三元復合驅(qū)油井節(jié)能設計與試驗

彭雙山（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

三元復合驅(qū)油導致采油系統(tǒng)中結垢和腐蝕的產(chǎn)生，造成油井舉升過程中載荷、扭矩上升，設備運行能耗增加，生產(chǎn)維護成本大量增加。針對三元復合驅(qū)油體系的結垢規(guī)律，采用長柱塞泵、小過盈螺桿泵的舉升工藝設計，以及除防垢方式和配方的優(yōu)選，可有效減緩油井結垢，降低運行能耗，延長油井檢泵周期。

1 機采舉升方式的節(jié)能設計

針對三元驅(qū)過程中的結垢導致油井載荷上升，電流以及消耗功率增加問題，結合目前舉升工藝中的抽油機、螺桿泵、電泵以及提撈等舉升工藝，在三元驅(qū)油井的舉升方式設計上，主要采取長柱塞泵的抽油機工藝、小過盈的螺桿泵工藝以及采用鋼絲繩桿柱的提撈工藝。

1.1 抽油機井優(yōu)選長柱塞抽油泵

長柱塞抽油泵由于采用了長柱塞、短泵筒結構，柱塞上部閥罩始終處于泵筒外面，油液在長柱塞擾動下，其結構使垢質(zhì)不易在泵筒內(nèi)沉積造成卡泵。

為滿足測試要求，設計直徑70 mm長柱塞抽油泵與泵上延長管采用內(nèi)扣連接方式，改進了常規(guī)的外徑為107 mm的接箍鏈接，使測試儀器可以通過。在三元復合驅(qū)油中應用了13 臺長柱塞抽油泵，均表現(xiàn)出了較好的適應性。

1.2 小過盈螺桿泵

在螺桿泵工藝選擇上，主要考慮降低負載扭矩對降低能耗的影響，因此試驗應用了小過盈螺桿泵工藝[1]。小過盈螺桿泵的過盈量由常規(guī)的0.3 mm減小到0.15 mm，這樣，既減小了系統(tǒng)初始負載扭矩，又可保持高泵效。

小過盈設計對泵效有一定影響。現(xiàn)場選用了納米復合高分子定子橡膠，通過優(yōu)化定子橡膠材料、加大泵級數(shù)降低對泵效的影響。室內(nèi)掛片試驗表明 在模擬采出液浸泡條件下，納米復合高分子橡膠材料垢質(zhì)附著率不足0.5%，與普通丁腈橡膠垢質(zhì)附著率3.2%相比，垢質(zhì)附著率降低2.7個百分點，其垢質(zhì)附著率僅為普通丁腈橡膠的1/6，且易于清除擦洗，體現(xiàn)了較好的防垢效果。

現(xiàn)場試驗了納米復合高分子定子橡膠小過盈螺桿泵，試驗結果表明，泵效大幅提升，通過減少垢的影響，油井電流下降明顯，見表1。

表1 9-AS2711井小過盈螺桿泵應用效果對比

1.3 連續(xù)提撈采油技術

柔性抽油桿連續(xù)提撈采油技術不易引起結垢，檢泵作業(yè)頻次低，同時不需要采取防垢措施，對三元驅(qū)適應性較強[2]。目前，應用智能提撈抽油機井12口，該工藝具有不易出現(xiàn)卡泵現(xiàn)象、運行能耗低的特點。

1.4 電動機與控制箱的選擇

為滿足三元復合驅(qū)舉升需求，針對油井不同結垢期的載荷變化，抽油機井應選擇雙功率電動機，對于螺桿泵舉升工藝應設計變頻調(diào)速裝置，隨時調(diào)整電動機的供給。喇嘛甸油田三元復合驅(qū)油現(xiàn)場應用多功率高轉(zhuǎn)差電動機節(jié)能效果顯著，其負荷壓啟動、功率因數(shù)高、過載能力強等特點適用于三元復合驅(qū)油井復雜的負載變化。

2 地面除防垢措施的優(yōu)化

在不同結垢階段，三元復合驅(qū)油井垢質(zhì)成分有較大變化。結垢初期以碳酸鹽垢為主，碳酸鹽垢結垢速度快，但化學反應簡單，除防垢效果比較明顯，檢泵周期比較長；結垢中期以混合垢為主，硅酸鹽垢比例逐漸上升，混合垢化學反應復雜，檢泵周期明顯縮短；結垢后期以硅酸鹽垢為主，硅酸鹽垢的結垢速度緩慢。針對垢質(zhì)成分變化，分別就管柱設計、防垢劑配方優(yōu)選以及酸洗除垢方式進行了優(yōu)化設計。

2.1 優(yōu)化設計防垢管柱

由于三元復合驅(qū)油井垢卡、蠟卡程度比聚驅(qū)井嚴重，考慮普通油管防垢效果較差，為有效延長采油井熱洗及檢泵周期，降低燃氣消耗，油管選擇時側(cè)重于防蠟、防腐、防垢[3]。三元復合驅(qū)油井熔蠟點比水驅(qū)高10～15 ℃，一般為55 ℃左右，因此油井管柱工藝以合金化納米聚合涂鍍防腐油管防蠟為主。

2.2 優(yōu)化防垢藥劑配方

三元復合驅(qū)油井的防垢方式有井口液體點滴加藥、井口固體投球加藥和井下防垢塊等。考慮到反應速度、濃度調(diào)節(jié)控制的因素，選用井口液體點滴加藥方式。其工作原理為 利用柱塞泵將藥劑從油套環(huán)空注入井內(nèi)，通過泵流量調(diào)節(jié)器控制加藥量。該方法相對成本低、除防垢降載荷效果好，見表2。

表2 井口加藥裝置性能參數(shù)

在采出井垢質(zhì)成分分析基礎上有針對性地選擇清防垢劑。結垢前期，藥劑以防碳酸鹽垢為主；結垢中后期，硅酸鹽垢含量達到70%左右，優(yōu)化除垢劑配方以鹽酸、氫氟酸及部分表面活性劑為主。室內(nèi)試驗除垢率達到了98.6%，優(yōu)于無機除垢劑。

2.3 確定合理的酸洗除垢時機

針對大慶喇嘛甸油田三元復合驅(qū)油井容易出現(xiàn)載荷上升、垢卡泵以及由此引發(fā)的能耗上升問題，結合油井除垢前后電流的變化情況，分別確定抽油機井和螺桿泵井的除垢時機。抽油機井的除垢時機為 上行電流上升5 A；出現(xiàn)上沖程過程中載荷增大示功圖；螺桿泵井的除垢時機為 電流上升，并出現(xiàn)光桿轉(zhuǎn)速與地下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不同步的曲線。

優(yōu)化酸洗除垢工藝 將常規(guī)的關井反應改為循環(huán)除垢流程；施工排垢速率控制在0.5 m3/min 以下，防止將垢質(zhì)沖入泵筒內(nèi)造成堵塞；加密酸洗周期，減少垢卡檢泵概率。目前現(xiàn)場已實施26 井次，酸洗后均順利開井生產(chǎn)。

現(xiàn)場實施33井次。油井酸洗除垢后，抽油機井上行電流平均降低5 A，螺桿泵井電流平均降低3 A，測靜壓關井3 d，均順利開井，未出現(xiàn)卡泵現(xiàn)象，可保證測壓等關井后的開井率，見表3。

表3 酸洗降耗效果統(tǒng)計

抽油機井以9-PS2631為例，該井2010年7月24日酸洗時pH 值為9.34，處于結垢初期。酸洗前測示功圖時發(fā)現(xiàn) 在上行過程中載荷增大，因此及時采取酸洗除垢措施，措施后，上沖程載荷變平穩(wěn)，最大載荷由79.93 kN下降到63.43 kN。

螺桿泵井以8-PS2603為例，該井2010年4月12日酸洗時pH值達到11.01，處于結垢后期。酸洗前電流曲線為光桿與井下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不同步，酸洗后電流曲線平直，電流從14.6 A下降到12.76 A，措施效果較為明顯。

3 結論

1）三元復合驅(qū)油井舉升工藝的節(jié)能設計應針對油井結垢導致載荷增加的特點。長柱塞抽油泵、小過盈螺桿泵對三元復合驅(qū)油具有較強的適應性，是目前較為適合的舉升技術。

2）通過優(yōu)化防垢藥劑配方并及時酸洗清垢能有效降低抽油機井、螺桿泵載荷和扭矩，有效降低油井電動機運行能耗。

3）防垢劑足量點滴加入的方法可保持油井電流穩(wěn)定或不升，有效防垢，改善油井設備工作狀況。

[1]徐國民.強堿三元復合驅(qū)面臨的問題及解決對策[J].油氣田地面工程,2008,27(11):70-71.

[2]劉艷平.連續(xù)抽油桿采油配套技術[J].石油礦場機械,2003,32(1):19-21．

[3]李金玲,李天德,陳修君,等.強堿三元復合驅(qū)結垢對機采井的影響及解決措施[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2008(3):89-91.