螺桿泵井熱洗效果分析

張書(shū)新（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠(chǎng)）

因螺桿泵井具有占地面積小、能耗低、操作方便等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。截至2012年6月，大慶油田杏一至杏三區(qū)西部螺桿泵井共計(jì)341口，占機(jī)采井總數(shù)的25.5%。保證螺桿泵井熱洗質(zhì)量，已成為提高杏一至杏三區(qū)西部機(jī)采井泵效、延長(zhǎng)檢泵周期的一項(xiàng)重要工作。

1 螺桿泵井熱洗效果

1.1 熱洗工藝原理

大慶油田杏一至杏三區(qū)西部主要采用的熱洗清防蠟方式為熱洗泵洗井。熱洗時(shí)，高溫的熱洗介質(zhì)經(jīng)套管放空閥進(jìn)入油套環(huán)形空間，到達(dá)井下泵吸入口后，在熱洗介質(zhì)的壓力和螺桿泵的舉升作用下，經(jīng)過(guò)油管返回到地面。熱洗介質(zhì)向下流動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)油套環(huán)空將熱量傳給地層及油管內(nèi)的液體，熱洗達(dá)到一定時(shí)間后，沿井筒某一深度的徑向散熱趨于穩(wěn)定，此時(shí)，油套環(huán)空中的熱洗介質(zhì)一方面將熱量傳遞給套管內(nèi)壁，再?gòu)奶坠軆?nèi)壁傳遞給套管外壁及地層；另一方面將熱量傳遞給油管，再將熱量傳遞給油管內(nèi)的液體。

由于地溫由地心至地表呈線(xiàn)形降低，為了保證清蠟效果，熱洗介質(zhì)在井內(nèi)各點(diǎn)的溫度均應(yīng)高于蠟的熔化溫度，并且兩者之差越大，化蠟效果越好。計(jì)算結(jié)果表明，熱洗介質(zhì)在井內(nèi)的溫度分布不一定滿(mǎn)足這個(gè)條件，對(duì)于一些低液面井，洗井液在驅(qū)替環(huán)空中液體時(shí)，熱量損失較大，井底溫度上升較慢，達(dá)不到化蠟溫度，主要是靠洗井液沖刷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)桿管壁上的蠟進(jìn)行清理[1]。而在保證熱洗排量的情況下，杏一至杏三區(qū)西部普遍采用調(diào)高螺桿泵井轉(zhuǎn)速的方法實(shí)現(xiàn)大排量排蠟，理論上，熱洗時(shí)螺桿泵井轉(zhuǎn)速越高、理排越大，排蠟越快、熱洗效果越好，且對(duì)地層的污染越小。

1.2 螺桿泵井熱洗化蠟

通過(guò)黏度試驗(yàn)得出水驅(qū)化蠟溫度為35℃。采用YL-130型井溫測(cè)試儀進(jìn)行井下溫度測(cè)試，分析得知：油管中的結(jié)蠟深度在0～520m，在520m到600m之間油管柱的內(nèi)外溫差最大僅為1.8℃，洗井液的化蠟溫度到達(dá)600m時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)油管柱內(nèi)的清蠟[2]，見(jiàn)圖1。

圖1 X5-20-637井井筒溫度曲線(xiàn)

在罐車(chē)水溫50℃時(shí)，熱洗車(chē)鍋爐在大火的情況下，逐次提高洗井排量，使出口溫度分別控制在120℃、90℃、80℃、70℃時(shí)，測(cè)得井溫?cái)?shù)據(jù)。分析得知：在熱洗車(chē)機(jī)體不產(chǎn)生高溫的情況下，熱洗車(chē)排量控制在15m3/h，出口溫度70～80℃，洗井水量15m3以上，可以滿(mǎn)足井下清蠟要求，而且節(jié)能，見(jiàn)圖2、表1。

圖2 X5-20-637井洗井（70℃）井筒溫度曲線(xiàn)

表1 熱洗溫度70℃時(shí)測(cè)試井溫

1.3 螺桿泵井熱洗排蠟

熱洗溫度、排量和洗井時(shí)間確定后，熱洗效果的好壞主要取決于排蠟效果。理論上，螺桿泵理排越大，排蠟效果越好。下面從決定排蠟時(shí)間的體積、排量入手，計(jì)算不同泵型螺桿泵井在不同轉(zhuǎn)速下的排蠟時(shí)間。

1.3.1 體積計(jì)算

為了保證螺桿泵井的熱洗效果，在套管灌滿(mǎn)洗井液后必須再完成一個(gè)驅(qū)替，那么，排蠟體積V可以計(jì)算為套管灌滿(mǎn)體積Vg與油套環(huán)空體積Vh之和[2]，為防止螺桿泵井液面抽空，結(jié)合井筒中的結(jié)蠟深度，確定排蠟深度為（h泵-100）m，即：

式中：

D套——套管直徑，mm；

D油——油管直徑，mm；

h液——油井液面深度，m；

h泵——泵深，m。

根據(jù)杏北油田不同排量螺桿泵井的平均動(dòng)液面和泵深，計(jì)算出的排蠟體積見(jiàn)表2。

表2 不同排量螺桿泵井排蠟體積計(jì)算結(jié)果

1.3.2 排量計(jì)算

熱洗初期，在套管末灌滿(mǎn)前，套壓值可忽略，熱洗排量等于熱洗泵排量，即：

罐滿(mǎn)套管后，容積式泵的原理決定了此時(shí)排量為螺桿泵井排量，通過(guò)測(cè)量不同泵型的3口井，在熱洗壓力穩(wěn)定后的產(chǎn)液量，得出排量為螺桿泵井理論排量的70%，即：

式中Q理為螺桿泵井理論排量，t/d。

熱洗時(shí)螺桿泵井泵效統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 熱洗時(shí)螺桿泵井泵效統(tǒng)計(jì)

根據(jù)式（3），可計(jì)算出套管罐滿(mǎn)后，不同排量泵在不同轉(zhuǎn)速下的熱洗排量，見(jiàn)表4。

1.3.3 排蠟時(shí)間確定

排蠟時(shí)間可以計(jì)算為套管灌滿(mǎn)時(shí)間tg與完成一個(gè)驅(qū)替時(shí)間th之和，推導(dǎo)出排蠟時(shí)間計(jì)算公式為：

排蠟時(shí)間計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5。

表4 套管罐滿(mǎn)后熱洗排量計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表5 排蠟時(shí)間計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)

從表5可以看出，轉(zhuǎn)速越大，排蠟時(shí)間越短，但轉(zhuǎn)速過(guò)高會(huì)導(dǎo)致螺桿泵井扭矩過(guò)大、桿斷概率增加，且通過(guò)變頻提高螺桿泵井轉(zhuǎn)速的幅度有限，因此，建議洗井時(shí)壓力穩(wěn)定后逐級(jí)提高螺桿泵井轉(zhuǎn)速，最高轉(zhuǎn)速調(diào)整到110r/min為宜。

從轉(zhuǎn)速為110r/min時(shí)各排量螺桿泵井需要的排蠟時(shí)間看，排量為120mL/r及以下泵盡管排蠟時(shí)間縮短到70%以上，但仍需要18h以上排蠟，提高轉(zhuǎn)速效果不佳。

從螺桿泵井目前運(yùn)行轉(zhuǎn)速下的排蠟時(shí)間和110 r/min時(shí)需要的排蠟時(shí)間看，泵排量為200～500mL/r井調(diào)高轉(zhuǎn)速排蠟時(shí)間明顯縮短；而泵排量為800 mL/r及以上井，自身排量大，若正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速已在80r/min以上，洗井時(shí)不需再提高轉(zhuǎn)速。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

X2-311-27井泵型為KGLBX200__20，生產(chǎn)情況見(jiàn)表6。

表6 X2-311-27井生產(chǎn)情況統(tǒng)計(jì)

將該井提高轉(zhuǎn)速到110r/min，對(duì)其進(jìn)行高壓熱洗。熱洗罐車(chē)水溫為80℃，熱洗泵車(chē)排量為Ⅲ檔，洗井時(shí)間50min，12h后將轉(zhuǎn)速調(diào)回。洗井過(guò)程中電流、扭矩變化情況見(jiàn)表7。洗井后，電流下降了3A，扭矩下降了66.7Nm，洗井效果明顯。

表7 X2-311-27井洗井時(shí)參數(shù)變化情況統(tǒng)計(jì)

X3-D2-E929井泵型為GLB800__18，生產(chǎn)情況見(jiàn)表8。

表8 X3-D2-E929井生產(chǎn)情況統(tǒng)計(jì)

對(duì)其進(jìn)行高壓熱洗。熱洗罐車(chē)水溫為80℃，熱洗泵車(chē)排量為Ⅲ檔，洗井時(shí)間50min。洗井后，電流下降了3.7A，洗井效果明顯。

通過(guò)對(duì)71口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，平均延長(zhǎng)了熱洗周期18d，年減少熱洗58井次，按高壓熱洗用油75L/井次，油價(jià)為8元/L計(jì)算，每年可節(jié)約油料費(fèi)用3.5萬(wàn)元。

3 結(jié)論

1）螺桿泵井洗井時(shí)壓力穩(wěn)定后應(yīng)逐級(jí)提高轉(zhuǎn)速，最高轉(zhuǎn)速調(diào)整到110r/min為宜。

2）泵排量為120mL/r及以下井提高轉(zhuǎn)速洗井效果不佳；泵排量為200～500mL/r井，高轉(zhuǎn)速洗井效果較好；泵排量為800mL/r及以上井，若運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速已在80r/min以上，洗井時(shí)不需再提高轉(zhuǎn)速。

[1]范猛.依靠科技進(jìn)步合理延長(zhǎng)熱洗周期[J].中國(guó)石油石化標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2011,31(5)：156-157.

[2]張成.螺桿泵井沉沒(méi)度與轉(zhuǎn)速的研究與應(yīng)用[J].石油儀器,2011,25(5)：7-11.