螺桿泵舉升工藝配套技術(shù)與優(yōu)化調(diào)整對(duì)策

黃國(guó)明++周志敏++蘇娜

[摘 要]近年來(lái)螺桿泵舉升工藝技術(shù)已成為油田的主要舉升方式之一。影響機(jī)采井系統(tǒng)效率的因素很多， 且相互之間的關(guān)系復(fù)雜。機(jī)采井系統(tǒng)效率作為油田生產(chǎn)的重要技術(shù)指標(biāo)之一， 不僅反映了其生產(chǎn)運(yùn)行及節(jié)能降耗狀況， 而且也反映了油田整體的技術(shù)裝備和管理水平。

[關(guān)鍵詞]螺桿泵；系統(tǒng)效率；能耗特征；負(fù)載率；優(yōu)化調(diào)整

中圖分類號(hào)：TM463 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）12-0054-01

對(duì)油田螺桿泵機(jī)采井系統(tǒng)效率進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)例，以工作轉(zhuǎn)速為主要技術(shù)參數(shù)分析了螺桿泵舉升系統(tǒng)地面、井筒及泵內(nèi)能耗特征。在此基礎(chǔ)上提出了提高電機(jī)負(fù)載率；提高地面?zhèn)鲃?dòng)效率；合理選擇工作轉(zhuǎn)速等提高螺桿泵機(jī)采井系統(tǒng)效率技術(shù)對(duì)策，。

1 螺桿泵機(jī)采井系統(tǒng)效率現(xiàn)狀

近年來(lái)螺桿泵舉升工藝技術(shù)已成為油田的主要舉升方式之一。圍繞螺桿泵機(jī)采井油田在如何提高系統(tǒng)效率方面做了大量工作，取得了較好效果，見表1.

數(shù)據(jù)表明，與抽油機(jī)井相比，螺桿泵機(jī)采井泵效高12.7%，動(dòng)液面低361.2m，檢泵周期短169d。表1數(shù)據(jù)表明，螺桿泵機(jī)采井裝機(jī)功率低8.2kW、功率利用率高15%，系統(tǒng)效率高3.7%。螺桿泵表現(xiàn)出了裝機(jī)功率小、泵效高、系統(tǒng)效率高等技術(shù)優(yōu)勢(shì)?！队吞锷a(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》規(guī)定了螺桿泵井達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的系統(tǒng)效率最低保證值，即節(jié)能評(píng)價(jià)值應(yīng)35%。按照此要求，油田螺桿泵機(jī)采井系統(tǒng)效率還存在一定差距，因此在節(jié)能降耗方面還需進(jìn)一步挖潛，檢泵周期也有待進(jìn)一步提高。

2 螺桿泵舉升系統(tǒng)能耗特征

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)泵型確定后，螺桿泵井可調(diào)整的工作參數(shù)只有1個(gè)，即工作轉(zhuǎn)速。本文以工作轉(zhuǎn)速為主線，通過(guò)分析評(píng)價(jià)軟件，結(jié)合實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)螺桿泵舉升系統(tǒng)的能耗特征及影響因素進(jìn)行分析。某井基本情況為：人工井底1230.3m、139.7mm套管、螺桿泵型號(hào)GLB1200、常規(guī)（二級(jí)減速）地面驅(qū)動(dòng)裝置功率30kW、88.9mm（3英寸）TBG油管、38mm防脫空心抽油桿；正常生產(chǎn)時(shí)日產(chǎn)液137t，含水94.3%，動(dòng)液面665m。通過(guò)調(diào)整工作轉(zhuǎn)速（50～150r/min），對(duì)該井不同工作轉(zhuǎn)速條件下的地面裝置、井筒、螺桿泵3部分能耗進(jìn)行了測(cè)試分析。

2.1 地面部分。地面部分包括電控箱、電機(jī)和減速箱能耗特征數(shù)據(jù)可看出，地面部分能耗主要有2個(gè)特征。1）隨工作轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)負(fù)載率及地面?zhèn)鲃?dòng)效率增加。2）在較低轉(zhuǎn)速（<90r/min）下，地面?zhèn)鲃?dòng)效率增速較快，與50r/min相比，90r/min時(shí)地面?zhèn)鲃?dòng)效率高15.1%；在較高轉(zhuǎn)速（>90r/min）下，地面?zhèn)鲃?dòng)效率增速變緩，保持在60%以上，較為穩(wěn)定。

2.2 井筒部分。可以看出，井筒部分能耗主要有2個(gè)特征。1）在高含水條件下，油管內(nèi)液流沿程損耗對(duì)工作轉(zhuǎn)速的變化不敏感，占泵輸出功率比例很小，基本可以忽略。2）在較低轉(zhuǎn)速（<90r/min）下，井筒效率增速快，與50r/min相比，90r/min時(shí)的井筒效率高21.2%；在較高轉(zhuǎn)速（>90r/min）下，井筒效率超過(guò)95%。

2.3 螺桿泵?？梢钥闯觯S工作轉(zhuǎn)速上升，螺桿泵機(jī)械效率逐步提高，由50r/min時(shí)的63.9%上升150r/min時(shí)的78.6%，升幅14.7%。上述分效率測(cè)試分析結(jié)果表明，螺桿泵井在舉升過(guò)程中存在一個(gè)臨界工作轉(zhuǎn)速，即在該轉(zhuǎn)速下地面裝置、井筒、螺桿泵3部分效率均較低，而在高于該轉(zhuǎn)速時(shí)，各部分效率均處于相對(duì)較高且穩(wěn)定的水平。很明顯，上述實(shí)例井臨界工作轉(zhuǎn)速為90r/min，對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)系統(tǒng)效率為31.9%，超過(guò)油田29%平均水平。

3 提高效率的技術(shù)對(duì)策

對(duì)于如何提高螺桿泵機(jī)采井系統(tǒng)效率已有公開發(fā)表的諸多文獻(xiàn)，不再贅述。本文僅針對(duì)油田螺桿泵井系統(tǒng)效率現(xiàn)狀，并結(jié)合上述實(shí)例井進(jìn)行重點(diǎn)論述。1）提高電機(jī)負(fù)載率。電機(jī)負(fù)載率是指在實(shí)際工況條件下，電機(jī)的實(shí)際輸出功率與電機(jī)的額定功率的百分比。對(duì)于螺桿泵舉升系統(tǒng)，電機(jī)負(fù)載率應(yīng)達(dá)到35%。目前油田平均水平為37.7%，處于較為合理的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。通常情況下，現(xiàn)場(chǎng)所用三相異步電機(jī)的最佳運(yùn)行效率在0.7～1.1倍額定功率附近，如果電機(jī)功率利用率過(guò)低，電機(jī)效率和功率因數(shù)下降，將會(huì)導(dǎo)致大馬拉小車現(xiàn)象發(fā)生，影響系統(tǒng)效率。提高電機(jī)負(fù)載率雖然有利于提高系統(tǒng)效率，但對(duì)節(jié)電率沒(méi)有顯著影響，二者之間沒(méi)有必然的因果關(guān)系。2）提高地面?zhèn)鲃?dòng)效率。分效率測(cè)試結(jié)果表明，在螺桿泵舉升系統(tǒng)中，地面?zhèn)鲃?dòng)效率最低，150r/min時(shí)也未達(dá)到70%，說(shuō)明這是提高系統(tǒng)效率的重要挖潛點(diǎn)之一。隨著國(guó)內(nèi)人工舉升技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，因此具有較高的地面?zhèn)鲃?dòng)效率，單井耗能效率提高了1/3以上[，同時(shí)還具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、安全性好、維護(hù)費(fèi)用低等一系列技術(shù)優(yōu)勢(shì)。3）合理選擇工作轉(zhuǎn)速。工作轉(zhuǎn)速的合理選擇對(duì)系統(tǒng)的高效平穩(wěn)運(yùn)行具有重要影響。上述實(shí)例井分析結(jié)果表明，螺桿泵舉升系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中主要由2方面來(lái)保持較高系統(tǒng)效率。一是實(shí)際工作轉(zhuǎn)速>臨界工作轉(zhuǎn)速，以保證系統(tǒng)具有較高的基礎(chǔ)分效率；二是在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高工作轉(zhuǎn)速，通過(guò)增加靜舉升功率來(lái)提高系統(tǒng)效率。因此，較為合理的工作轉(zhuǎn)速下限應(yīng)不低于臨界工作轉(zhuǎn)速，上限則應(yīng)綜合實(shí)際生產(chǎn)需求和系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行等因素確定。油田螺桿泵井目前的平均工作轉(zhuǎn)速僅為100r/min左右，仍有較大的提升空間。在由A、B、C、D點(diǎn)連成的最高功率點(diǎn)曲線左側(cè)區(qū)域，隨轉(zhuǎn)速及泵壓上升，有效功率大致呈線性增長(zhǎng)，稱之為低漏失區(qū)域；在其右側(cè)區(qū)域，雖然隨轉(zhuǎn)速上升有效功率上升，但隨泵壓上升有效功率卻呈現(xiàn)快速下降趨勢(shì)，稱之為高漏失區(qū)域。在實(shí)際選井、選泵過(guò)程中，除了考慮油井產(chǎn)量與泵排量匹配外，更重要的也是容易被忽略的還應(yīng)結(jié)合油井歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，優(yōu)選泵的工作轉(zhuǎn)速和工作壓力，使井泵協(xié)調(diào)點(diǎn)盡量在低漏失區(qū)域，即左側(cè)選取原則，這樣才有利于提高系統(tǒng)效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 李正宇.采油機(jī)械中螺桿泵的技術(shù)應(yīng)用探析[J].化工管理.2015（04）.