邵東波
SHAO Dong-bo
(威海職業(yè)學院 機電工程系,威海 264210)
新疆油田六中區(qū)作為二次開發(fā)的一個重要區(qū)塊,近年來新井井數(shù)多,部分油井產(chǎn)液量、流體物性差異大,而螺桿泵具有的節(jié)能降耗、適應(yīng)粘度范圍廣等特點較好的滿足了二次開發(fā)的部分需求??紤]油井洗井等因素,六中區(qū)采用的均為空心轉(zhuǎn)子可洗井螺桿泵。
螺桿泵又稱漸進式容積泵,由定子和轉(zhuǎn)子組成,兩者的螺旋狀過盈配合形成連續(xù)密封的腔體,通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)對介質(zhì)的傳輸。同其他舉升方式相比,
具有以下三個優(yōu)點。
1)泵效高、節(jié)能、維護費用低。螺桿泵工作時負載穩(wěn)定,機械損失小,泵效、系統(tǒng)效率高。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、體積小,維護方便。
2)適應(yīng)范圍廣。適合于粘度為8000mPa.s以下的原油開采,在原油中含砂量達40%的情況下也可正常生產(chǎn);不會發(fā)生氣鎖現(xiàn)象。
3)實現(xiàn)快速洗井。實心桿螺桿泵洗井時需吊車配合將轉(zhuǎn)子提起才能快速洗井,而空心轉(zhuǎn)子螺桿泵可在不影響油井正常生產(chǎn)的情況下快速洗井。
但通過現(xiàn)場螺桿泵的推廣應(yīng)用情況,發(fā)現(xiàn)螺桿泵在生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生以下兩種非正常現(xiàn)象。
(1)部分油井下泵后初期產(chǎn)量高,生產(chǎn)短時間后,產(chǎn)液量下降明顯,泵效降低。
(2)低泵效井雖然泵效降低,但動液面高,甚至部分井動液面在井口
首先對螺桿泵井各種運行參數(shù)進行分類統(tǒng)計,確定產(chǎn)生問題的主要原因,主要總結(jié)為以下四點:
1)低液量、高動液面油井中井下漏失井數(shù)所占比例大如見圖1所示。
2)由圖1可以看出,螺桿泵產(chǎn)生漏失的主要原因為井下結(jié)構(gòu)存在漏失。對井下結(jié)構(gòu)漏失的井進行檢查核實,分類統(tǒng)計如表1所示。
表1 漏失井試驗參數(shù)統(tǒng)計表
根據(jù)表1中幾種現(xiàn)象及情況說明分析得出如下結(jié)論。
(1)現(xiàn)狀1:洗井閥被卡在開啟位置;
結(jié)論:井下漏失是洗井閥處產(chǎn)生的。
(2)現(xiàn)狀2:油管絲扣倒扣;
結(jié)論:井下漏失是油管連接處產(chǎn)生的。
(3)現(xiàn)狀3:井下結(jié)構(gòu)均完好;
地面檢查發(fā)現(xiàn)井下結(jié)構(gòu)完好,說明井下結(jié)構(gòu)的漏失是在生產(chǎn)動態(tài)過程中產(chǎn)生的,因此生產(chǎn)時存在漏失的點必定是井下結(jié)構(gòu)中的活動部件,而螺桿泵井下結(jié)構(gòu)中唯一能活動的部件就是洗井閥處的閥球。
結(jié)論:此種現(xiàn)象的井下漏失也是洗井閥處產(chǎn)生的。
3)動態(tài)漏失分析
由圖1中螺桿泵洗井閥受力分析圖可以得出井下洗井閥動態(tài)漏失條件為:
圖1 螺桿泵洗井閥受力分析圖
其中:PH---泵上部油管液柱壓力
FK---閥球上部彈簧壓力
P下---閥球下部所受壓力
P下=PT+ Ph
FK=0.04MPa(已知條件)
4)洗井閥存在動態(tài)漏失的井前期生產(chǎn)過程中的共性現(xiàn)象有以下四點:
(1)下泵初期采用大皮帶輪、大排液量生產(chǎn);
(2)動液面下降后,為保護定子,采用小皮帶輪、低排液量生產(chǎn);
(3)采用低排液量生產(chǎn)后,動液面升高,液量、泵效降低幅度大;
(4)根據(jù)下泵深度、套壓等參數(shù)計算 P下與P上相差小,說明閥球處于近平衡狀態(tài)。
5)綜合以上幾點,經(jīng)分析得出其動態(tài)漏失過程如下:
(1)下泵初期,采用大排液量生產(chǎn),動液面低PH+ FK>P下,閥球坐封。
(2)動液面下降后,為保護定子,采用低轉(zhuǎn)速、低排液量生產(chǎn),地層供液能力大于泵排量,動液面上升,套壓上升,PH+ FK<P下,閥球開啟,產(chǎn)生漏失。
洗井閥開啟后產(chǎn)生兩種情況(如圖2所示):
1)由于閥球與周圍管柱內(nèi)壁距離過
?。?mm),閥球開啟位置為“死區(qū)”,流體流動性差,蠟、垢等易聚集,造成閥球開啟后被永久卡住。
2)由于洗井閥空間小,液流不能作
用到閥球,螺桿泵抽吸的流體經(jīng)洗井閥又漏失到泵進液位置,造成流體在泵出口與吸入口內(nèi)部循環(huán),而井口產(chǎn)液量低,動液面高。
基于以上原因有針對性的對洗井閥進行以下改進:
1)確定洗井閥合理開啟壓力
根據(jù)油井下泵深度與地層壓力系數(shù)等參數(shù),結(jié)合螺桿泵井的實際運行參數(shù)計算螺桿泵正常運行時洗井閥閥球上、下部所產(chǎn)生的壓差分布范圍為0.28-0.35Mpa,根據(jù)其范圍取一合理安全系數(shù),確定洗井閥合理開啟壓力為0.5Mpa。
針對如何提高洗井閥開啟壓力的問題,結(jié)合洗井閥處結(jié)構(gòu)的改變,確定了三種方案。由5人組成評價小組,對其進行分項評價(如表2所示)。
表2 方案優(yōu)選統(tǒng)計表
2)洗井閥結(jié)構(gòu)改進方法的確定
對洗井閥結(jié)構(gòu)局部進行改進,主要包括以下兩個方面的改進(如圖2所示)。
(1)根據(jù)洗井閥處彈簧的初始壓縮量、閥球受力面積等參數(shù)計算出彈簧的彈性系數(shù)為31.4N/cm時可滿足洗井閥開啟壓力要求。
(2)將閥球直徑減小為25mm,擴大閥球周圍空間,將閥球直徑減小為25mm,擴大閥球周圍空間,并將出液口上移至彈簧固定端上部,提高了洗井效率,而且蠟、垢不易聚集,閥球上下部受力均勻。
圖2 洗井閥改進前后結(jié)構(gòu)對比圖
(3)單井合理洗井周期的確定
應(yīng)根據(jù)單井結(jié)蠟及井況的不同,合理確定各單井不同的洗井周期,通過對螺桿泵不同洗井周期下的效果統(tǒng)計,結(jié)合公開發(fā)表的相關(guān)資料,確定螺桿泵單井洗井周期為泵效降低10%兩個時間點之間的天數(shù)為合理洗井周期。
經(jīng)統(tǒng)計,截止2009年6月,對洗井閥漏失原因造成的9口低泵效井井下結(jié)構(gòu)改進后,平均泵效提高至67.4%,未再出現(xiàn)低泵效、高動液面、高沉沒度的現(xiàn)象。
改進前問題井頻繁檢泵,甚至出現(xiàn)一口井一年檢泵4次的情況,改進后檢泵周期大幅延長,減少了油井檢泵費用。按2年檢泵1次,每次檢泵2萬元/井次,改進成本費用0.1萬元計算,9口井一年節(jié)約費用為:9×(4×2-0.5×2)-9×0.1=62.1萬元。
對后期陸續(xù)使用的30臺螺桿泵進行改進后,截至目前,均運行正常。此項改進被供貨方采納并在其它油田部分螺桿泵井進行了使用,取得了良好的效果,具有很好的推廣應(yīng)用前景。
1)通過對洗井閥結(jié)構(gòu)的局部改進,解決了洗井閥漏失問題,從根源上避免了低泵效、高動液面、高沉沒度的現(xiàn)象,滿足了螺桿泵井正常生產(chǎn)、洗井的需求,節(jié)約了大量檢泵費用,提高了螺桿泵的使用效率。
2)對井下工具存在問題的分析判斷須結(jié)合油井的實際工況進行,分析其動態(tài)變化過程。
3)針對螺桿泵采油工藝的特點,應(yīng)有針對性的制定科學、合理的管理制度,以方便對其進行管理與日常維護。
[1]張維民.螺桿泵抽油桿柱設(shè)計方法及其應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2002:10-40.
[2]石油化學工業(yè)部石油化工規(guī)劃設(shè)計院組織編寫.泵和電動機的選用[M].北京:石油工業(yè)出版社,1976:20-60.
[3]沈迪成等.抽油泵[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994:10-50.
[4]萬仁溥.采油工程手冊[M].北京:石油工業(yè)出版社[M],2000:12-60.