螺桿泵井系統效率影響參數靈敏度分析及應用

鄭煥軍,王永強,張乃亮,徐秀芬,曹 瑩

(1.中國科學院廣州地球化學研究所,廣州510640;2.大慶油田有限責任公司第六采油廠,黑龍江大慶163114; 3.中國石油天然氣集團公司石油工程節能技術研究開發中心,黑龍江大慶163318) *

螺桿泵井系統效率影響參數靈敏度分析及應用

鄭煥軍1,2,王永強2,張乃亮2,徐秀芬3,曹 瑩3

(1.中國科學院廣州地球化學研究所,廣州510640;2.大慶油田有限責任公司第六采油廠,黑龍江大慶163114; 3.中國石油天然氣集團公司石油工程節能技術研究開發中心,黑龍江大慶163318)*

通過對螺桿泵井系統效率數學模型的分析,找出影響系統效率的主要因素,并進行歸納總結,建立了轉速、下泵深度的靈敏度分析模型。根據螺桿泵井參數優化設計結果,應用靈敏度分析模型,對大慶油田第六采油廠的1口螺桿泵井進行了靈敏度分析,計算出給定井況下轉速及下泵深度的靈敏度,為現場調參作業提供理論依據。

螺桿泵井;系統效率;靈敏度分析

在油田生產中,螺桿泵結構簡單,工作安全可靠,使用維修方便,流量均勻,壓力穩定,噪聲低,效率高,壽命長,質量輕,適合于抽汲高粘、高含砂液體,并因這些優點而得到廣泛使用[1]。

目前,螺桿泵井是以系統效率最高為目標來進行優化設計的[2]。為了實現螺桿泵井各項參數的合理配置,進一步實現系統的節能降耗,本文分析了影響螺桿泵井系統效率的各項因素,提出了影響系統效率的主要因素的靈敏度分析方法,并結合大慶油田第六采油廠實際井況進行了靈敏度分析,為生產現場的調參提供一定的理論依據和技術指導,對螺桿泵采油技術的推廣應用和系統的經濟運行具有重要意義。

1 螺桿泵井系統效率影響因素

螺桿泵屬轉子式容積泵,主要由偏心螺旋體的螺桿(轉子)和內表面呈雙線螺旋面的螺桿襯套(定子)組成。螺桿泵工作時,螺桿一方面繞本身的軸線旋轉;另一方面又沿襯套內表面滾動形成密封腔室。螺桿每轉1周,密封腔中的液體向前推進1個螺距。隨著螺桿的連續轉動,液體以螺旋形式從一個密封腔壓向另一個密封腔,最后排出泵體進入油管,舉升到地面。

在給定產量的情況下,螺桿泵井的系統效率主要取決于動液面深度、含水率、泵效、轉速、下泵深度、飽和壓力、井底流壓、原油物性等因素。對于某一井況,動液面深度、含水率、飽和壓力、井底流壓、原油物性等因素是一定的,為不變因素;轉速、下泵深度、泵效為可變因素。其中,泵效計算式為[3]

式中,ηv為螺桿泵井泵效;p為泵入口(下泵深度為L)處的壓力,MPa,p=pwf-(LL-L)ρLg×10-6;Bo為原油體積系數,m3/m3;fw為井液含水率;ρo為原油密度,kg/m3;ρw為水密度,kg/m3;pb為飽和壓力,MPa;Rp為生產氣油比,m3/m3;Tp為吸入口處流體溫度,℃;pwf為井底流壓,根據油藏的 IPR曲線和給定產量確定;Z為天然氣壓縮因子;L為任意下泵深度,m;LL為油層中部深度,m;ρL為井中液體密度,kg/m3。

由式(1)可知,影響泵效的可變因子為 p,即泵入口(下泵深度為L)處的壓力,而影響 p的可變因子為下泵深度,在給定井況的情況下,影響系統效率的可變因素為轉速、下泵深度。由于油井的動液面深度、含水率、原油物性等因素是一定的,所以對系統優化設計只是針對轉速、下泵深度這類可變因素。

2 系統效率參數靈敏度分析

如上所述,靈敏度分析主要包括下泵深度、轉速2部分。該靈敏度分析的理論思想是在編制螺桿泵井參數優化設計軟件的基礎上,根據設計結果得出系統效率-下泵深度、系統效率-轉速關系曲線,在此基礎上進行曲線擬合,回歸出關系式,并根據導數定義[4]計算下泵深度、轉速在同等變化幅值下對系統效率變化幅值的影響程度,即得出下泵深度、轉速2種影響因素的靈敏度。

筆者應用螺桿泵井參數優化設計軟件對大慶油田第六采油廠 FP090262生產井進行了優化設計,得到各種優化方案,從中選出泵型為 GLB800-14、抽油桿為?28 mm時不同下泵深度時的優化方案,如表1所示。根據表1的設計結果進行了下泵深度和轉速的靈敏度分析。

表1 大慶油田第六采油廠FP090262井各參數優化情況(G LB800-14型泵)

由表1可知,隨著下泵深度增加,轉速逐漸降低,系統效率先增加后減小,呈拋物線趨勢變化。為了分析下泵深度、轉速對螺桿泵井系統效率的影響程度,分別繪制出FP090262井的系統效率-下泵深度、系統效率-轉速關系曲線,并進行曲線擬合,得到擬合曲線及相應的回歸公式,擬合曲線及回歸公式如圖1～2。

圖1 FP090262井系統效率與下泵深度關系曲線

圖2 FP090262井系統效率與轉速關系曲線

通過對 FP090262井的相關數據的回歸分析,得到系統效率-下泵深度、系統效率-轉速的回歸公式如圖 1～2中所示(分別對應 136、146、156 m3/d幾種產量)。

通過圖1～2中的關系式分別對下泵深度、轉速求導(即計算出下泵深度、轉速在同一變化幅值下系統效率的變化幅度),計算得到136、146、156 m3/d 3種產量下的導數,取其平均值為該參數的靈敏度。該平均值的正負代表著該參數對系統效率的影響方向,該值為正數時為正向影響,負數時為反向影響。通過比較各參數的靈敏度值的絕對值的大小可以得知參數的靈敏程度,絕對值越大,說明該參數靈敏度越大,對系統效率的影響越顯著;反之則靈敏度小,對系統效率影響不顯著。在136、146、156 m3/d 3種不同產液情況下分別計算得出相應的下泵深度、轉速的靈敏度,并求取平均值,最后得出FP090262井的下泵深度及轉速的靈敏度情況,如表2。

對FP090262井的分析結果是:

1) 在下泵深度較淺,即未到達合理沉沒度所對應的下泵深度730 m時,下泵深度正向影響系統效率,下泵越深,系統效率越高;在下泵深度到達730 m,即最優沉沒度時的下泵深度,并繼續加深下泵深度時,下泵深度反向影響系統效率,下泵越深,系統效率越低。

2) 在轉速未調至合理沉沒度對應的轉速140 r/min時,轉速正向影響系統效率,轉速越高,系統效率越高;在轉速達到140 r/min并繼續提高轉速時,轉速反向系統效率,轉速越高,系統效率越低。

3) 從各參數靈敏度的絕對值大小可以看出,影響系統效率最顯著的因素是轉速。

表2 FP090262井靈敏度情況

由上述分析結果可知,對于FP090262井,轉速對系統效率的影響要大于下泵深度的影響。因此,在現場作業時,操作者可以優先通過調節轉速來實現系統的高效運行。

3 結語

本文通過對螺桿泵井系統效率數學模型的分析,總結了影響系統效率的主要因素為下泵深度和轉速。根據優化設計結果得出系統效率與下泵深度、轉速的關系式,進而求得下泵深度、轉速2項因素的靈敏度。操作者可以此為依據判斷參數對系統效率的影響程度,并結合現場實際情況做出合理的操作,選擇調轉速或是調整下泵深度,以實現系統的經濟運行。

本文所闡述的全新的靈敏度分析方法可以作為現場調參作業的理論指導,通過與現場實際情況相結合,找出合理的參數設置,以達到節能降耗、提高螺桿泵井系統效率的目的,為螺桿泵采油技術的進一步推廣奠定堅實的基礎。

[1] 晏祥慧,齊明俠.螺桿泵井抽油桿/泵優選及分析系統[J].石油礦場機械,2005,34(4):39-43.

[2] 張彥廷,李增亮,王旱祥.地面驅動螺桿泵油井生產系統的優化設計[J].石油礦場機械,2000,29(1):24-26.

[3] 奚國志,宋廣俊,白振冰.螺桿泵生產允許最低沉沒度的確定[J].油氣田地面工程,2007,26(3):21-22.

[4] 張建軍,郭吉民,王 海,等.抽油機井系統效率敏感性分析及其應用[J].石油鉆采工藝,2007,29(2):35-37.

Analysis on Influence Factors Sensitivity of System Efficiency of Screw Pump Well and Its Application

ZHENG Huan-jun1,2,WANG Yong-qiang2,ZHAN G Nai-liang2,XU Xiu-fen3,CAO Ying3
(1.Guangzhou Institute of Geochemistry,Chinese Academy of Science,Guangzhou510640,China; 2.No.6Oil Recovery Plant,Daqing Oilf ield Co.,Ltd.,Daqing163314,China;3.Petroleum Engineering Energy Conservation Technology Research and Development Centre,CN PC,Daqing163318,China)

The main influence factors of the system efficiency were found out through analyzing the screw pump?s mathematical model.Meanwhile,a conclusion was drawn and the model was built on speed and submergence depth for sensitivity analyzing.According to the optimized design?s results based on the parameters optimum design for the 6th oil recovery plant of Daqing oilfields, using the sensitivity analyzing models,the sensitivity of the speed and submergence depth under the given well condition were figured out.The results would provide theoretical foundation and technical guidance for the on-site parameter adjusting.

screw pump;system efficiency;sensitivity analysis

1001-3482(2011)05-0093-04

TE933.3

A

2010-11-05

鄭煥軍(1973-),男,黑龍江蘭西人,高級工程師,博士研究生,主要從事采油工程的研究與管理工作。