螺桿泵井熱洗提效技術

吳宇瀅（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

螺桿泵采油井內由桿、管、泵等構成工藝管柱。一般的，由于深度變化，溫度隨之改變，導致舉升井液中石蠟的結晶析出并掛在油管內壁和抽油桿外壁，此時螺桿泵舉升載荷增大，產量降低[1-3]。依據現場需求，需要定期洗井，生產中常常面臨洗井溫度低、化蠟效果不好，井筒排量小、排蠟效果差問題，因此，針對溫度和排量進行分析并采取措施，將有利于螺桿泵井洗井效果的改善。

1 溫度控制

目前油田對于螺桿泵井主要采用水洗的方式完成清蠟工作[4-7]。水源采用摻水和罐車拉運。摻水源水溫度只能達到70～80℃，溫度較低，且流量較小，注入套管換熱后融蠟效果較差[8-11]；罐車洗井，源水雖能達到90～100℃，泵車也能實現較大排量注入，但由于較高的投資、人工、耗油和洗井后壓產，年洗井井次僅占總洗井井次的15%～20%，所以目前現場仍以摻水洗井為主。

相比之下，超導車洗井技術具有較高的洗井液溫度、洗井后不壓產等突出特點，較好的彌補了常規水洗洗井工藝的不足，該種工藝源液溫度可達到120℃，使其在換熱后融蠟效果更好，更有利于確保蠟晶的去除。

1.1 工作原理

超導車熱洗原理見圖1，超導洗井主要通過泵抽壓頭提供能量，在液流采出地面后，通過管線直接接入洗井車進口，經車內集成的超導加熱器加熱提溫后，重新由套管閘門回注井筒中參與洗井循環。通過該加熱的高溫洗井液將井筒內抽油桿和油管內的蠟融化并攜帶至地面。

圖1 超導車熱洗原理圖Fig.1 Schematic diagram of superconducting car hot washing

1.2 導熱分析

洗井液由油套環空注入，向下首先到達動液面，隨動液面一起向泵吸入口流動，該過程中，油管外環空洗井液通過油管將溫度傳遞給油管內產出液，受管外溫度影響，管內液體溫度升高；之后，隨著油管外洗井液的不斷注入，洗井液前端到達泵吸入口，并繼續順油管內部向上運動，此時，洗井液前端至井口和洗井液前端至泵形成兩個單獨的導熱體系，溫度在此處出現斷點，但隨距離井口高度的減少溫度呈上升趨勢；最后，洗井液前端到達井口，油管內熱循環趨于平穩，溫度分布穩定。

基于以上分析，溫度變化的主要三個階段可根據洗井液前端位置劃分。階段一，前端在油管外；階段二，前端在油管內；階段三，前端返回至井口。

借助《超導熱洗井溫計算程序》，以a井為例（產液40 m3/d，含水88.9%，沉沒度138 m），進行了三個階段油管內井液溫度變化模擬，洗井過程中油管內井液溫度變化見圖2。

圖2 洗井過程中油管內井液溫度變化Fig.2 Temperature change of well fluid during well washing

階段一，洗井液前端在套管內向泵流動，通過環空向油管導熱，隨著熱洗時間推移油管內液體的溫度逐漸升高；階段二，洗井液前端到達泵吸入口后在油管內向上運動，假設蠟的融化溫度為55℃，熱洗時間為40 min時，結蠟點（約-600 m）的油溫為53℃，尚未到達融蠟油溫，而熱洗時間為45 min時，油溫已經達到63℃，超過了融蠟溫度，此時蠟晶融化；階段三：洗井液前端已到井口，換熱基本趨于穩定。由前述分析，溫度曲線上斷點位置即為確定洗井液前端位置，通過模擬，熱洗時間達到50 min時洗井液前端已到井口，洗井液完成一個換熱循環。

根據模擬結果，獲得了不同產量和沉沒度下，超導洗井一個熱交換所需要的循環時間，循環時間隨產量變化圖見圖3。由圖3可知，產量越高、沉沒度越低，一個熱交換時間就越短。分析認為，產量高、沉沒度低時，洗井液能被快速吸入油管內部，此時熱交換從單純的管外向管內換熱變為管內換熱和管外換熱的共同作用，因此管內溫度升高越快，循環所需時間變短。

圖3 循環時間隨產量變化Fig.3 Variation of cycle time with yield

1.3 耗油量優化

根據能耗轉化計算公式：

式中：N為加熱功率，kW；Q為產量，t/d；η為換熱效率，%；T為溫度，℃；x為含水，%；Cw、Co分別為水和油的比熱，J/kg·℃。

式中：m為單位時間的耗油量，kg/s；α為油料的燃燒值，kJ/kg。

式中：M為熱洗一口井的耗油量，kg；τ為時間，min。

實際洗井中，為徹底化蠟和排蠟，需要進行2～3個周期的化蠟和排蠟。單次化蠟時間可通過查圖3得出，單次排蠟時間20～30 min，因此當進行3個周期的化排蠟時，T出口取120℃，T進口取75℃。

2 排量控制

考慮螺桿泵井洗井排量不大，在熱洗時排蠟效果差問題，采取擴大進排液能力的技術予以解決。實際中，主要采用兩項技術：“擴大進液能力”：SJ-Ⅱ型洗井閥提高進入油管液量；“擴大排液能力”：優化桿管配合增大液流通道。

2.1 擴大進液能力

SJ-Ⅱ型洗井閥主要包含上下接頭、主體、彈簧、內活塞等幾個主要部分。主體為中空結構，通過上下接頭與油管連接；內活塞在主體內運動，不工作時被彈簧壓緊，封閉導流孔，洗井液注入油套環空后，閥體承壓并壓縮彈簧，導流孔打開后實現進液，SJ-Ⅱ型洗井閥見圖4。

圖4 SJ-Ⅱ型洗井閥Fig.4 SJ-Ⅱwell washing valve

核心構件為內活塞，由主體、密封圈構成，設計有沉砂槽和密封圈支撐骨架結構，有利于機構的密封和復位。

洗井閥最大工作壓力：15 MPa；啟動壓差：0.3～0.4 MPa；最大工作流量：60 m3/h。

應用時，將SJ-II型洗井閥置于井下螺桿泵的上面，在施工作業下泵時，隨管柱一起下入井內管柱詳細參數見表1。不工作時，活塞受到上部彈簧擠壓處于原始位置，封閉導流孔，不通水；洗井時，油套環空壓力升高，內外壓差達到工具啟動壓差時，活塞向上，導流孔與主體連通，允許液流通過，實現大排量進液。

表1 管柱詳細參數Tab.1 Detailed parameters of the tube column

2.2 擴大排液能力

螺桿泵井常用抽油桿為?22 mm和?25 mm兩種，油管有?62 mm和?76 mm兩種，眾所周知，桿徑越小、管徑越大，可供液流通過的空間越大，排液能力越強。測算了?22 mm抽油桿分別和?62 mm、?76 mm兩種油管配合時，油管及與抽油桿配合情況測算見表2。可以看出，?22 mm和?76 mm油管配合時，相比與?62 mm油管配合過流面積增加1倍以上，導流能力將更好。為驗證效果，對20口應用井進行了效果統計，結果表明：?22 mm抽油桿和?76 mm油管配合時，洗井壓力有顯著降低，與?62 mm油管相比，洗井壓力由4.2 MPa降低至3.6 MPa，降低了14.3%。

表2 油管與抽油桿配合情況測算Tab.2 Calculation of oil pipe and sucker rod matching

3 現場應用

確定了“超導洗井”、“SJ-Ⅱ型洗井閥”+“?22 mm抽油桿、?76mm油管”技術的應用原則，考慮超導洗井在低產液、高沉沒度井應用時，一次化蠟時間過長，導致整個洗井時間長而不利于現場實施的情況，因此主要針對產量高且沉沒度低（目前應用范圍：＞30 t/d、＜250 m）的螺桿泵井應用超導洗井；而對于泵排量較低、管徑較小、平時洗井發現洗井壓力較高井采用“SJ-II型洗井閥”+“?22 mm抽油桿、?76 mm油管”原則進行助排優化。

統計了112井次超導車洗井情況，與原洗井方式相比，洗后電流降低10.3%，平均有功功率由5.72 kW降低到5.13 kW，降低0.59 kW，日耗電減少14.16 kWh，年節電58.88×104kWh，電費折合經濟效益37.5萬元；含水恢復期縮短1.2 d，多產油483 t，折合經濟效益101.8萬元，以上總計139.3萬元。

統計了70口“SJ-Ⅱ型洗井閥”+“?22 mm抽油桿、?76 mm油管”擴大進排液量的措施，與措施前對比，平均單井洗井排量由12.5 m3/h提高到16.1 m3/h，提高了3.6 m3/h，洗井時間由2 h縮減為1.5 h，縮短了0.5 h；洗后電流平均降低5.2%，平均有功功率由4.50 kW降低到4.27 kW，降低0.24 kW，日耗電減少5.62 kWh，年節電14.35×104kWh，電費折算經濟效益9.14萬元。

綜上，螺桿泵井熱洗提效措施成效較為顯著，有利于螺桿泵井洗井工藝的開展。

4 結論

1）考慮溫度因素，螺桿泵井應用超導洗井，洗井液溫度更高，換熱效果更好，有利于確保蠟晶的去除；模擬油管內換熱表明，產液量越高、沉沒度越低，熱交換時間越短，用熱交換時間推算了耗油量，實現溫度控制和優化。

2）“SJ-Ⅱ型洗井閥”+“?22 mm抽油桿、?76 mm油管”組合工藝有利于擴大螺桿泵井油管進液排液能力，措施后洗井排量提高，洗井用時有效縮短。

3）由于超導洗井無洗井液倒灌地層，含水恢復期近似為零，所以洗后壓產影響極小，起到多產油目的，經濟效果顯著。

4）通過優化螺桿泵洗井的溫度和排量實現了良好的節電效果，182井次共計節電73.23×104kWh。