三元復(fù)合驅(qū)油井節(jié)能設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

彭雙山（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

三元復(fù)合驅(qū)油導(dǎo)致采油系統(tǒng)中結(jié)垢和腐蝕的產(chǎn)生，造成油井舉升過(guò)程中載荷、扭矩上升，設(shè)備運(yùn)行能耗增加，生產(chǎn)維護(hù)成本大量增加。針對(duì)三元復(fù)合驅(qū)油體系的結(jié)垢規(guī)律，采用長(zhǎng)柱塞泵、小過(guò)盈螺桿泵的舉升工藝設(shè)計(jì)，以及除防垢方式和配方的優(yōu)選，可有效減緩油井結(jié)垢，降低運(yùn)行能耗，延長(zhǎng)油井檢泵周期。

1 機(jī)采舉升方式的節(jié)能設(shè)計(jì)

針對(duì)三元驅(qū)過(guò)程中的結(jié)垢導(dǎo)致油井載荷上升，電流以及消耗功率增加問(wèn)題，結(jié)合目前舉升工藝中的抽油機(jī)、螺桿泵、電泵以及提撈等舉升工藝，在三元驅(qū)油井的舉升方式設(shè)計(jì)上，主要采取長(zhǎng)柱塞泵的抽油機(jī)工藝、小過(guò)盈的螺桿泵工藝以及采用鋼絲繩桿柱的提撈工藝。

1.1 抽油機(jī)井優(yōu)選長(zhǎng)柱塞抽油泵

長(zhǎng)柱塞抽油泵由于采用了長(zhǎng)柱塞、短泵筒結(jié)構(gòu)，柱塞上部閥罩始終處于泵筒外面，油液在長(zhǎng)柱塞擾動(dòng)下，其結(jié)構(gòu)使垢質(zhì)不易在泵筒內(nèi)沉積造成卡泵。

為滿足測(cè)試要求，設(shè)計(jì)直徑70 mm長(zhǎng)柱塞抽油泵與泵上延長(zhǎng)管采用內(nèi)扣連接方式，改進(jìn)了常規(guī)的外徑為107 mm的接箍鏈接，使測(cè)試儀器可以通過(guò)。在三元復(fù)合驅(qū)油中應(yīng)用了13 臺(tái)長(zhǎng)柱塞抽油泵，均表現(xiàn)出了較好的適應(yīng)性。

1.2 小過(guò)盈螺桿泵

在螺桿泵工藝選擇上，主要考慮降低負(fù)載扭矩對(duì)降低能耗的影響，因此試驗(yàn)應(yīng)用了小過(guò)盈螺桿泵工藝[1]。小過(guò)盈螺桿泵的過(guò)盈量由常規(guī)的0.3 mm減小到0.15 mm，這樣，既減小了系統(tǒng)初始負(fù)載扭矩，又可保持高泵效。

小過(guò)盈設(shè)計(jì)對(duì)泵效有一定影響?，F(xiàn)場(chǎng)選用了納米復(fù)合高分子定子橡膠，通過(guò)優(yōu)化定子橡膠材料、加大泵級(jí)數(shù)降低對(duì)泵效的影響。室內(nèi)掛片試驗(yàn)表明 在模擬采出液浸泡條件下，納米復(fù)合高分子橡膠材料垢質(zhì)附著率不足0.5%，與普通丁腈橡膠垢質(zhì)附著率3.2%相比，垢質(zhì)附著率降低2.7個(gè)百分點(diǎn)，其垢質(zhì)附著率僅為普通丁腈橡膠的1/6，且易于清除擦洗，體現(xiàn)了較好的防垢效果。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)了納米復(fù)合高分子定子橡膠小過(guò)盈螺桿泵，試驗(yàn)結(jié)果表明，泵效大幅提升，通過(guò)減少垢的影響，油井電流下降明顯，見(jiàn)表1。

表1 9-AS2711井小過(guò)盈螺桿泵應(yīng)用效果對(duì)比

1.3 連續(xù)提撈采油技術(shù)

柔性抽油桿連續(xù)提撈采油技術(shù)不易引起結(jié)垢，檢泵作業(yè)頻次低，同時(shí)不需要采取防垢措施，對(duì)三元驅(qū)適應(yīng)性較強(qiáng)[2]。目前，應(yīng)用智能提撈抽油機(jī)井12口，該工藝具有不易出現(xiàn)卡泵現(xiàn)象、運(yùn)行能耗低的特點(diǎn)。

1.4 電動(dòng)機(jī)與控制箱的選擇

為滿足三元復(fù)合驅(qū)舉升需求，針對(duì)油井不同結(jié)垢期的載荷變化，抽油機(jī)井應(yīng)選擇雙功率電動(dòng)機(jī)，對(duì)于螺桿泵舉升工藝應(yīng)設(shè)計(jì)變頻調(diào)速裝置，隨時(shí)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的供給。喇嘛甸油田三元復(fù)合驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用多功率高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)節(jié)能效果顯著，其負(fù)荷壓?jiǎn)?dòng)、功率因數(shù)高、過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)適用于三元復(fù)合驅(qū)油井復(fù)雜的負(fù)載變化。

2 地面除防垢措施的優(yōu)化

在不同結(jié)垢階段，三元復(fù)合驅(qū)油井垢質(zhì)成分有較大變化。結(jié)垢初期以碳酸鹽垢為主，碳酸鹽垢結(jié)垢速度快，但化學(xué)反應(yīng)簡(jiǎn)單，除防垢效果比較明顯，檢泵周期比較長(zhǎng)；結(jié)垢中期以混合垢為主，硅酸鹽垢比例逐漸上升，混合垢化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜，檢泵周期明顯縮短；結(jié)垢后期以硅酸鹽垢為主，硅酸鹽垢的結(jié)垢速度緩慢。針對(duì)垢質(zhì)成分變化，分別就管柱設(shè)計(jì)、防垢劑配方優(yōu)選以及酸洗除垢方式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)防垢管柱

由于三元復(fù)合驅(qū)油井垢卡、蠟卡程度比聚驅(qū)井嚴(yán)重，考慮普通油管防垢效果較差，為有效延長(zhǎng)采油井熱洗及檢泵周期，降低燃?xì)庀模凸苓x擇時(shí)側(cè)重于防蠟、防腐、防垢[3]。三元復(fù)合驅(qū)油井熔蠟點(diǎn)比水驅(qū)高10～15 ℃，一般為55 ℃左右，因此油井管柱工藝以合金化納米聚合涂鍍防腐油管防蠟為主。

2.2 優(yōu)化防垢藥劑配方

三元復(fù)合驅(qū)油井的防垢方式有井口液體點(diǎn)滴加藥、井口固體投球加藥和井下防垢塊等?？紤]到反應(yīng)速度、濃度調(diào)節(jié)控制的因素，選用井口液體點(diǎn)滴加藥方式。其工作原理為 利用柱塞泵將藥劑從油套環(huán)空注入井內(nèi)，通過(guò)泵流量調(diào)節(jié)器控制加藥量。該方法相對(duì)成本低、除防垢降載荷效果好，見(jiàn)表2。

表2 井口加藥裝置性能參數(shù)

在采出井垢質(zhì)成分分析基礎(chǔ)上有針對(duì)性地選擇清防垢劑。結(jié)垢前期，藥劑以防碳酸鹽垢為主；結(jié)垢中后期，硅酸鹽垢含量達(dá)到70%左右，優(yōu)化除垢劑配方以鹽酸、氫氟酸及部分表面活性劑為主。室內(nèi)試驗(yàn)除垢率達(dá)到了98.6%，優(yōu)于無(wú)機(jī)除垢劑。

2.3 確定合理的酸洗除垢時(shí)機(jī)

針對(duì)大慶喇嘛甸油田三元復(fù)合驅(qū)油井容易出現(xiàn)載荷上升、垢卡泵以及由此引發(fā)的能耗上升問(wèn)題，結(jié)合油井除垢前后電流的變化情況，分別確定抽油機(jī)井和螺桿泵井的除垢時(shí)機(jī)。抽油機(jī)井的除垢時(shí)機(jī)為 上行電流上升5 A；出現(xiàn)上沖程過(guò)程中載荷增大示功圖；螺桿泵井的除垢時(shí)機(jī)為 電流上升，并出現(xiàn)光桿轉(zhuǎn)速與地下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不同步的曲線。

優(yōu)化酸洗除垢工藝 將常規(guī)的關(guān)井反應(yīng)改為循環(huán)除垢流程；施工排垢速率控制在0.5 m3/min 以下，防止將垢質(zhì)沖入泵筒內(nèi)造成堵塞；加密酸洗周期，減少垢卡檢泵概率。目前現(xiàn)場(chǎng)已實(shí)施26 井次，酸洗后均順利開(kāi)井生產(chǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施33井次。油井酸洗除垢后，抽油機(jī)井上行電流平均降低5 A，螺桿泵井電流平均降低3 A，測(cè)靜壓關(guān)井3 d，均順利開(kāi)井，未出現(xiàn)卡泵現(xiàn)象，可保證測(cè)壓等關(guān)井后的開(kāi)井率，見(jiàn)表3。

表3 酸洗降耗效果統(tǒng)計(jì)

抽油機(jī)井以9-PS2631為例，該井2010年7月24日酸洗時(shí)pH 值為9.34，處于結(jié)垢初期。酸洗前測(cè)示功圖時(shí)發(fā)現(xiàn) 在上行過(guò)程中載荷增大，因此及時(shí)采取酸洗除垢措施，措施后，上沖程載荷變平穩(wěn)，最大載荷由79.93 kN下降到63.43 kN。

螺桿泵井以8-PS2603為例，該井2010年4月12日酸洗時(shí)pH值達(dá)到11.01，處于結(jié)垢后期。酸洗前電流曲線為光桿與井下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不同步，酸洗后電流曲線平直，電流從14.6 A下降到12.76 A，措施效果較為明顯。

3 結(jié)論

1）三元復(fù)合驅(qū)油井舉升工藝的節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)針對(duì)油井結(jié)垢導(dǎo)致載荷增加的特點(diǎn)。長(zhǎng)柱塞抽油泵、小過(guò)盈螺桿泵對(duì)三元復(fù)合驅(qū)油具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，是目前較為適合的舉升技術(shù)。

2）通過(guò)優(yōu)化防垢藥劑配方并及時(shí)酸洗清垢能有效降低抽油機(jī)井、螺桿泵載荷和扭矩，有效降低油井電動(dòng)機(jī)運(yùn)行能耗。

3）防垢劑足量點(diǎn)滴加入的方法可保持油井電流穩(wěn)定或不升，有效防垢，改善油井設(shè)備工作狀況。

[1]徐國(guó)民.強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)面臨的問(wèn)題及解決對(duì)策[J].油氣田地面工程,2008,27(11):70-71.

[2]劉艷平.連續(xù)抽油桿采油配套技術(shù)[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2003,32(1):19-21．

[3]李金玲,李天德,陳修君,等.強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)結(jié)垢對(duì)機(jī)采井的影響及解決措施[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā),2008(3):89-91.