螺桿泵井測(cè)試無波問題分析及治理對(duì)策

王競(jìng)崎（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

引言

隨著油田開發(fā)的不斷深入，高品質(zhì)儲(chǔ)層區(qū)塊的日益開采，原油地質(zhì)儲(chǔ)量和儲(chǔ)層供液能力的不斷下降，導(dǎo)致機(jī)采井產(chǎn)液量減少，能耗增加，系統(tǒng)效率降低。螺桿泵井因具有高泵效、高系統(tǒng)效率和節(jié)能等特性，在油田上的應(yīng)用逐漸增多，已成為生產(chǎn)開發(fā)過程中僅次于抽油機(jī)井的一種重要機(jī)械采油方式[1]。但是相比于抽油機(jī)井，螺桿泵井在液面測(cè)試工作方面還存在一定的差距，目前，螺桿泵井開井總數(shù)約為抽油機(jī)井的1/7，但測(cè)試無波的螺桿泵井?dāng)?shù)占開井總數(shù)的比例平均為抽油機(jī)井的2.65倍（表1）。

表1 2017年1—7月抽油機(jī)、螺桿泵無波井?dāng)?shù)量對(duì)比

動(dòng)液面是表征機(jī)采井生產(chǎn)能力和地層供液能力的重要生產(chǎn)參數(shù)，雖然測(cè)試無波的抽油機(jī)井?dāng)?shù)比螺桿泵井多，但是這些無波抽油機(jī)井還可以通過示功圖進(jìn)行管理。而螺桿泵井無法測(cè)試示功圖，主要通過動(dòng)液面數(shù)據(jù)來進(jìn)行螺桿泵井的動(dòng)態(tài)管理。目前，34口測(cè)試無波的螺桿泵井的平均單井系統(tǒng)效率為16.51%，噸液耗電量為9.17 kWh/t，嚴(yán)重影響螺桿泵井的節(jié)能效果。由此可見，研究無波螺桿泵井的治理方法，提高無波螺桿泵井的系統(tǒng)效率具有重要意義。

1 螺桿泵井測(cè)試無波原因分析和治理

1.1 動(dòng)液面測(cè)試原理

在動(dòng)液面測(cè)試時(shí)，井口連接器的聲響發(fā)生器產(chǎn)生的聲波沿油套環(huán)形空間向井下傳播，當(dāng)遇到油管接箍和液面等障礙物時(shí)產(chǎn)生反射波，在井口由接收器接收并將聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理后，形成以液面深度為橫坐標(biāo)，信號(hào)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)的曲線圖[2]。最后通過曲線的兩次波峰間隔計(jì)算出油井的動(dòng)液面深度。圖1示出正常螺桿泵井的液面測(cè)試曲線。

圖1 1#井動(dòng)液面測(cè)試曲線

1.2 螺桿泵井測(cè)試無波原因分析

對(duì)34口測(cè)試無波的螺桿泵井進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，螺桿泵井測(cè)試無波的原因包括液面接近井口、套管無氣或氣量少、井筒異物和機(jī)械振動(dòng)四種（表2）。其中，液面接近井口是導(dǎo)致螺桿泵井測(cè)試無波的主要原因，占比高達(dá)73.5%。下面將詳細(xì)分析四種原因?qū)β輻U泵井動(dòng)液面測(cè)試的影響。

表2 無波螺桿泵井情況統(tǒng)計(jì)

1）液面接近井口。生產(chǎn)參數(shù)不合理、泵況、故障停機(jī)等原因?qū)е侣輻U泵井液面接近井口；測(cè)試過程中聲波遇障礙物馬上返回，波多而亂，無法判斷液面波而形成無波井。

研究后發(fā)現(xiàn)液面接近井口是導(dǎo)致螺桿泵井測(cè)試無波的主要原因。該情況的無波井往往在之后的液面測(cè)試中出現(xiàn)液面在井口的現(xiàn)象。液面接近井口導(dǎo)致測(cè)試儀發(fā)出的聲波和液面返回的聲波在近井口位置產(chǎn)生疊加，測(cè)試曲線在近井口位置會(huì)出現(xiàn)振幅很大的波峰和波谷，然后曲線趨于平緩。

2）油套環(huán)空內(nèi)氣體含量。液面測(cè)試儀發(fā)出的聲波在油套環(huán)形空間內(nèi)的傳播主要取決于環(huán)空中的氣體，環(huán)空中氣體的含量直接影響到液面波的測(cè)試質(zhì)量[3]。調(diào)研中遇到兩種情況：當(dāng)油套環(huán)空中沒有氣體時(shí)，由于沒有傳播介質(zhì)，聲波無法在井筒內(nèi)傳播，最后測(cè)得曲線是一條直線；當(dāng)油套環(huán)空中的氣體含量較少時(shí)，聲波在井筒內(nèi)的傳播較弱，導(dǎo)致無法產(chǎn)生回波形成液面波，最后測(cè)得曲線只含有井口波。

3）油套環(huán)空內(nèi)存在異物。螺桿泵井生產(chǎn)過程中油套環(huán)空內(nèi)液面不斷變化，導(dǎo)致一些不規(guī)則的蠟和死油殘存在油套環(huán)空中的管壁上，此時(shí)進(jìn)行動(dòng)液面測(cè)試，聲波在向下傳播過程中遇到這些蠟和死油也會(huì)返回聲波，導(dǎo)致測(cè)出的曲線比較零亂，不易找到真正的液面波。該種類型的無波井，一般在洗井后再進(jìn)行測(cè)試即可測(cè)到動(dòng)液面。

4）機(jī)械振動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)影響測(cè)試的情況主要出現(xiàn)在普通驅(qū)動(dòng)螺桿泵井上，普驅(qū)螺桿泵井的驅(qū)動(dòng)方式導(dǎo)致其在生產(chǎn)過程中振動(dòng)較大，會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，影響接收器對(duì)聲波的采集。該類型的螺桿泵井聲波曲線較為混亂，不易找到真實(shí)的液面波，在停機(jī)后進(jìn)行測(cè)試即可測(cè)試到動(dòng)液面。

1.3 無波螺桿泵井治理對(duì)策

通過對(duì)無波螺桿泵井的液面測(cè)試曲線分析，結(jié)合無波螺桿泵井現(xiàn)場(chǎng)狀況，對(duì)四種原因產(chǎn)生的34口無波螺桿泵井采取相應(yīng)的治理措施。

1）對(duì)于液面接近井口導(dǎo)致測(cè)試無波的螺桿泵井，采用在設(shè)備允許的條件下調(diào)大生產(chǎn)參數(shù)的方式進(jìn)行治理，如生產(chǎn)參數(shù)已達(dá)到最大上限，則申請(qǐng)更換大泵徑的螺桿泵。對(duì)于泵況和故障導(dǎo)致液面接近井口的螺桿泵井要及時(shí)處理，使其盡快恢復(fù)生產(chǎn)和液面測(cè)試。

2）對(duì)于套管無氣或氣量少導(dǎo)致測(cè)試無波的螺桿泵井，采用關(guān)閉套管閥門或者油套連通閥門的方式進(jìn)行憋氣然后進(jìn)行測(cè)試，或者利用充氣設(shè)備通過套管閥門向套管內(nèi)進(jìn)行充氣再進(jìn)行液面測(cè)試。

3）對(duì)于井筒異物導(dǎo)致測(cè)試無波的螺桿泵井，采用根據(jù)測(cè)試時(shí)間調(diào)整熱洗周期的方式，加密該類型螺桿泵井的熱洗次數(shù)，減少蠟等井筒異物對(duì)液面測(cè)試的影響。對(duì)于結(jié)蠟較為嚴(yán)重的螺桿泵井，選擇高壓熱洗的方式進(jìn)行洗井，熱洗后待生產(chǎn)穩(wěn)定再進(jìn)行液面測(cè)試。

4）機(jī)械振動(dòng)導(dǎo)致測(cè)試無波的螺桿泵井?dāng)?shù)較少，僅有1口。對(duì)于該類型的無波螺桿泵井，只能采取停機(jī)測(cè)試的方式。

通過對(duì)測(cè)試無波的螺桿泵井采取相應(yīng)的治理對(duì)策，成功治理31口無波螺桿泵井（表3）。

表3 無波螺桿泵井治理情況統(tǒng)計(jì)

通過對(duì)無波螺桿泵井測(cè)試無波原因分析和采取相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)治理措施，測(cè)試無波的螺桿泵井?dāng)?shù)大幅度減少，已由上半年的月均46口下降為3口（圖2）。

圖2 2017年各月無波螺桿泵井?dāng)?shù)量統(tǒng)計(jì)

2 提高無波螺桿泵井系統(tǒng)效率

螺桿泵采油系統(tǒng)舉升流體所必須的有效功率與輸入功率的比值為螺桿泵采油井的系統(tǒng)效率[4]。在生產(chǎn)管理中，影響螺桿泵井系統(tǒng)效率的最大因素是井下螺桿泵的效率。螺桿泵的效率主要包括容積效率和機(jī)械效率兩部分[5]，計(jì)算公式如下：

式中：ηv——螺桿泵容積效率，%；

ηm——螺桿泵機(jī)械效率，%；

η——螺桿泵效率，%；

Qt——泵理論排量，m3/d；

QP——泵實(shí)際排量，m3/d；

Δp——泵出口和吸入口壓差，MPa；

Ma——泵軸力矩，N·m；

n——螺桿泵轉(zhuǎn)速，r/min。

由上述公式可知，影響螺桿泵效率的最主要因素為螺桿泵井的泵出口與吸入口壓差和螺桿泵轉(zhuǎn)速。在無波螺桿泵井治理中，發(fā)現(xiàn)液面接近井口是導(dǎo)致螺桿泵井測(cè)試無波的主要原因，液面接近井口同時(shí)使螺桿泵的泵出口與吸入口壓差過小，導(dǎo)致無波螺桿泵井的螺桿泵效率偏低，嚴(yán)重影響螺桿泵井的系統(tǒng)效率。

在螺桿泵井正常生產(chǎn)過程中，在井下條件、生產(chǎn)設(shè)備一定的情況下，轉(zhuǎn)速是影響螺桿泵井系統(tǒng)效率的最重要參數(shù)[6]。合理的轉(zhuǎn)速可以增加螺桿泵井的泵出口與吸入口壓差和螺桿泵效率，進(jìn)而提高螺桿泵井的系統(tǒng)效率。在無波螺桿泵井經(jīng)過治理恢復(fù)正常的液面測(cè)試后，根據(jù)動(dòng)液面測(cè)試數(shù)據(jù)和實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)31口生產(chǎn)參數(shù)不合理的螺桿泵井進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。調(diào)整轉(zhuǎn)速后平均單井系統(tǒng)效率提高12.6%，平均單井噸液耗電量下降2.79 kWh/t，節(jié)能30.43%，節(jié)約電費(fèi)9.73萬元。

3 結(jié)論

1）動(dòng)液面是進(jìn)行螺桿泵井動(dòng)態(tài)管理的重要生產(chǎn)參數(shù)，缺少管理依據(jù)導(dǎo)致無波螺桿泵井的系統(tǒng)效率偏低，研究無波螺桿泵井的治理方法，提高無波螺桿泵井的系統(tǒng)效率具有重要意義。

2）根據(jù)無波螺桿泵井的測(cè)試曲線和現(xiàn)場(chǎng)落實(shí)情況分析導(dǎo)致其測(cè)試無波的原因，及時(shí)采取相應(yīng)的治理措施，能夠有效治理無波螺桿泵井。

3）無波螺桿泵井恢復(fù)正常液面測(cè)試后，可以根據(jù)動(dòng)液面數(shù)據(jù)對(duì)存在問題的螺桿泵井進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。31口測(cè)試無波的螺桿泵井在調(diào)整后，平均單井系統(tǒng)效率提高12.6%，噸液耗電量平均下降2.79 kWh/t，節(jié)能30.43%。

[1]肖菊蘭.螺桿泵井測(cè)試工藝技術(shù)在杏南油田的應(yīng)用及認(rèn)識(shí)[J].內(nèi)蒙古石油化工，2014（19）：121-122.

[2]徐凱，李小榮，李加偉，等.影響回聲儀監(jiān)測(cè)動(dòng)液面的因素分析及解決對(duì)策[J].石化技術(shù)，2016（4）：126-127.

[3]劉英.無波井產(chǎn)生原因及治理對(duì)策[J].內(nèi)蒙古石油化工，2011（11）：45-46.

[4]趙海麟.利用測(cè)試分析提高螺桿泵井系統(tǒng)效率[J].石油石化節(jié)能，2013，3（6）：9-11.

[5]呂彥平，吳曉東，李遠(yuǎn)超，等.螺桿泵井系統(tǒng)效率分析模型與應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2006，28（1）：64-68.

[6]武云石.提高螺桿泵井系統(tǒng)效率的測(cè)試研究[J].油氣田地面工程，2009，28（7）：7-8.

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