螺桿泵采油技術(shù)在永寧油田低滲透油藏的應(yīng)用

孫 昆，高 磊，姬文瑞

(延長油田股份有限公司 永寧采油廠，陜西 延安 716000)

螺桿泵采油技術(shù)，具有單井一次性投資較少、耗電低、維護管理費用低于常規(guī)抽油機井、占地面積小(僅為抽油機井的1/15)、噪音低、無污染，利于環(huán)保等優(yōu)點;且地面驅(qū)動螺桿泵井與普通抽油機井相比具有更高的經(jīng)濟效益和社會效益，具有常規(guī)抽油設(shè)備所不能替代的優(yōu)越性。為探索適合低滲透油藏開發(fā)的新工藝、新技術(shù)，2010年在永寧油田雙河油區(qū)選取了侏羅系延安組2口典型井作為螺桿泵采油技術(shù)先導(dǎo)性試驗井，依據(jù)該油區(qū)的油藏特性、油井產(chǎn)量、含水、出砂、結(jié)蠟等情況，開展了現(xiàn)場應(yīng)用分析，研究制定相應(yīng)的配套采油技術(shù)。

1 油田概況

永寧油田地處陜西省志丹縣境內(nèi)，東與安塞油田接壤，北鄰靖安油田，西與吳起油田相連，南接下寺灣油田。構(gòu)造位置地處鄂爾多斯盆地陜北斜坡中部。內(nèi)部構(gòu)造簡單，為平緩西傾大單斜，傾角小于1°，坡降為每公里5～8 m，在西傾單斜背景上發(fā)育小型低幅鼻狀隆起。

鉆遇地層自上而下為:第四系、白堊系、侏羅系安定組、直羅組、延安組及三疊系延長組。主要儲層為侏羅系延安組和三疊系延長組。

2 螺桿泵采油技術(shù)工作原理與配套技術(shù)

2.1 系統(tǒng)組成

螺桿泵采油系統(tǒng)按驅(qū)動方式可劃分為地面驅(qū)動和井下驅(qū)動兩大類，而地面驅(qū)動按不同驅(qū)動形式又可分為皮帶傳動和直接傳動兩種形式，井下驅(qū)動也可分為電驅(qū)動和液壓驅(qū)動兩種形式。本次試驗所選用的螺桿泵是依靠皮帶傳動的地面驅(qū)動方式。

螺桿泵采油系統(tǒng)由地面和井下兩大部分組成。地面部分包括驅(qū)動頭和控制柜，井下部分包括井下泵、抽油桿、配套工具等。

2.2 工作原理

螺桿泵又叫漸進容積式泵，由定子和轉(zhuǎn)子組成，兩者的螺旋狀過盈配合形成連續(xù)密封的腔體，通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)對介質(zhì)的傳輸［1］。螺桿泵的轉(zhuǎn)子、定子副(也叫螺桿——襯套副)是利用擺線的多等效動點效應(yīng)，在空間形成封閉腔室，并當轉(zhuǎn)子和定子作相對轉(zhuǎn)動時，封閉腔室能作軸向移動，使其中的液體從一端移向另一端，實現(xiàn)機械能和液體能的相互轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)舉升作用。

螺桿泵在工作時，地面驅(qū)動部分將井口動力通過抽油桿的旋轉(zhuǎn)運動傳遞到井下，驅(qū)動井下泵工作;由于井下泵的轉(zhuǎn)子與定子配合形成一系列相互隔開的封閉腔，井下泵的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，封閉腔沿軸向由吸入端向排出端運移，在排出端消失，同時吸入端形成新的封閉腔，其中腔內(nèi)所盛滿的液體也就隨著封閉腔的運移由吸入端推擠到排出端，達到了泵送液體的目的［2］。

圖1 螺桿泵剖面圖

2.3 技術(shù)特性

(1)有效攜砂。

螺桿泵運動件很少(只有轉(zhuǎn)子一個運動件)、流道短而且簡單，過流面積大，油流擾動小，因此攜砂能力較強，一般3% ～5%均可正常生產(chǎn)。

(2)有效清蠟。

螺桿泵是通過抽油桿帶動轉(zhuǎn)子實現(xiàn)連續(xù)排液的，并且螺桿泵轉(zhuǎn)子和抽油桿帶動液體旋轉(zhuǎn)，打亂了蠟的結(jié)晶，阻礙了蠟的沉積，節(jié)約清蠟費用。

(3)有效避免氣鎖。

普通抽油泵系統(tǒng)在氣體影響嚴重時，由于氣體在泵內(nèi)的膨脹和壓縮，使得吸入閥無法打開而抽不出油，這就是普通抽油泵系統(tǒng)的氣鎖現(xiàn)象。而螺桿泵抽油系統(tǒng)由于沒有閥件或閥件很少不會發(fā)生氣鎖現(xiàn)象，氣體只會影響泵的容積效率。

(4)高泵效。

螺桿泵結(jié)構(gòu)和原理的內(nèi)在高效因素，決定了螺桿泵的泵效高特點，既高效性;螺桿泵有運動部件少，沒有復(fù)雜的流道，吸入性能好，水力損失小，與普通泵相比較，由于普通泵的各種損失，在相同排量和揚程條件下，其泵效要比普通泵高出30% ～50%以上。

(5)無脈動抽吸。

螺桿泵綜合了柱塞泵和離心泵的優(yōu)點，即在不同的壓力條件下流量改變很小，而且流量非常連續(xù)均勻，無脈動抽吸現(xiàn)象。

(6)節(jié)能降耗。

螺桿泵抽油系統(tǒng)運行時負載穩(wěn)定，沒有慣性載荷，地面設(shè)備簡單，井下和地面各部件之間的機械損失較小，因而匹配電機明顯低于普通抽油機電機，系統(tǒng)效率也明顯高于普通抽油設(shè)備。

2.4 配套技術(shù)

結(jié)合油田實際情況，通過對螺桿泵工作原理的研究，對抽油桿斷脫原因進行分析，制定出適合油田自身情況的螺桿泵采油配套技術(shù)。

(1)使用高強度、光潔度高的特殊光桿，可起到防斷裂，有利于井口密封的作用。

(2)針對螺桿泵井桿柱受加工質(zhì)量、泵桿不匹配、沖擊載荷、井身結(jié)構(gòu)、泵質(zhì)量、抽油桿磨損等原因引起的桿柱斷裂現(xiàn)象，采用在桿柱的不同位置安裝扶正器的辦法。扶正器的布置方法及數(shù)量要根據(jù)不同的井況來確定［3］。對常規(guī)螺桿泵井，一般在桿柱的上端即光桿附近、桿柱的下端即轉(zhuǎn)子附近以及中下部布置扶正器較多，而在其它部位則數(shù)量較少。現(xiàn)場采用從泵上第二根開始，每根桿加一個扶正器。

(3)針對螺桿泵停機后抽油桿彈性變形能釋放和液體回流影響，引起抽油桿反轉(zhuǎn)脫扣，采用在桿柱上安裝防脫器的辦法，防止抽油桿倒扣［4］。

(4)由于螺桿泵的轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)順時針轉(zhuǎn)動，工作負載直接表現(xiàn)為扭矩，轉(zhuǎn)子扭矩作用在定子上，定子扭矩會使上部的正扣油管倒扣造成管柱脫扣，采用在油管上安裝防扭錨的方式防止油管脫扣。

(5)轉(zhuǎn)子在螺桿泵定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)將產(chǎn)生離心作用，使定子受到周期性沖擊而產(chǎn)生振動，這種振動的存在將降低系統(tǒng)的使用壽命。采用在螺桿泵定子上接頭處安裝一個油管扶正器。泵上5根油管每根安裝一個油管外扶正器，其余根據(jù)情況泵上油管每5根添加一個扶正器的辦法，減小或消除振動影響。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況與效果分析

螺桿泵采油技術(shù)在永寧油田開展先導(dǎo)性試驗，共2井次。根據(jù)螺桿泵采油技術(shù)工作原理與選井原則，選擇雙河油區(qū)延安組油層作為先導(dǎo)性試驗區(qū)塊，侏羅系延安組發(fā)育河流相、湖相水進型三角洲沉積相。油層組延7、延8(J2y3)、延10(J2y2)，儲層巖性為石英砂巖，大、中孔隙組合，低滲透儲層。延10儲層砂體厚度大，邊水、底水活躍，為彈性—水壓驅(qū)動構(gòu)造—巖性油藏，油藏埋深500～1100 m;原油密度0.84 ～0.85 g/cm3，黏度 8.71 m Pa·s/50℃，含硫0.11% ～0.2%，含蠟 7.6% ～10.48%;地層壓力為4.92 MPa，壓力系數(shù) 0.62，體積系數(shù) 1.05。

螺桿泵采油技術(shù)共應(yīng)用2井次，具體見表1。

表1 螺桿泵應(yīng)用效果前后對比

通過上表可以看出，試驗前后油井產(chǎn)量基本保持穩(wěn)定，檢泵周期分別延長了81.8%和90.8%。

3.2 存在的問題與不足

(1)干磨易加劇泵的老化。在動液面過低、間歇出油的情況下，螺桿泵抽油系統(tǒng)由于硬性轉(zhuǎn)子和軟性定子之間是過盈配合，沒有井液的潤滑和降溫，定子橡膠溫度上升很快，橡膠性能受到嚴重影響，老化嚴重，甚至?xí)龤?，因而螺桿泵不適用于動液面過低、間歇出油井，要求保持合適的沉沒度。

(2)受井況影響因素較多，應(yīng)用時需綜合考慮。螺桿泵的定子由于采用丁腈橡膠澆筑在泵筒內(nèi)表面，原油中的烴的組分對不同配方的橡膠有不同的影響;原油中的硫化氫會造成橡膠變硬、變脆，而且增產(chǎn)措施使用的各種化學(xué)藥劑對定子橡膠也會有影響，因而在選用螺桿泵時這些因素都要綜合考慮，在這一點上，螺桿泵抽油系統(tǒng)要比普通抽油系統(tǒng)復(fù)雜點。

(3)可以阻礙蠟的結(jié)晶析出，但不能有效清除油井結(jié)蠟這一問題。

(4)螺桿泵配套使用的是普通抽油桿(適合小排量螺桿泵)，當與大中排量螺桿泵配套使用時，由于抗扭強度達不到要求，容易出現(xiàn)斷桿、脫扣等油井事故。

(5)螺桿泵生產(chǎn)過程中，不能長時間停機。對于出砂較嚴重的油井，一旦停機，油管內(nèi)的沉砂會將泵口堵死，機組可能很難啟動，影響設(shè)備正常運轉(zhuǎn)［5］。

4 結(jié)論

(1)試驗證明，螺桿泵采油技術(shù)對于結(jié)蠟嚴重、出砂嚴重和原油粘度大的油井適合使用，也是目前適合于該地區(qū)的一種行之有效的采油方式。

(2)地面驅(qū)動螺桿泵井與普通抽油機井相比具有更高的經(jīng)濟效益和社會效益，維護方便，具有常規(guī)抽油設(shè)備所不能替代的優(yōu)越性。

(3)對配套工具進行改進、加強桿柱的抗扭性、對提高螺桿泵采油水平有較好的作用，科學(xué)的螺桿泵配套管理措施對提高螺桿泵井壽命也起著重要作用。

［1］牟剛，羅文波.螺桿泵井防偏磨方法探討［J］.油氣田地面工程，2005，24(12):21 －22.

［2］韓修廷，王秀玲，焦振強.螺桿泵采油原理及應(yīng)用［M］.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社，1998.

［3］許軍.螺桿泵井桿管磨損原因及治理措施［J］.石油機械，2005，33(10):63 －65.

［4］張威.螺桿泵采油技術(shù)在錦世油田的應(yīng)用與完善［J］.石油化工應(yīng)用，2010，29(11):72 －74.

［5］董賢勇.螺桿泵故障診斷及處理淺析［J］.石油礦場機械，2004，33(4):53 －56.