鄭煥軍,王永強(qiáng),張乃亮,徐秀芬,曹 瑩

(1.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所,廣州510640;2.大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠,黑龍江大慶163114; 3.中國石油天然氣集團(tuán)公司石油工程節(jié)能技術(shù)研究開發(fā)中心,黑龍江大慶163318) *

螺桿泵井系統(tǒng)效率影響參數(shù)靈敏度分析及應(yīng)用

鄭煥軍1,2,王永強(qiáng)2,張乃亮2,徐秀芬3,曹 瑩3

(1.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所,廣州510640;2.大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠,黑龍江大慶163114; 3.中國石油天然氣集團(tuán)公司石油工程節(jié)能技術(shù)研究開發(fā)中心,黑龍江大慶163318)*

通過對(duì)螺桿泵井系統(tǒng)效率數(shù)學(xué)模型的分析,找出影響系統(tǒng)效率的主要因素,并進(jìn)行歸納總結(jié),建立了轉(zhuǎn)速、下泵深度的靈敏度分析模型。根據(jù)螺桿泵井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果,應(yīng)用靈敏度分析模型,對(duì)大慶油田第六采油廠的1口螺桿泵井進(jìn)行了靈敏度分析,計(jì)算出給定井況下轉(zhuǎn)速及下泵深度的靈敏度,為現(xiàn)場調(diào)參作業(yè)提供理論依據(jù)。

螺桿泵井;系統(tǒng)效率;靈敏度分析

在油田生產(chǎn)中,螺桿泵結(jié)構(gòu)簡單,工作安全可靠,使用維修方便,流量均勻,壓力穩(wěn)定,噪聲低,效率高,壽命長,質(zhì)量輕,適合于抽汲高粘、高含砂液體,并因這些優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛使用[1]。

目前,螺桿泵井是以系統(tǒng)效率最高為目標(biāo)來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的[2]。為了實(shí)現(xiàn)螺桿泵井各項(xiàng)參數(shù)的合理配置,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能降耗,本文分析了影響螺桿泵井系統(tǒng)效率的各項(xiàng)因素,提出了影響系統(tǒng)效率的主要因素的靈敏度分析方法,并結(jié)合大慶油田第六采油廠實(shí)際井況進(jìn)行了靈敏度分析,為生產(chǎn)現(xiàn)場的調(diào)參提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo),對(duì)螺桿泵采油技術(shù)的推廣應(yīng)用和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

1 螺桿泵井系統(tǒng)效率影響因素

螺桿泵屬轉(zhuǎn)子式容積泵,主要由偏心螺旋體的螺桿(轉(zhuǎn)子)和內(nèi)表面呈雙線螺旋面的螺桿襯套(定子)組成。螺桿泵工作時(shí),螺桿一方面繞本身的軸線旋轉(zhuǎn);另一方面又沿襯套內(nèi)表面滾動(dòng)形成密封腔室。螺桿每轉(zhuǎn)1周,密封腔中的液體向前推進(jìn)1個(gè)螺距。隨著螺桿的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),液體以螺旋形式從一個(gè)密封腔壓向另一個(gè)密封腔,最后排出泵體進(jìn)入油管,舉升到地面。

在給定產(chǎn)量的情況下,螺桿泵井的系統(tǒng)效率主要取決于動(dòng)液面深度、含水率、泵效、轉(zhuǎn)速、下泵深度、飽和壓力、井底流壓、原油物性等因素。對(duì)于某一井況,動(dòng)液面深度、含水率、飽和壓力、井底流壓、原油物性等因素是一定的,為不變因素;轉(zhuǎn)速、下泵深度、泵效為可變因素。其中,泵效計(jì)算式為[3]

式中,ηv為螺桿泵井泵效;p為泵入口(下泵深度為L)處的壓力,MPa,p=pwf-(LL-L)ρLg×10-6;Bo為原油體積系數(shù),m3/m3;fw為井液含水率;ρo為原油密度,kg/m3;ρw為水密度,kg/m3;pb為飽和壓力,MPa;Rp為生產(chǎn)氣油比,m3/m3;Tp為吸入口處流體溫度,℃;pwf為井底流壓,根據(jù)油藏的 IPR曲線和給定產(chǎn)量確定;Z為天然氣壓縮因子;L為任意下泵深度,m;LL為油層中部深度,m;ρL為井中液體密度,kg/m3。

由式(1)可知,影響泵效的可變因子為 p,即泵入口(下泵深度為L)處的壓力,而影響 p的可變因子為下泵深度,在給定井況的情況下,影響系統(tǒng)效率的可變因素為轉(zhuǎn)速、下泵深度。由于油井的動(dòng)液面深度、含水率、原油物性等因素是一定的,所以對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)只是針對(duì)轉(zhuǎn)速、下泵深度這類可變因素。

2 系統(tǒng)效率參數(shù)靈敏度分析

如上所述,靈敏度分析主要包括下泵深度、轉(zhuǎn)速2部分。該靈敏度分析的理論思想是在編制螺桿泵井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件的基礎(chǔ)上,根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果得出系統(tǒng)效率-下泵深度、系統(tǒng)效率-轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行曲線擬合,回歸出關(guān)系式,并根據(jù)導(dǎo)數(shù)定義[4]計(jì)算下泵深度、轉(zhuǎn)速在同等變化幅值下對(duì)系統(tǒng)效率變化幅值的影響程度,即得出下泵深度、轉(zhuǎn)速2種影響因素的靈敏度。

筆者應(yīng)用螺桿泵井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件對(duì)大慶油田第六采油廠 FP090262生產(chǎn)井進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),得到各種優(yōu)化方案,從中選出泵型為 GLB800-14、抽油桿為?28 mm時(shí)不同下泵深度時(shí)的優(yōu)化方案,如表1所示。根據(jù)表1的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了下泵深度和轉(zhuǎn)速的靈敏度分析。

表1 大慶油田第六采油廠FP090262井各參數(shù)優(yōu)化情況(G LB800-14型泵)

由表1可知,隨著下泵深度增加,轉(zhuǎn)速逐漸降低,系統(tǒng)效率先增加后減小,呈拋物線趨勢變化。為了分析下泵深度、轉(zhuǎn)速對(duì)螺桿泵井系統(tǒng)效率的影響程度,分別繪制出FP090262井的系統(tǒng)效率-下泵深度、系統(tǒng)效率-轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線,并進(jìn)行曲線擬合,得到擬合曲線及相應(yīng)的回歸公式,擬合曲線及回歸公式如圖1～2。

圖1 FP090262井系統(tǒng)效率與下泵深度關(guān)系曲線

圖2 FP090262井系統(tǒng)效率與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線

通過對(duì) FP090262井的相關(guān)數(shù)據(jù)的回歸分析,得到系統(tǒng)效率-下泵深度、系統(tǒng)效率-轉(zhuǎn)速的回歸公式如圖 1～2中所示(分別對(duì)應(yīng) 136、146、156 m3/d幾種產(chǎn)量)。

通過圖1～2中的關(guān)系式分別對(duì)下泵深度、轉(zhuǎn)速求導(dǎo)(即計(jì)算出下泵深度、轉(zhuǎn)速在同一變化幅值下系統(tǒng)效率的變化幅度),計(jì)算得到136、146、156 m3/d 3種產(chǎn)量下的導(dǎo)數(shù),取其平均值為該參數(shù)的靈敏度。該平均值的正負(fù)代表著該參數(shù)對(duì)系統(tǒng)效率的影響方向,該值為正數(shù)時(shí)為正向影響,負(fù)數(shù)時(shí)為反向影響。通過比較各參數(shù)的靈敏度值的絕對(duì)值的大小可以得知參數(shù)的靈敏程度,絕對(duì)值越大,說明該參數(shù)靈敏度越大,對(duì)系統(tǒng)效率的影響越顯著;反之則靈敏度小,對(duì)系統(tǒng)效率影響不顯著。在136、146、156 m3/d 3種不同產(chǎn)液情況下分別計(jì)算得出相應(yīng)的下泵深度、轉(zhuǎn)速的靈敏度,并求取平均值,最后得出FP090262井的下泵深度及轉(zhuǎn)速的靈敏度情況,如表2。

對(duì)FP090262井的分析結(jié)果是:

1) 在下泵深度較淺,即未到達(dá)合理沉沒度所對(duì)應(yīng)的下泵深度730 m時(shí),下泵深度正向影響系統(tǒng)效率,下泵越深,系統(tǒng)效率越高;在下泵深度到達(dá)730 m,即最優(yōu)沉沒度時(shí)的下泵深度,并繼續(xù)加深下泵深度時(shí),下泵深度反向影響系統(tǒng)效率,下泵越深,系統(tǒng)效率越低。

2) 在轉(zhuǎn)速未調(diào)至合理沉沒度對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速140 r/min時(shí),轉(zhuǎn)速正向影響系統(tǒng)效率,轉(zhuǎn)速越高,系統(tǒng)效率越高;在轉(zhuǎn)速達(dá)到140 r/min并繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速時(shí),轉(zhuǎn)速反向系統(tǒng)效率,轉(zhuǎn)速越高,系統(tǒng)效率越低。

3) 從各參數(shù)靈敏度的絕對(duì)值大小可以看出,影響系統(tǒng)效率最顯著的因素是轉(zhuǎn)速。

表2 FP090262井靈敏度情況

由上述分析結(jié)果可知,對(duì)于FP090262井,轉(zhuǎn)速對(duì)系統(tǒng)效率的影響要大于下泵深度的影響。因此,在現(xiàn)場作業(yè)時(shí),操作者可以優(yōu)先通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

3 結(jié)語

本文通過對(duì)螺桿泵井系統(tǒng)效率數(shù)學(xué)模型的分析,總結(jié)了影響系統(tǒng)效率的主要因素為下泵深度和轉(zhuǎn)速。根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果得出系統(tǒng)效率與下泵深度、轉(zhuǎn)速的關(guān)系式,進(jìn)而求得下泵深度、轉(zhuǎn)速2項(xiàng)因素的靈敏度。操作者可以此為依據(jù)判斷參數(shù)對(duì)系統(tǒng)效率的影響程度,并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況做出合理的操作,選擇調(diào)轉(zhuǎn)速或是調(diào)整下泵深度,以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

本文所闡述的全新的靈敏度分析方法可以作為現(xiàn)場調(diào)參作業(yè)的理論指導(dǎo),通過與現(xiàn)場實(shí)際情況相結(jié)合,找出合理的參數(shù)設(shè)置,以達(dá)到節(jié)能降耗、提高螺桿泵井系統(tǒng)效率的目的,為螺桿泵采油技術(shù)的進(jìn)一步推廣奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 晏祥慧,齊明俠.螺桿泵井抽油桿/泵優(yōu)選及分析系統(tǒng)[J].石油礦場機(jī)械,2005,34(4):39-43.

[2] 張彥廷,李增亮,王旱祥.地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵油井生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].石油礦場機(jī)械,2000,29(1):24-26.

[3] 奚國志,宋廣俊,白振冰.螺桿泵生產(chǎn)允許最低沉沒度的確定[J].油氣田地面工程,2007,26(3):21-22.

[4] 張建軍,郭吉民,王 海,等.抽油機(jī)井系統(tǒng)效率敏感性分析及其應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2007,29(2):35-37.

Analysis on Influence Factors Sensitivity of System Efficiency of Screw Pump Well and Its Application

ZHENG Huan-jun1,2,WANG Yong-qiang2,ZHAN G Nai-liang2,XU Xiu-fen3,CAO Ying3
(1.Guangzhou Institute of Geochemistry,Chinese Academy of Science,Guangzhou510640,China; 2.No.6Oil Recovery Plant,Daqing Oilf ield Co.,Ltd.,Daqing163314,China;3.Petroleum Engineering Energy Conservation Technology Research and Development Centre,CN PC,Daqing163318,China)

The main influence factors of the system efficiency were found out through analyzing the screw pump?s mathematical model.Meanwhile,a conclusion was drawn and the model was built on speed and submergence depth for sensitivity analyzing.According to the optimized design?s results based on the parameters optimum design for the 6th oil recovery plant of Daqing oilfields, using the sensitivity analyzing models,the sensitivity of the speed and submergence depth under the given well condition were figured out.The results would provide theoretical foundation and technical guidance for the on-site parameter adjusting.

screw pump;system efficiency;sensitivity analysis

1001-3482(2011)05-0093-04

TE933.3

A

2010-11-05

鄭煥軍(1973-),男,黑龍江蘭西人,高級(jí)工程師,博士研究生,主要從事采油工程的研究與管理工作。