水平井壓后螺桿泵排液試采技術(shù)

孫繼東

（大慶油田有限責(zé)任公司試油試采分公司工程技術(shù)大隊(duì) 黑龍江大慶 163412）

水平井壓后螺桿泵排液試采技術(shù)

孫繼東

（大慶油田有限責(zé)任公司試油試采分公司工程技術(shù)大隊(duì) 黑龍江大慶 163412）

螺桿泵作為井下排液的一種手段，因系統(tǒng)設(shè)備尺寸小、維護(hù)和管理方便等優(yōu)點(diǎn)，在油田上逐步得到推廣和使用。本文簡要介紹了螺桿泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理以及主要工具配件等，并提出改進(jìn)措施和建議。

螺桿泵；排液；試采

作為井下排液的一種手段，螺桿泵首先被應(yīng)用在采油系統(tǒng)。因?yàn)槠湎到y(tǒng)設(shè)備尺寸小、維護(hù)和管理方便、系統(tǒng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，日益受到了人們的關(guān)注，在油田上應(yīng)用越來越廣泛。

隨著大慶油田地區(qū)勘探開發(fā)力度不斷加大，螺桿泵越來越多地應(yīng)用在水平井壓后排液試采過程中。隨著螺桿泵應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，需要加強(qiáng)螺桿泵井施工中的技術(shù)指導(dǎo)以及日常生產(chǎn)中的管理，以保證螺桿泵排液試采質(zhì)量。

1 螺桿泵結(jié)構(gòu)及原理

1.1 螺桿泵結(jié)構(gòu)

目前國內(nèi)各油田現(xiàn)用的螺桿泵采油系統(tǒng)，一般都選用地面驅(qū)動(dòng)方式（圖1）。

地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵系統(tǒng)主要由地面驅(qū)動(dòng)、螺桿泵和抽油桿3部分組成。其中，地面驅(qū)動(dòng)部分由電動(dòng)機(jī)、減速箱和光桿密封器等組成；井下螺桿泵由轉(zhuǎn)子和定子組成，轉(zhuǎn)子是由高強(qiáng)度鋼材料制成的單頭螺旋線體，有堅(jiān)硬耐磨、光滑的鍍鉻表面，定子則是一個(gè)在鋼管內(nèi)硫化成型的雙頭螺旋線體，其內(nèi)橡膠定子具有柔軟的彈性。

1.2 螺桿泵工作原理

螺桿泵動(dòng)力由井口電動(dòng)機(jī)輸出，動(dòng)力通過抽油桿傳遞給井下螺桿泵轉(zhuǎn)子，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。在螺桿泵轉(zhuǎn)子與定子之間形成一個(gè)個(gè)密閉的空腔，當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，封閉腔就沿軸向由吸入端向排出端運(yùn)移，封閉腔在排出端消失、吸入端形成新的封閉腔，腔內(nèi)所盛滿的液體也就隨著它的運(yùn)移由吸入端推擠到排出端。封閉腔的不斷形成、運(yùn)移、消失，起到了泵送液體的作用，最終將井內(nèi)液體舉升到地面。

2 水平井壓后螺桿泵排液試采管柱結(jié)構(gòu)

水平井壓后螺桿泵排液試采管柱結(jié)構(gòu)通常有捆綁式和常規(guī)式兩種（圖2）。

捆綁式管柱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：信號(hào)電纜與直讀電子壓力計(jì)連接，直讀電子壓力計(jì)安裝在特制的壓力計(jì)托筒內(nèi)，下井時(shí)將托筒連接在泵限位短接與旋轉(zhuǎn)油管錨之間，壓力計(jì)信號(hào)電纜捆綁在螺桿泵定子以上管柱的外側(cè)，測(cè)量井下壓力并通過信號(hào)電纜傳遞到地面的接口箱上。但如果油管錨定裝置失靈，定子以上管柱將發(fā)生旋轉(zhuǎn)掉井事故，捆綁在管柱外面的信號(hào)電纜就會(huì)纏繞在管柱的外側(cè)、擠在掉井管柱與套管內(nèi)壁之間，故障難以處理。所以，在水平井壓后排液試采中應(yīng)盡量避免使用捆綁式管柱，而選用常規(guī)式管柱結(jié)構(gòu)。由于常規(guī)式管柱結(jié)構(gòu)用長時(shí)間存儲(chǔ)壓力計(jì)代替了直讀壓力計(jì)，不使用信號(hào)電纜，因此可消除事故隱患。

2.1 壓力計(jì)托筒

壓力計(jì)托筒可保護(hù)長時(shí)間存儲(chǔ)壓力計(jì)，壓力計(jì)與托筒間采用懸掛和扣連接兩種方式固定，起到減震、防磕碰的作用。下井前，要設(shè)定好壓力計(jì)采樣時(shí)間間隔，確定長時(shí)間存儲(chǔ)壓力計(jì)已正常啟動(dòng)后，將其正確連接在壓力計(jì)托筒內(nèi)。

2.2 盲接頭

盲接頭主要有兩個(gè)作用：一是上部沉砂；二是防止油管內(nèi)落物掉入井下。

2.3 打壓球座

打壓球座與液壓油管錨定支撐裝置配套使用，裝置內(nèi)有一3個(gè)銷釘限位的密封球閥，當(dāng)油管內(nèi)正向加液壓17～21MPa時(shí)，打壓球座的3個(gè)限位銷釘剪斷，外徑為58mm密封球閥被打落，通過篩管掉落到沉砂尾管下面的盲接頭上。

連接打壓球座前，首先要檢查3個(gè)銷釘是否安裝全、有無變形，然后方可連接下井。

2.4 旋轉(zhuǎn)油管錨

螺桿泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)做正向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為防止定子及與之連接的油管柱發(fā)生旋轉(zhuǎn)，螺桿泵必須與油管錨定裝置配套使用。油管錨定裝置同時(shí)還有扶正、固定管柱的作用。旋轉(zhuǎn)油管錨是油管錨定裝置的一種，主要與螺桿泵配套使用，當(dāng)井下螺桿泵運(yùn)轉(zhuǎn)（正旋）時(shí)，旋轉(zhuǎn)油管錨的3個(gè)刀型牙塊會(huì)立即張開，鑲嵌到套管內(nèi)壁上，將螺桿泵管柱錨定牢固，保證井下螺桿泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

旋轉(zhuǎn)油管錨入井10m左右，可在井口正旋管柱，如果管柱轉(zhuǎn)不動(dòng)則說明旋轉(zhuǎn)油管錨完好。將其起出井口，將3個(gè)刀型牙塊復(fù)位后，可進(jìn)行下螺桿泵管柱作業(yè)；如果管柱能轉(zhuǎn)動(dòng)，則說明旋轉(zhuǎn)油管錨有問題，要及時(shí)將其起出、檢查或更換。

2.5 液壓油管錨定支撐裝置

螺桿泵啟動(dòng)后，如若始終保持連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)油管錨就會(huì)對(duì)整個(gè)螺桿泵管柱會(huì)起到很好的錨定作用。一旦停泵，旋轉(zhuǎn)油管錨就會(huì)發(fā)生反向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)油管錨以下管柱易出現(xiàn)倒扣掉井事故。頻繁啟動(dòng)螺桿泵，會(huì)使旋轉(zhuǎn)油管錨刀型牙塊磨損嚴(yán)重、鑲嵌不到套管內(nèi)壁中，從而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)油管錨定失靈、錨定裝置以上管柱倒扣掉井事故。為了消除上述事故隱患，可將液壓油管錨定支撐裝置與旋轉(zhuǎn)油管錨配合使用，前者產(chǎn)生的縱向錨定作用與后者的橫向錨定作用相互配合，在排液試采期間起到很好的錨定作用。

液壓油管錨定支撐裝置與打壓球座配套使用，當(dāng)螺桿泵定子下到井內(nèi)設(shè)計(jì)深度后，油管內(nèi)正向加液壓，液壓加至8～12～15～17MPa時(shí)，液壓油管錨定支撐裝置座封完畢，繼續(xù)加壓17～21MPa后，打壓球座中的密封球閥被打落，整個(gè)打壓座封過程結(jié)束。

2.6 限位短接

限位短接連接在螺桿泵定子底部，長約30cm左右，形狀和擋球短接相似。限位短接內(nèi)裝有一個(gè)有一定厚度、鉆有若干孔眼的擋板，用于限制轉(zhuǎn)子的下深并保證液體流通通道。

2.7 泵上延長管

泵上延長管為2m左右的102mm油管短接，其外徑與螺桿泵外徑相當(dāng)。螺桿泵轉(zhuǎn)子完全入泵后，需上提約1m的防沖距。螺桿泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，外露的轉(zhuǎn)子擺動(dòng)幅度較大，對(duì)管柱內(nèi)壁磨損嚴(yán)重，所以螺桿泵定子上部不宜馬上變徑，上部約2m處需有一個(gè)相對(duì)較大的空間，以減緩轉(zhuǎn)子上部對(duì)管柱內(nèi)壁的磨損。另外，泵上延長管內(nèi)徑為89mm，內(nèi)部空間較大，也可減緩轉(zhuǎn)子對(duì)管柱內(nèi)壁的磨損。

2.8 油管（泵）扶正短接

油管扶正短接長85cm，外徑89mm，在其外體兩個(gè)油管接箍之間套裝了一個(gè)外徑120mm的塑質(zhì)扶正套，可在扶正短接的兩個(gè)接箍間自由滑動(dòng)。油管（泵）扶正短接主要起扶正定子及整個(gè)管柱的作用，防止螺桿泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生偏磨。

2.9 光桿

光桿兩端無抬肩（變徑），易穿過盤根盒（光桿密封裝置），其表面光滑，便于密封。下螺桿泵作業(yè)前，要備好抽油桿短接，防沖距調(diào)好后要保證光桿上面的接箍正好坐在井口動(dòng)力系統(tǒng)的方卡上，避免方卡子滑動(dòng)光桿下落的掉井事故。

3 應(yīng)用建議

隨著螺桿泵井配套技術(shù)、工藝的日益成熟，螺桿泵的應(yīng)用越來越廣。但在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，螺桿泵也暴露出了一些瓶頸技術(shù)，如：螺桿泵井必須具有一定的供液能力和100m以上沉沒度，否則易發(fā)生燒泵現(xiàn)象；用回聲儀探測(cè)環(huán)空液面控制泵沉沒度的測(cè)量頻率高和液面降至1000m以后誤差較大等。

對(duì)井下螺桿泵因沉沒度過低燒泵的自動(dòng)停機(jī)技術(shù)進(jìn)行科研攻關(guān)時(shí)，建議從以下兩方面入手：一是摸清單井液面降低與電流變化之間的關(guān)系，預(yù)測(cè)出沉沒度100～200m時(shí)的電流值，當(dāng)電流達(dá)到這一數(shù)值時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)；二是對(duì)井口流量進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)井口流量降低到一定數(shù)值時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)。