稠油出砂冷采井筒攜砂舉升工藝優(yōu)化研究

徐巖光

摘 ?要：稠油出砂冷采工藝適用于膠結(jié)疏松、埋藏淺油藏，螺桿泵系統(tǒng)可以滿足該項(xiàng)工藝的舉升要求。螺桿泵各部分配套設(shè)備參數(shù)的確定對(duì)舉升系統(tǒng)效率有著重要影響。本文通過研究國(guó)內(nèi)應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)例，總結(jié)了如何設(shè)計(jì)螺桿泵井下泵及管桿部分、配套工具、地面驅(qū)動(dòng)裝置等技術(shù)參數(shù)的方法，通過螺桿泵舉升技術(shù)的應(yīng)用效果說明了該技術(shù)成熟可靠，適合稠油出砂冷采。

關(guān)鍵字：出砂冷采;螺桿泵系統(tǒng);系統(tǒng)效率;技術(shù)參數(shù)

稠油出砂冷采的主要機(jī)理是大量出砂形成蚯蚓洞網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)定的泡沫油流動(dòng)。原油粘度高，攜砂能力強(qiáng)，生產(chǎn)時(shí)使地層砂粒一起產(chǎn)出，在疏松油層中形成蚯蚓洞網(wǎng)絡(luò)，提高原油的流動(dòng)能力。

1螺桿泵舉升系統(tǒng)參數(shù)選擇

稠油出砂冷采舉升工藝普遍采用地面電動(dòng)機(jī)皮帶傳動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng)，其主要配套設(shè)備由三個(gè)部分組成，井下泵及管柱部分、配套工具部分、地面驅(qū)動(dòng)裝置及電控部分。合理優(yōu)選各個(gè)參數(shù)可以有效提高出砂冷采效率。

1.1井下泵及管柱部分

（1）井下螺桿泵

螺桿泵抽油系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備是井下螺桿泵，國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)說明，只有高攜砂量螺桿泵才能滿足出砂冷采需要，故選用進(jìn)口高攜砂量螺桿泵。

①螺桿泵排量確定

確定排量的原則：出砂冷采要求生產(chǎn)壓差最好能放到最大;根據(jù)油井油層性質(zhì)、出砂冷采試驗(yàn)井的生產(chǎn)情況，預(yù)測(cè)激勵(lì)出砂冷采井初期產(chǎn)量在4-35m3/d;從進(jìn)口螺桿泵出廠隨機(jī)帶的說明書看，舉升揚(yáng)程400-600米時(shí)，泵效65-70%;螺桿泵一般采用中低轉(zhuǎn)速50-150r/min，在生產(chǎn)時(shí)可上下調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速，以改變泵的排量。

②螺桿泵揚(yáng)程確定

考慮螺桿泵的揚(yáng)程受原油液體粘度、含砂量的影響，需要舉升揚(yáng)程相對(duì)高。按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，最大揚(yáng)程應(yīng)為967m，最小702m，考慮含砂變化增大沿程摩阻，同時(shí)留有一定的揚(yáng)程儲(chǔ)備，以確保隨著生產(chǎn)時(shí)間增加，井下螺桿泵磨損，需增加舉升能力。

（2）抽油桿

抽油桿設(shè)計(jì)原則是所選用抽油桿許用扭矩必須大于工作扭矩，而且有1.2左右的安全系數(shù)。

（3）油管

φ73mm油管與φ25mm油桿配合，油桿接箍處環(huán)空面積小，即6.4cm2，現(xiàn)場(chǎng)正沖洗時(shí)，壓力達(dá)到15MPa仍不能洗通，而φ88.9mm油管與φ25mm油桿接箍處環(huán)形面積為21.6cm2，在5MPa壓力時(shí)即可完成洗井施工。

（4）井口

驅(qū)動(dòng)頭與井口采用法蘭連接是目前最可靠的連接方式，采用7″簡(jiǎn)易150型井口，同時(shí)考慮出砂冷采環(huán)空測(cè)試的需要，在井口法蘭下部設(shè)計(jì)了偏心測(cè)試頭。

（5）光桿

依據(jù)生產(chǎn)時(shí)扭矩要求和日常管理經(jīng)常提出轉(zhuǎn)子沖洗需要，選定φ32mm/10m長(zhǎng)的光桿。

1.2配套工具部分

螺桿泵井下配套工具主要有油管扭力錨、抽油桿防脫器及桿、管扶正器，套保油田油井是淺直井，螺桿泵轉(zhuǎn)速較低，所以抽油桿防脫器及桿、管扶正器沒有使用，現(xiàn)場(chǎng)沒有桿管偏磨及倒轉(zhuǎn)脫扣現(xiàn)象發(fā)生。

1.3地面驅(qū)動(dòng)裝置及電控部分

地面驅(qū)動(dòng)裝置將動(dòng)力傳遞給井下泵轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)。主要包括：電機(jī)、傳動(dòng)皮帶、減速箱、盤根盒、電控箱五部分。螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)裝置的選擇除考慮與井口連接及減速比等因素外，更重要的是要考慮驅(qū)動(dòng)頭電機(jī)功率的承載能力。

（1）電機(jī)功率設(shè)計(jì)

常規(guī)設(shè)計(jì)推薦電機(jī)皮帶傳遞效率取0.8;驅(qū)動(dòng)頭，包括光桿、盤根的磨擦機(jī)械效率取0.85，從此表計(jì)算可知，最大排量在15m3/d的油井需5.23KW電機(jī)可滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。與之比較接近的是5.5KW規(guī)格，故最大排量在15m3/d以下的油井選用5.5KW電機(jī)，最大排量在15-25m3/d的油井選用7.5KW電機(jī)，25m3/d以上的油井選用11KW電機(jī)。

（2）電控箱

電控箱控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止，配備比電機(jī)功率略大一級(jí)的變頻裝置，以備激勵(lì)出砂時(shí)頻繁調(diào)整排量的需要，并具有過載、欠載自動(dòng)停機(jī)保護(hù)，防止抽油桿斷脫和干磨事故發(fā)生。

2螺桿泵舉升工藝的應(yīng)用效果

套保油田是國(guó)內(nèi)使用出砂冷采的典型稠油油藏，自2000年3月試驗(yàn)螺桿泵做為稠油的舉升配套技術(shù)以來，對(duì)井下泵的選擇，井下泵的下入位置，桿管組合，井下泵的錨定工具等經(jīng)歷了反反復(fù)復(fù)的試驗(yàn)，螺桿泵舉升工藝經(jīng)過2003年54口井的礦場(chǎng)出砂冷采應(yīng)用試驗(yàn)，結(jié)果表明：這套舉升工藝滿足套保稠油出砂冷采技術(shù)的需要，為吉林油區(qū)在稠油資源有效動(dòng)用提供了技術(shù)保障。

3總結(jié)

在應(yīng)用中對(duì)此項(xiàng)技術(shù)有如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

第一、螺桿泵舉升系統(tǒng)是最好的稠油舉升設(shè)備，出砂冷采必須采用高攜砂性能的螺桿泵，它適合泵送高粘原油，而不受原油中含砂量的限制。

第二、螺桿泵舉升系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，含砂量增大，設(shè)計(jì)稠油出砂冷采井的地面驅(qū)動(dòng)設(shè)備的功率必須比常規(guī)設(shè)計(jì)大。

第三、螺桿泵舉升系統(tǒng)中的井下桿、管組合必須滿足高攜砂要求。

第四、螺桿泵舉升系統(tǒng)中井下螺桿泵的吸入口下入位置在油層射孔底界下1米以內(nèi)，確保最大生產(chǎn)壓差，而又不被砂埋。

第五、螺桿泵舉升系統(tǒng)中電控箱必須配備變頻器，調(diào)整排量簡(jiǎn)單、迅速。螺桿泵的排量與轉(zhuǎn)速成正比，只要旋轉(zhuǎn)調(diào)速旋鈕就可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)的變速，可精確調(diào)整油井排量。