螺桿泵井動態(tài)控制圖合理界限的研究

高艷華（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

螺桿泵井動態(tài)控制圖合理界限的研究

高艷華（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

與抽油機相比，第六采油廠螺桿泵井動態(tài)控制圖使用頻率較低，且由于地質(zhì)、含水等條件發(fā)生變化，螺桿泵井動態(tài)控制圖存在判斷錯誤的情況，亟需修訂。因此，從兩方面對動態(tài)控制圖的4條曲線逐一修訂。首先，應(yīng)用螺桿泵排量效率理論計算公式、IPR曲線、螺桿泵工作特性曲線結(jié)合螺桿泵合理沉沒度研究與喇嘛甸油田實際情況，對動態(tài)圖進(jìn)行修訂。然后，選取各區(qū)域螺桿泵井進(jìn)行現(xiàn)場落實，根據(jù)落實結(jié)果，對動態(tài)圖各區(qū)域邊界進(jìn)行擬合修訂，最終得到適合螺桿泵井的動態(tài)控制圖。

螺桿泵井 泵況診斷 動態(tài)控制圖

螺桿泵采油技術(shù)由于其能耗低、一次性投資少等優(yōu)勢，在第六采油廠的應(yīng)用規(guī)模不斷擴大。為了準(zhǔn)確反映螺桿泵井的工作狀況，及時采取針對性的治理措施，我們參照抽油機井動態(tài)控制圖，結(jié)合螺桿泵井的工作特性，研究制作了螺桿泵井動態(tài)控制圖。運用控制圖對螺桿泵井實施管理可以方便快捷地對泵工況做出判斷，及時采取相應(yīng)的措施指導(dǎo)生產(chǎn)管理，提高合理率，增加經(jīng)濟效益。從幾年來的應(yīng)用情況看，存在著以下兩個方面的問題：一是確定的邊界值存在誤差，出現(xiàn)判斷錯誤的情況，如一些井判斷為變差井，現(xiàn)場落實為泵況正常井；二是由于地質(zhì)、含水率等條件發(fā)生變化，原有的螺桿泵井動態(tài)控制圖已經(jīng)不能滿足目前生產(chǎn)的要求。所以，亟需對螺桿泵井動態(tài)控制圖進(jìn)行修訂。

1 螺桿泵井動態(tài)控制圖合理界限的理論研究

螺桿泵井動態(tài)控制圖（圖1）是以流壓作為橫軸、排量效率作為縱軸的流壓-排量效率“星相圖”，被4條曲線分為5個區(qū)域，分別為合理區(qū)、參數(shù)偏大區(qū)、參數(shù)偏小區(qū)、斷脫漏失區(qū)、待落實區(qū)。只有對4條曲線的界限進(jìn)行合理的制定，才能準(zhǔn)確地對螺桿泵井的工況做出判斷。

1.1 排量效率下限a和上限b確定

若想確定排量效率下限a和上限b首先要理清流壓與排量效率的關(guān)系。

螺桿泵井的生產(chǎn)過程是油層的供液能力和泵的排液能力相互影響和不斷協(xié)調(diào)的過程[1]。流壓反映供液狀態(tài)，排量效率反映排液狀態(tài)，當(dāng)流壓過高時，說明流入井底的流量大于泵排出液量的能力；當(dāng)排量效率過高時，說明流入井底的流量小于泵排出液量的能力。流壓和排量效率不僅存在客觀的相關(guān)性，而且還存在一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，即螺桿泵排量效率的理論計算公式[2]：

式（1）中泵的入口壓力P可以用式（2）計算：

將式（2）代入式（1）得

式中：

η——泵效，%；

fw——含水，%；

γo——原油相對密度；

γw——水相對密度；

Bo——原油體積系數(shù)；

Rp——油氣比，m3/t；

Pb——飽和壓力，MPa；

P——泵入口壓力，MPa；

Th——泵深的井液溫度，K；

Pf——井底流壓，MPa；

ρh——井液密度，kg/m3；

a——井溫梯度，K/m；

Z——壓縮系數(shù)；

H——下泵深度，m；

L——動液面深度，m。

排量效率的計算公式給出了流壓和排量效率的數(shù)學(xué)關(guān)系，可以用它繪制出螺桿泵井動態(tài)控制圖中的Pf-η曲線。公式中除排量效率和流壓外，對于1口指定的井，其他參數(shù)都是已知的。這樣，每給出一個流壓值，就可以得到與其對應(yīng)的排量效率，在流壓和排量效率二維坐標(biāo)圖中就可以找到對應(yīng)的點，無數(shù)個點就可以連成一條曲線，即Pf-η曲線。該廠的1421口螺桿泵井，可以繪制出無數(shù)條Pf-η曲線，只要找到最大和最小的2條曲線即可以確定泵效的理論上限和下限。

根據(jù)喇嘛甸油田實際情況，原油相對密度0.86，原始?xì)庥捅?8.5 m3/t，體積系數(shù)1.118，飽和壓力10.7 MPa，平均油層中部深度1078 m，螺桿泵井最小下泵深度780 m，最低含水35%，代入公式（3）計算得出理論泵效線的下限a線。

同理，取螺桿泵井最大下泵深度1199 m、最高含水99%，代入公式（3）計算得出理論泵效線的上限b線。

1.2 合理流壓界限c的確定

根據(jù)“機采井合理沉沒度的研究”，結(jié)合理論計算、現(xiàn)場監(jiān)測以及數(shù)據(jù)擬合，考慮它對泵效、系統(tǒng)效率和桿管偏磨的影響，確定該廠螺桿泵井的合理沉沒度為250～350 m；將沉沒度帶入流壓計算公式，得到合理流壓界限為7 MPa。所以，在控制圖上取P=7 MPa的直線作為劃分合理區(qū)和參數(shù)偏小區(qū)的界限c線。

1.3 合理泵效界限d的確定

由螺桿泵的工作特性曲線（圖2）可知，螺桿泵存在最佳工作區(qū)域。經(jīng)過試驗研究把螺桿泵的工作特性曲線分為A、B、C三個區(qū)域。

A區(qū)：螺桿泵在該區(qū)工作雖然泵效較高，但系統(tǒng)效率低[3]，有效揚程低，不但泵的潛能沒有得到發(fā)揮，而且因生產(chǎn)壓差過小，油井的產(chǎn)能也被抑制。

B區(qū)：螺桿泵在該區(qū)工作，系統(tǒng)效率、泵效都能維持在較高水平，生產(chǎn)穩(wěn)定性好。

C區(qū)：螺桿泵在該區(qū)工作，盡管有效揚程較高，但泵漏失嚴(yán)重，排量效率、系統(tǒng)效率低，因此在該區(qū)工作很不經(jīng)濟。由以上分析可見，只有B區(qū)是最佳工作區(qū)域，由此確定泵的容積效率應(yīng)大于65%。由此，以η=65%的水平線作為劃分合理區(qū)和參數(shù)偏小區(qū)的界限d線。

由于泵的工作特性曲線是由清水做實驗得出的，而且不同的泵型工作特性曲線會略有差別；盡管油井的介質(zhì)也是油氣水的混合物，但該廠還有很多井為聚合物驅(qū)、高濃度驅(qū)、三元驅(qū)等油井，其黏度、密度及氣等因素的影響不同，排量效率會低于理論值。針對這一情況，根據(jù)“星相圖”井的分布情況，將d線首先下移至η=40%，下步將結(jié)合現(xiàn)場情況進(jìn)一步驗證。

這樣，就由理論計算初步得到了如圖3所示的該廠的螺桿泵井動態(tài)控制圖。

2 現(xiàn)場驗證

2010年共進(jìn)行897口井的數(shù)據(jù)錄取，全部應(yīng)用動態(tài)控制圖進(jìn)行分析，并對其中的200口井進(jìn)行了現(xiàn)場落實，見表1。

表1 動態(tài)控制圖應(yīng)用及現(xiàn)場落實情況

其中落入合理區(qū)、參數(shù)偏小區(qū)及待落實區(qū)分別為451、188、58口井，現(xiàn)場分別落實60、50、10口井，準(zhǔn)確率均在90%以上；參數(shù)偏大區(qū)、斷脫漏失區(qū)分別為87、113口井，落實后準(zhǔn)確率僅為40%和68%。

對參數(shù)偏大區(qū)不準(zhǔn)確的18口井進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，這18口井的流壓全部大于3.5 MPa；對斷脫漏失區(qū)不準(zhǔn)確的16口井進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，這部分井的泵效都在40%以上。

根據(jù)現(xiàn)場落實的結(jié)果對動態(tài)控制圖進(jìn)行校正，將流壓大于3.5 MPa的參數(shù)偏大區(qū)改為斷脫漏失區(qū)，將泵效大于40%的斷脫漏失區(qū)變?yōu)閰?shù)偏小區(qū)；并根據(jù)邊界數(shù)據(jù)的分析，確定了參數(shù)偏大區(qū)與斷脫漏失區(qū)的邊界。

將落實的數(shù)據(jù)代入修改后的動態(tài)控制圖（見圖4、表2），準(zhǔn)確率可以達(dá)到99%。

表2 修改后的動態(tài)控制圖應(yīng)用及現(xiàn)場落實情況

3 結(jié)論

1）運用螺桿泵井動態(tài)控制圖能方便快捷地對螺桿泵井工況做出判斷，及時采取相應(yīng)的措施指導(dǎo)生產(chǎn)管理，提高合理率，增加經(jīng)濟效益。

2）螺桿泵井動態(tài)控制圖各條邊界線會隨著油田開發(fā)形式的變化而發(fā)生變化。

3）本文確定的控制圖各邊界曲線基本能夠適用于目前喇嘛甸油田螺桿泵井。

[1]鄒艷霞．采油工藝原理[M].北京:石油工業(yè)出版社，2006:171-177.

[2]韓修廷,王秀玲,焦振強.螺桿泵采油原理及應(yīng)用[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,1998:213-215.

[3]陳濤平,胡靖邦.石油工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,2000:328-331.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.10.002

高艷華，2007年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，助理工程師，從事機采井綜合管理工作，E-mail：dqgaoyanhua@petrochina.com.cn，地址：大慶油田采油六廠工程技術(shù)大隊，163114。

2011-10-29）