螺桿泵井下結(jié)構(gòu)改進(jìn)及應(yīng)用研究

邵東波

SHAO Dong-bo

（威海職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程系，威海 264210）

0 引言

新疆油田六中區(qū)作為二次開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要區(qū)塊，近年來(lái)新井井?dāng)?shù)多，部分油井產(chǎn)液量、流體物性差異大，而螺桿泵具有的節(jié)能降耗、適應(yīng)粘度范圍廣等特點(diǎn)較好的滿足了二次開(kāi)發(fā)的部分需求?？紤]油井洗井等因素，六中區(qū)采用的均為空心轉(zhuǎn)子可洗井螺桿泵。

1 螺桿泵采油技術(shù)特點(diǎn)及存在問(wèn)題

螺桿泵又稱漸進(jìn)式容積泵，由定子和轉(zhuǎn)子組成，兩者的螺旋狀過(guò)盈配合形成連續(xù)密封的腔體，通過(guò)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)的傳輸。同其他舉升方式相比，

具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

1）泵效高、節(jié)能、維護(hù)費(fèi)用低。螺桿泵工作時(shí)負(fù)載穩(wěn)定，機(jī)械損失小，泵效、系統(tǒng)效率高。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，維護(hù)方便。

2）適應(yīng)范圍廣。適合于粘度為8000mPa.s以下的原油開(kāi)采，在原油中含砂量達(dá)40%的情況下也可正常生產(chǎn)；不會(huì)發(fā)生氣鎖現(xiàn)象。

3）實(shí)現(xiàn)快速洗井。實(shí)心桿螺桿泵洗井時(shí)需吊車配合將轉(zhuǎn)子提起才能快速洗井，而空心轉(zhuǎn)子螺桿泵可在不影響油井正常生產(chǎn)的情況下快速洗井。

但通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)螺桿泵的推廣應(yīng)用情況，發(fā)現(xiàn)螺桿泵在生產(chǎn)過(guò)程中易產(chǎn)生以下兩種非正?，F(xiàn)象。

（1）部分油井下泵后初期產(chǎn)量高，生產(chǎn)短時(shí)間后，產(chǎn)液量下降明顯，泵效降低。

（2）低泵效井雖然泵效降低，但動(dòng)液面高，甚至部分井動(dòng)液面在井口

2 原因分析與解決方法

首先對(duì)螺桿泵井各種運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，確定產(chǎn)生問(wèn)題的主要原因，主要總結(jié)為以下四點(diǎn)：

1）低液量、高動(dòng)液面油井中井下漏失井?dāng)?shù)所占比例大如見(jiàn)圖1所示。

2）由圖1可以看出，螺桿泵產(chǎn)生漏失的主要原因?yàn)榫陆Y(jié)構(gòu)存在漏失。對(duì)井下結(jié)構(gòu)漏失的井進(jìn)行檢查核實(shí)，分類統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 漏失井試驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)表1中幾種現(xiàn)象及情況說(shuō)明分析得出如下結(jié)論。

（1）現(xiàn)狀1：洗井閥被卡在開(kāi)啟位置；

結(jié)論：井下漏失是洗井閥處產(chǎn)生的。

（2）現(xiàn)狀2：油管絲扣倒扣；

結(jié)論：井下漏失是油管連接處產(chǎn)生的。

（3）現(xiàn)狀3：井下結(jié)構(gòu)均完好；

地面檢查發(fā)現(xiàn)井下結(jié)構(gòu)完好，說(shuō)明井下結(jié)構(gòu)的漏失是在生產(chǎn)動(dòng)態(tài)過(guò)程中產(chǎn)生的，因此生產(chǎn)時(shí)存在漏失的點(diǎn)必定是井下結(jié)構(gòu)中的活動(dòng)部件，而螺桿泵井下結(jié)構(gòu)中唯一能活動(dòng)的部件就是洗井閥處的閥球。

結(jié)論：此種現(xiàn)象的井下漏失也是洗井閥處產(chǎn)生的。

3）動(dòng)態(tài)漏失分析

由圖1中螺桿泵洗井閥受力分析圖可以得出井下洗井閥動(dòng)態(tài)漏失條件為：

圖1 螺桿泵洗井閥受力分析圖

其中：PH---泵上部油管液柱壓力

FK---閥球上部彈簧壓力

P下---閥球下部所受壓力

P下=PT+ Ph

FK=0.04MPa(已知條件)

4）洗井閥存在動(dòng)態(tài)漏失的井前期生產(chǎn)過(guò)程中的共性現(xiàn)象有以下四點(diǎn)：

(1)下泵初期采用大皮帶輪、大排液量生產(chǎn)；

(2)動(dòng)液面下降后，為保護(hù)定子，采用小皮帶輪、低排液量生產(chǎn)；

(3)采用低排液量生產(chǎn)后，動(dòng)液面升高，液量、泵效降低幅度大；

(4)根據(jù)下泵深度、套壓等參數(shù)計(jì)算 P下與P上相差小，說(shuō)明閥球處于近平衡狀態(tài)。

5）綜合以上幾點(diǎn)，經(jīng)分析得出其動(dòng)態(tài)漏失過(guò)程如下：

(1)下泵初期，采用大排液量生產(chǎn)，動(dòng)液面低PH+ FK＞P下，閥球坐封。

(2)動(dòng)液面下降后，為保護(hù)定子，采用低轉(zhuǎn)速、低排液量生產(chǎn)，地層供液能力大于泵排量，動(dòng)液面上升，套壓上升，PH+ FK＜P下，閥球開(kāi)啟，產(chǎn)生漏失。

洗井閥開(kāi)啟后產(chǎn)生兩種情況（如圖2所示）：

1）由于閥球與周圍管柱內(nèi)壁距離過(guò)

?。?mm），閥球開(kāi)啟位置為“死區(qū)”，流體流動(dòng)性差，蠟、垢等易聚集，造成閥球開(kāi)啟后被永久卡住。

2）由于洗井閥空間小，液流不能作

用到閥球，螺桿泵抽吸的流體經(jīng)洗井閥又漏失到泵進(jìn)液位置，造成流體在泵出口與吸入口內(nèi)部循環(huán)，而井口產(chǎn)液量低，動(dòng)液面高。

基于以上原因有針對(duì)性的對(duì)洗井閥進(jìn)行以下改進(jìn)：

1）確定洗井閥合理開(kāi)啟壓力

根據(jù)油井下泵深度與地層壓力系數(shù)等參數(shù)，結(jié)合螺桿泵井的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)計(jì)算螺桿泵正常運(yùn)行時(shí)洗井閥閥球上、下部所產(chǎn)生的壓差分布范圍為0.28-0.35Mpa，根據(jù)其范圍取一合理安全系數(shù)，確定洗井閥合理開(kāi)啟壓力為0.5Mpa。

針對(duì)如何提高洗井閥開(kāi)啟壓力的問(wèn)題，結(jié)合洗井閥處結(jié)構(gòu)的改變，確定了三種方案。由5人組成評(píng)價(jià)小組，對(duì)其進(jìn)行分項(xiàng)評(píng)價(jià)（如表2所示）。

表2 方案優(yōu)選統(tǒng)計(jì)表

2）洗井閥結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法的確定

對(duì)洗井閥結(jié)構(gòu)局部進(jìn)行改進(jìn)，主要包括以下兩個(gè)方面的改進(jìn)（如圖2所示）。

(1)根據(jù)洗井閥處彈簧的初始?jí)嚎s量、閥球受力面積等參數(shù)計(jì)算出彈簧的彈性系數(shù)為31.4N/cm時(shí)可滿足洗井閥開(kāi)啟壓力要求。

(2)將閥球直徑減小為25mm，擴(kuò)大閥球周圍空間，將閥球直徑減小為25mm，擴(kuò)大閥球周圍空間，并將出液口上移至彈簧固定端上部，提高了洗井效率，而且蠟、垢不易聚集，閥球上下部受力均勻。

圖2 洗井閥改進(jìn)前后結(jié)構(gòu)對(duì)比圖

（3）單井合理洗井周期的確定

應(yīng)根據(jù)單井結(jié)蠟及井況的不同，合理確定各單井不同的洗井周期，通過(guò)對(duì)螺桿泵不同洗井周期下的效果統(tǒng)計(jì)，結(jié)合公開(kāi)發(fā)表的相關(guān)資料，確定螺桿泵單井洗井周期為泵效降低10%兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的天數(shù)為合理洗井周期。

3 應(yīng)用效果與推廣應(yīng)用前景

3.1 生產(chǎn)情況

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，截止2009年6月，對(duì)洗井閥漏失原因造成的9口低泵效井井下結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，平均泵效提高至67.4%，未再出現(xiàn)低泵效、高動(dòng)液面、高沉沒(méi)度的現(xiàn)象。

3.2 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

改進(jìn)前問(wèn)題井頻繁檢泵，甚至出現(xiàn)一口井一年檢泵4次的情況，改進(jìn)后檢泵周期大幅延長(zhǎng)，減少了油井檢泵費(fèi)用。按2年檢泵1次，每次檢泵2萬(wàn)元/井次，改進(jìn)成本費(fèi)用0.1萬(wàn)元計(jì)算，9口井一年節(jié)約費(fèi)用為：9×（4×2-0.5×2）-9×0.1=62.1萬(wàn)元。

3.3 推廣應(yīng)用前景

對(duì)后期陸續(xù)使用的30臺(tái)螺桿泵進(jìn)行改進(jìn)后，截至目前，均運(yùn)行正常。此項(xiàng)改進(jìn)被供貨方采納并在其它油田部分螺桿泵井進(jìn)行了使用，取得了良好的效果，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

4 結(jié)束語(yǔ)

1）通過(guò)對(duì)洗井閥結(jié)構(gòu)的局部改進(jìn)，解決了洗井閥漏失問(wèn)題，從根源上避免了低泵效、高動(dòng)液面、高沉沒(méi)度的現(xiàn)象，滿足了螺桿泵井正常生產(chǎn)、洗井的需求,節(jié)約了大量檢泵費(fèi)用，提高了螺桿泵的使用效率。

2）對(duì)井下工具存在問(wèn)題的分析判斷須結(jié)合油井的實(shí)際工況進(jìn)行，分析其動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。

3）針對(duì)螺桿泵采油工藝的特點(diǎn)，應(yīng)有針對(duì)性的制定科學(xué)、合理的管理制度，以方便對(duì)其進(jìn)行管理與日常維護(hù)。

[1]張維民.螺桿泵抽油桿柱設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2002:10-40.

[2]石油化學(xué)工業(yè)部石油化工規(guī)劃設(shè)計(jì)院組織編寫.泵和電動(dòng)機(jī)的選用[M].北京:石油工業(yè)出版社,1976:20-60.

[3]沈迪成等.抽油泵[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994:10-50.

[4]萬(wàn)仁溥.采油工程手冊(cè)[M].北京:石油工業(yè)出版社[M],2000:12-60.