杆泵地面驱动设备主要来自北京东方石油机械设备厂、上海东方石油设备有限公司及唐山玉联（北京敏秋）实业有限公司，与之相配套的维修力量及配件供应基本能满足生产需要，配用电机分为普通电机和双定子节能电机，普通电机功率主要分为22kW、18kW、15kW、11kW三个级别，节能电机功率分别为15kW、11kW、7.5kW，转速范围控制在80rpm～300rpm之间。表1二连油田的螺杆泵井分布情况油田总井数口开井数口日均产液t日均产油t含水％泵效％检泵周期d泵深m平均转速rpm蒙古林9995253421889.374.91939722134宝力格5652453.5352.722.260.9540108498.8哈南2219288.224.391.685.7——133083大阿北8838.519.349.964.39681115117锡林115.33.436.070——1479.877合计1861753319.5617.781.473.01315918.1116.8186台驱动器中，有87台配套了变频控制柜，可实现转速的无级调节。另外一口电潜螺杆泵也配套了变频控制器，电机为7.5kW潜油电机。表2配套地面设备一览序号厂家驱动器总计普通电机双定子电机11kW15kW18kW22kW7.5kW11kW15kW18kW1上海东方06232951901182北京敏秋62013101210533北京东方11202000015小计79445125131001862、井下杆、管、泵技术状况表3井下螺杆泵泵型一览表序号厂家螺杆泵型总计40-20（42）75-37（27）（40）（42）80-3390-25120-27（36）（42）165-36190-33（36）280-27300-26433-26240TP900300TP9001上海东方714043602601200892北京敏秋1921341600000553北京东方021232610000175法国PCM000000000015520合计8253773338212155182螺杆泵井使用的油管主要为N80平式27/8″，并有少量的3″油管。抽油杆的使用以H级Φ25mm杆和D级Φ25mm杆为主，并少量使用Φ36mm空心杆。H级杆主要在宝力格和哈南油田使用；D级杆主要在蒙古林油田使用；空心杆主要在阿55和宝力格部分单井应用，以解决边零区块和高凝、高粘井的清防蜡问题。井下泵共分为12种排量19种型号，基本能满足油田单井的生产需要。在泵的排量方面，能满足产液量3～300m3/d范围内油井生产的需要；在扬程方面，能满足泵深在1350m以内油井的生产需要。目前使用的螺杆泵井下泵有上海东方、北京敏秋等五个厂家，目前已经建立了螺杆泵检测系统，对螺杆泵的性能可以进行定量分析。3、配套工艺应用状况为满足不同区块的具体要求，从工艺分类有7种工艺。每种工艺的应用状况见下表。表4各种配套工艺应用规模工艺应用地点应用时间应用规模主要解决问题常规螺杆泵蒙古林、哈南、宝力格、阿55断块1994年185降低维护、运行费用电潜螺杆泵锡林2005年1解决常规工艺在大斜度油井上工艺配套难题，作为技术储备，先期试验电热杆大阿北、宝力格2000年16边远井、高粘和高凝井清防蜡电磁加热宝力格2005年5高粘和高凝井清防蜡，先期试验空心转子蒙古林、宝力格2004年59解决洗井问题法国pcm泵蒙古林2004年20满足提液需要节能电机蒙古林、哈南、宝力格2004年28降低运行能耗3二连油田螺杆泵采油配套技术现状螺杆泵采油技术在二连油田应用的历史已逾10年，在现场管理经验不断丰富的基础上，针对现场存在的问题，配套技术不断完善。3.1优化设计技术该项技术是从1999开始同石油大学合作，开发了螺杆泵井优化设计软件，软件功能包括产能预测、泵型选择、杆柱强度校核、扶正器设计等功能。但使用中发现该软件有以下几方面还不够完善，例如扶正器设计不合理、应力校核没有考虑螺纹强度、不能以系统效率为目标函数进行优化设计等方面。为此于2004年、2005年同石油大学合作，在以下几方面进行了完善：1、考虑抽油杆柱横向振动的影响，建立了适用于地面驱动螺杆泵采油工艺的抽油杆柱力学模型。可以计算得到井下杆柱在任意时刻、任意位置的轴向力、侧向力、扭矩以及杆管间的接触程度；2、建立螺杆泵启动扭矩的计算模型，可以计算启动转速对井口扭矩的影响；3、以螺杆泵系统效率为目标函数，建立螺杆泵系统效率计算的优化设计模型；4、杆柱应力校核计算时，考虑了螺纹安全对整个杆柱系统的影响；5、以产量、系统效率为目标，优化螺杆泵采油系统工作参数。根据油藏、井液及井筒数据，确定油井产液量、抽汲参数、泵型、下泵深度、杆柱组合；6、利用柱动力学模型建立了空间三维的抽油杆柱扶正设计模型，突破以前扶正器设计一维计算的局限。该技术设计理念较以前有了较大提高，但实用效果还需进一步的现场验证。图1操作主界面图2动力学分析界面图3不同时刻井口扭矩计算结果图4杆管接触程度计算结果3.2测试诊断技术螺杆泵管理工作中，工况的测试诊断是非常重要的，它能够及时发现采油井生产中存在的问题，并为问题的解决提供依据。在华北油田采研院的技术支持下，该项技术从2003年开始现场应用。通过监测井口扭矩、轴向力、油压曲线、扭矩波动量、功率波动量、泵效、沉没度等7个状态特征参数，采用停机-启抽-正常工作-停机全过程闭环同步多参数测试方法进行诊断。2004、2005年又不断在测试工具、杆管受力分析模型（完善了下压座封使油管弯曲而引起杆管摩擦扭矩计算模型）、定量诊断的参数设置技术等方面进行完善。图5现场测试图6测试软件操作界面但目前测试诊断技术还存在以下问题，一是现场测试工作量大，且由于驱动器型号多、各厂家的结构参数不统一，部分井无法测试。尽管今年已经对测试工具做了改进，但还需调试；二是在定量诊断方面，对一些泵况类型如结蜡、油管漏和泵漏的诊断还不理想，实际工作中应综合油井蹩压等手段，结合油井的生产情况，对工况进行客观的分析，以提高工况诊断的符合率。3.3生产参数远程无线监控在井口安装温度、压力和电流传感器，利用RPC单井配电柜远程无线传输给中控室，进行连续监控，并可以遥控启停、自动录取数据和量油。通过变频配电柜连续录取电流，能够及时发现单井的电流波动，也可以推断出扭矩的波动，及时对单井进行事故处理，目前在宝力格油田应用。3.4变频调速变频器具有节电、无级调速的功能。目前使用的螺杆泵的转速只有固定的3-5种，可是每口井的供液能力及原油物性不同，需要的转速也不同，使用变频器后便于油井参数调节和日常生产的管理。同时，变频器可采用软启、软停，启动和停止可延长1小时，这样可保证泵在启抽、停抽时，抽油杆的扭矩在允许扭矩下运行，不致引起启停抽时杆断脱现象。图7远程自动监测系统3.5空心转子螺杆泵为解决小排量螺杆泵热洗问题，目前对于GLB75和GLB120泵型全部配套空心转子和洗井阀，并在2005年改进了洗井阀的结构。从应用效果看，实现了大排量、高温、快速热洗。普通螺杆泵井洗井最大瞬时排量在5m3/h左右，一般洗9m3水需3～4h，洗20m3水当进口压力低于5MPa时，至少需要5.5h，压力高于5MPa时洗井时间更长，特别是在冬季，严重影响了热洗效果。采用空心转子螺杆泵后，排量明显增加，最大瞬时排量可达到10m3/h，热洗时间减少2个小时，进口压力由5MPa降低到2.5MPa左右。表5洗井数据对比井号螺杆泵类型产液m3/d热洗水量进口温度℃出口温度℃进口压力MPa时间h备注巴18-53GLB120-42109905073.5普通泵巴18-42GLB120-42918905555.5蒙4-4KGLB120-27313088571.73采油方式转换井蒙13-109KGLB120-277.830855024蒙8-4KGLB120-27233090602.503.5蒙6-6KGLB75-27203085591.704巴38-45洗前GLB120-4299906043老井检泵洗后KGLB120-4272090602.53.5巴38-56KGLB120-42121890552.53.5新井通过空心转子螺杆泵的应用，有效解决了小泵洗井的问题，且洗井压力均较普通螺杆泵明显降低，具有较好的推广前景。3.6法国PCM泵的应用情况为了满足蒙古林油田螺杆泵井大排量提液的需要，引进了法国PCM泵，目前240TP900应用15台，300TP900应用5台。通过测试，平均日产液48m3/d，泵效75.5%，较好的实现了提液。3.7电潜螺杆泵采油技术(WGC)图8空心转子单流阀照片图9改进单流阀结构对比常规抽油机和螺杆泵采油系统在大斜度井中工作时，由于杆、管之间产生磨擦，既消耗较大的动力，又降低了杆、管的使用寿命，造成检泵周期较短、采油时率低、维护成本高。该工艺可充分解决以上问题，其工作原理为：地面电源(380v)通过地面控制系统经电缆送给井下电机，电机产生动力，经潜油减速器减速增大输出扭矩后传给转换器，再驱动螺杆泵工作将井液举升到地面。该工艺将电潜泵和螺杆泵采油的各自优点结合在一起，适合应用于斜井、水平井、粘稠油井、含砂井。2005年，我们在锡林油田林4-11X井进行了先导性试验应用，该井数据如下：表6林4-11X井基础数据井号造斜点m井底水平位移m最大井斜处深度m/最大井斜℃林4-11X857.71227.581250/25.4该井设计泵深1479.8m，采用GLB75-47A螺杆泵，潜油电机功率7.5kW，通过变频控制柜工作频率10~50Hz，转速在21~112r/min之间，理论排量2.3~12m3/d，于2006年10月15日正式投产，转速110r/min，日产液8.5t，日产油8.5t，含水0%，泵效82%，电流9.2A，目前生产正常，到2006年3月31日已累计产液986t，产油741t。3.8螺杆泵检测技术2004年底，二连分公司自行建设了螺杆泵检测平台。其结构如下：表7螺杆泵检测平台结构组成名称组成机械部分台架（底座、支撑架、工作台等）、卡紧装置、推拉装置、减速器液压部分油箱（1～3m3）、连接管路及管件、液压控系统电器部分变频器、电动机、电加热器、电源柜、操控台