稠油井螺桿泵舉升工藝優化研究與應用

康小濤

摘 要：受油稠、井眼軌跡復雜等因素交織影響，常規有桿泵舉升工藝在稠油井生產過程中桿管偏磨等問題突出，油井難以實現長效生產。螺桿泵舉升工藝系統效率高，生產運行參數調節便捷，維護管理方便，已在各油田稠油油井中得到推廣應用。本文通過優化配套潛油電機及螺桿泵等關鍵設備，同時以油井實際生產數據為依據，優化設計轉子負載扭矩及系統效率等關鍵工藝參數，有效提高了螺桿泵舉升工藝的適應性，滿足了稠油井的生產需要。

關鍵詞：有桿泵；舉升工藝；稠油井；電動潛油；適應性

0前言

螺桿泵在稠油油井舉升過程中不易出現桿管偏磨問題，提高了油井生產時效。為進一步提高現有配套工藝的技術適應性和運行效率，給出了一種通過優選關鍵技術設備和分析螺桿泵特性曲線，優化設計轉子負載扭矩、系統效率等工藝運行參數的方法，并形成了能夠適應原油黏度大于10000mPa·s的特稠油井生產需要的螺桿泵舉升工藝配套技術。現場應用結果表明，該技術能夠為特稠油井實現高效舉升提供較好的技術支撐，為同類油井舉升工藝的優化配套提供技術借鑒。

1工藝原理

螺桿泵機組將電機、減速器、撓性軸、螺桿泵及電纜下入井內，螺桿泵與油管及地面管線連接。地面電源通過變壓器、控制柜及接線盒連接后，經電纜將電能送至井下電機，電機旋轉經過撓性軸驅動螺桿泵，達到井液舉升目的。

2技術研究思路

為最大程度提高工藝適應性，根據螺桿泵技術特性和適應能力，結合目標井油藏、流體及井況特征，優選電機和螺桿泵規格型號，同時在優選定子橡膠材料及規格參數的基礎上，優化設計工藝參數，并結合現場應用效果分析評價工藝的技術可行性和經濟有效性，形成適應不同井況的工藝配套技術系列。

2.1關鍵配套技術

2.1.1低轉速大扭矩永磁同步電機

傳統電機額定功率高，油井在低液量生產過程中螺桿泵機組溫度高，易出現電機燒等問題，系統運行可靠性得不到有效保證，通過優化配套低轉速（250r/min）、大扭矩（912N·m）永磁同步電機，不僅有效解決了機組溫度高的問題，且大幅度提高了電機功率利用率，降低了運行能耗（電機功率11kW），同時不再配套減速裝置，有效降低了運行故障率。

2.1.2高性能螺桿泵

為提高螺桿泵技術性能，結合目標井地層流體物性特征，優選定子橡膠材質及轉子表面處理方式，以滿足油井生產需要。同時結合產液量要求，優選螺桿泵規格型號，并優化設計定、轉子外徑及長度等規格參數，從而提高螺桿泵技術性能。

2.2技術適應條件

優化配套的螺桿泵舉升工藝技術在適應原油黏度、排量范圍及最大揚程等方面具有更好的技術優勢。

3工藝參數優化設計

3.1工藝優化設計流程

依據油井儲層物性、流體物性及管柱設計數據，對油井產液量及動液面進行分析預測，再結合確定的泵掛深度、螺桿泵及配套電機的規格型號及定轉子規格參數，對比分析螺桿泵特性曲線，根據動液面及產量合理調整螺桿泵轉速，在保證油井產能的前提下最大限度地將工作點調整到系統效率最高點附近，工藝優化設計流程見圖1。

3.2關鍵工藝參數

3.2.1轉子負載扭矩

螺桿泵轉子扭矩可用如下經驗公式計算分析：

3.2.2系統效率

螺桿泵的系統效率為有功功率與轉子輸入功率之比，計算公式為：

4現場應用實例

優化配套形成的螺桿泵舉升工藝技術在油田稠油井進行了試驗應用，平均日產液20.5m3/d，日產油3.8t/d，排量效率為89.6%，最大泵掛深度2107m，最大原油黏度14500mPa·s。以A井為例，該井原油黏度為10918mPa·s，泵掛深度1370m，在應用螺桿泵舉升工藝前，采用抽油機有桿泵電加熱配套工藝生產，日產液13.1m·/d，日產油2.8t/d，純抽泵效54%，平均日耗電1257kW·h，檢泵周期為172d。為提高油井系統效率，通過優選螺桿泵及配套電機的規格型號，優化設計螺桿泵轉速等工藝參數，模擬分析螺桿泵工作特性曲線，使泵效處于最佳范圍，見圖2。

目前油井平均日產液15.8m3/d，日產油4.86t/d，泵效為79.2%，平均日耗電134kW·h，節電率89.3%，已正常生產219d且生產運行穩定。

5結論

1）優化配套形成的螺桿泵舉升工藝技術適應性得到了明顯提高，能適應原油黏度大于10000mPa·s特稠油油井的生產需要。

2）工藝生產參數設計不合理，將導致螺桿泵實際運行工況與最佳效率點存在偏差，降低油井排量效率。

參考文獻：

[1]嚴亞忠，李穎，李俊華，等.螺桿泵用于稠油大斜度定向井的討論[J].石油機械，2017，31（3）：49-51.