螺桿泵井動態(tài)控制圖技術(shù)

武云石高宇虹施軍

（1.大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠；2.大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

螺桿泵井動態(tài)控制圖技術(shù)

武云石1高宇虹1施軍2

（1.大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠；2.大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

對螺桿泵的工作特性進(jìn)行分析，確定處于生產(chǎn)狀態(tài)下的螺桿泵井流壓和容積效率之間的對應(yīng)關(guān)系，制作成螺桿泵井動態(tài)控制圖。通過螺桿泵井在動態(tài)控制圖中所處位置，直觀地衡量螺桿泵井的工作狀況是否合理。進(jìn)一步通過調(diào)參、檢泵、換泵、壓裂、酸化以及調(diào)整注入井的注入量等措施改善螺桿泵井的生產(chǎn)狀況，有針對性地進(jìn)行科學(xué)管理與上產(chǎn)挖潛，這對于提高螺桿泵井系統(tǒng)效率，發(fā)揮螺桿泵特有的舉升優(yōu)勢有著重要的實(shí)際意義。

螺桿泵 動態(tài)控制圖 容積效率

螺桿泵采油技術(shù)具有低成本、低能耗和適應(yīng)介質(zhì)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，近幾年來工業(yè)化規(guī)模不斷擴(kuò)大。但其管理模式與抽油機(jī)井和電泵井相比，還不夠完善。為了反映區(qū)塊油層供液能力與地面產(chǎn)出能力的協(xié)調(diào)關(guān)系，抽油機(jī)井生產(chǎn)管理過程中，普遍采用動態(tài)控制圖技術(shù)對抽油機(jī)進(jìn)行宏觀管理。直觀反映單井泵效與流壓的關(guān)系以及區(qū)塊整體生產(chǎn)狀況的合理性，及時發(fā)現(xiàn)異常井，提高油井生產(chǎn)時率，使抽油機(jī)井在合理的參數(shù)下運(yùn)行。

油井的生產(chǎn)過程是油層的“供液”能力和抽汲設(shè)備“采液”能力相互影響和不斷協(xié)調(diào)的過程。理想的螺桿泵井工作狀況是在一定壓力條件下，油層的供液能力和井下螺桿泵的抽汲能力相適應(yīng)，達(dá)到一個供采平衡狀態(tài)。

螺桿泵井的容積效率（泵效）是衡量“采液”狀況的技術(shù)指標(biāo)，其高低受采出液中游離氣、溶解氣及泵本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等因素的影響。這些影響因素都與井下螺桿泵的進(jìn)出口壓差密切相關(guān)，即進(jìn)出口壓差越小（沉沒度越高），容積效率越高；進(jìn)出口壓差越大（沉沒度越低），容積效率越低。流壓是衡量油井生產(chǎn)狀況合理的條件，其大小反映油層的供液能力。在泵掛深度一定的條件下，容積效率和流壓存在一種依附關(guān)系。只有合理的容積效率與流壓相對應(yīng)，才能提高油井的系統(tǒng)效率，充分發(fā)揮油井的生產(chǎn)能力，達(dá)到油田長期高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。

1 螺桿泵井容積效率的影響因素

采油用螺桿泵是單螺桿式水利機(jī)械的一種，是擺線內(nèi)嚙合螺旋齒輪副的一種應(yīng)用。螺桿泵的轉(zhuǎn)子、定子副是利用擺線的多等效動點(diǎn)效應(yīng)，在空間形成封閉腔室，并當(dāng)轉(zhuǎn)子和定子作相對轉(zhuǎn)動時，封閉腔室能作軸向移動，使其中的液體從一端移向另一端，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和液體能的相互轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)舉升液體的作用。

1.1 螺桿泵本身結(jié)構(gòu)的影響

螺桿泵本身結(jié)構(gòu)的影響主要是指定子與轉(zhuǎn)子間配合間隙對螺桿泵效率的影響，主要包括結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差的影響、過盈量的影響和定子橡膠溶脹、溫脹及磨損的影響。

1.2 螺桿泵工作環(huán)境的影響

砂粒的尺寸含量硬度和速度對螺桿泵的使用壽命有較大的影響。環(huán)境溫度越高，使油流特性變好，結(jié)蠟減緩，黏度降低，油流沿程損失降低，使螺桿泵的舉升壓頭降低。但是也會增加定子與轉(zhuǎn)子之間的摩擦力，減少螺桿泵的使用壽命。

1.3 螺桿泵下泵深度和轉(zhuǎn)速的影響

從螺桿泵工作特性曲線可以看出，螺桿泵的系統(tǒng)效率隨著舉升高度的增加而升高，當(dāng)系統(tǒng)效率達(dá)到最大時，再增加舉升高度，泵的容積效率和系統(tǒng)效率呈現(xiàn)出迅速下降的趨勢。為此，為保持較高的系統(tǒng)效率，下泵深度應(yīng)維持在合理范圍。

對于已經(jīng)處在生產(chǎn)狀態(tài)中的螺桿泵井來說，在螺桿泵結(jié)構(gòu)參數(shù)（包括導(dǎo)程、轉(zhuǎn)子直徑、偏心距、過盈量）、定子橡膠確定的條件下，以及生產(chǎn)過程中井下條件、生產(chǎn)設(shè)備基本一定的條件下，螺桿泵工作參數(shù)的調(diào)整，即轉(zhuǎn)速的調(diào)整就成為影響螺桿泵容積效率和系統(tǒng)效率的最主要因素。

2 螺桿泵井動態(tài)控制圖技術(shù)研究

2.1 螺桿泵井容積效率和流壓的理論關(guān)系

螺桿泵的容積效率（泵效）ηv，可由下式計(jì)算：

式中分子Q為螺桿泵井的實(shí)際產(chǎn)液量，成分是分離溶解氣后的油水混合物；分母Qth為螺桿泵井的理論排量，由本身結(jié)構(gòu)參數(shù)決定。由此可知影響螺桿泵井容積效率的主要因素是：采出液中氣體的含量和螺桿泵本身特有的結(jié)構(gòu)，即：

上式經(jīng)過理論研究和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)可以轉(zhuǎn)化成下面公式：

式中：

Pwf——井底流壓，MPa；

ρ——液體密度，kg/m3；

g——重力加速度，9.8N/kg；

h——泵入口到油層中部的距離，m；

fw——含水，%；

Rp——生產(chǎn)油氣比，%；

Rsp——校正溶解氣油體積比；

Bo——原油的體積系數(shù)；

Th——泵所在地層溫度，K；

P0——地面大氣壓力，0.10325MPa；

Z——天然氣壓縮系數(shù)，一般在0.81～0.91；

e——偏心距，m；

D——轉(zhuǎn)子截面直徑，m；

超前探水是在隧道掘進(jìn)之前采用鉆探設(shè)備對隧道將掘進(jìn)段地質(zhì)情況和巖層滲水涌水情況進(jìn)行全面了解，為治水方案的選擇奠定基礎(chǔ)。

T——定子導(dǎo)程，m；

n——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min；

Kv——容積損失系數(shù)；

ΔP——泵進(jìn)出口壓差，MPa；

A——對一定的單螺桿泵為常數(shù)值，主要取決于襯套橡膠層厚度；

E——襯套用橡膠的彈性模數(shù)；

β——常數(shù)值，主要取決于橡膠的彈性模數(shù)；δo——初始過盈量，m；

L——螺桿-襯套副長度，m。

乘積的左邊是采出液中氣體的含量對容積效率的影響：分子項(xiàng)代表螺桿泵抽汲到地面液體（油、水）的相對體積，分母項(xiàng)代表井下進(jìn)入螺桿泵的油、氣、水三項(xiàng)的相對體積之和。乘積的右邊是螺桿泵特有結(jié)構(gòu)對容積效率的影響：體現(xiàn)了隨著泵進(jìn)出口壓差的改變、轉(zhuǎn)速的不同螺桿泵漏失量的變化規(guī)律。

2.2 繪制螺桿泵井動態(tài)控制圖

以流壓為橫坐標(biāo)，容積效率為縱坐標(biāo)，建立動態(tài)控制圖模板。

對于大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠的全部螺桿泵井而言，開采層位不同、泵型各異、配套工藝有別，其容積效率和流壓的對應(yīng)關(guān)系之間也必將不同。綜合考慮公式（3）中各參數(shù)的極限取值，可以得到井下螺桿泵的容積效率關(guān)于流壓的最大值曲線A B和最小值曲線D C，曲線A BCD范圍內(nèi)就是全部螺桿泵井處于正常抽汲狀態(tài)時容積效率和流壓的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)油井最大合理沉沒度可以確定最大合理流壓FI值。根據(jù)最低合理沉沒度可以確定最小容積效率G H值，見圖1。

各區(qū)域的物理意義：

1）合理工作區(qū)（FG H I）：泵況正常，泵效與油層的供液能力相協(xié)調(diào)。對于該區(qū)內(nèi)的油井應(yīng)加強(qiáng)管理，使其保持正常生產(chǎn)，并針對性地對一些油井優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)效率。

2）參數(shù)偏小區(qū)（BCIF）：流壓高，泵效高，供液能力充足。可采取調(diào)大抽汲參數(shù)、換大泵、增加泵級數(shù)（提高揚(yáng)程）等措施，增加產(chǎn)液量。該區(qū)內(nèi)的油井是上產(chǎn)挖潛的主要對象。

3）參數(shù)偏大區(qū)（A D H G）：流壓低，泵效低，因油層條件差和抽汲參數(shù)偏大引起。可采取調(diào)小抽汲參數(shù)、提高連通注入井的注入量、壓裂、補(bǔ)孔、酸化等措施，使該區(qū)內(nèi)的油井達(dá)到注采平衡。

4）斷脫漏失區(qū)（D CJ）：流壓高，泵效低。通過電參數(shù)測試、憋泵等手段綜合分析，判斷井下存在問題，采取熱洗、撈桿、檢泵等相應(yīng)措施，使該區(qū)內(nèi)的油井恢復(fù)正常生產(chǎn)。

5）待落實(shí)區(qū)（A BE）：泵效接近、超過100%，因錄取資料不準(zhǔn)確引起。應(yīng)核實(shí)產(chǎn)液量、轉(zhuǎn)速、檢查流程、計(jì)量儀表等問題，確定該區(qū)內(nèi)油井的真實(shí)生產(chǎn)情況。為保障小排量螺桿泵熱洗效果，500m L/r（含500m L/r）以下泵型均采用空心轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，有通道使油層和油管相通。因此在開采供液能力強(qiáng)的油層時，這類螺桿泵井的泵效可以達(dá)到、超過100%。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

截至2012年5月底，累計(jì)應(yīng)用48950井次，措施符合率達(dá)到90.78%。合理區(qū)比例由應(yīng)用前的72.77%提高到83.05%，提高了10.28個百分點(diǎn)；斷脫漏失區(qū)比例由應(yīng)用前的7.47%下降到2.48%，下降了4.99個百分點(diǎn)。

螺桿泵井動態(tài)控制圖已經(jīng)在第一采油廠全面應(yīng)用，覆蓋率達(dá)到100%，已成為提高螺桿泵井生產(chǎn)管理水平、提升螺桿泵井系統(tǒng)效率的重要手段。

4 結(jié)論

螺桿泵井動態(tài)控制圖能夠?qū)崿F(xiàn)螺桿泵井的工作狀況判斷，直觀反映供液與采液關(guān)系的協(xié)調(diào)性、抽汲參數(shù)的合理性，以及異常井的判別。為了提高螺桿泵井系統(tǒng)效率，在制定技術(shù)措施（調(diào)參、檢泵、換泵、壓裂、堵水等）時，提供了有效手段。

10.3969/j.i ssn.2095-1493.2012.011.008

武云石，高級工程師，1993年畢業(yè)于齊齊哈爾輕工學(xué)院，從事采油工程工作，E-mail：zhanglp0903@126.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠工程技術(shù)大隊(duì)工具室，163001。

2012-08-13）