武云石高宇虹施軍
(1.大慶油田有限責任公司第一采油廠;2.大慶油田有限責任公司第五采油廠)
螺桿泵井動態(tài)控制圖技術(shù)
武云石1高宇虹1施軍2
(1.大慶油田有限責任公司第一采油廠;2.大慶油田有限責任公司第五采油廠)
對螺桿泵的工作特性進行分析,確定處于生產(chǎn)狀態(tài)下的螺桿泵井流壓和容積效率之間的對應(yīng)關(guān)系,制作成螺桿泵井動態(tài)控制圖。通過螺桿泵井在動態(tài)控制圖中所處位置,直觀地衡量螺桿泵井的工作狀況是否合理。進一步通過調(diào)參、檢泵、換泵、壓裂、酸化以及調(diào)整注入井的注入量等措施改善螺桿泵井的生產(chǎn)狀況,有針對性地進行科學管理與上產(chǎn)挖潛,這對于提高螺桿泵井系統(tǒng)效率,發(fā)揮螺桿泵特有的舉升優(yōu)勢有著重要的實際意義。
螺桿泵 動態(tài)控制圖 容積效率
螺桿泵采油技術(shù)具有低成本、低能耗和適應(yīng)介質(zhì)能力強的特點,近幾年來工業(yè)化規(guī)模不斷擴大。但其管理模式與抽油機井和電泵井相比,還不夠完善。為了反映區(qū)塊油層供液能力與地面產(chǎn)出能力的協(xié)調(diào)關(guān)系,抽油機井生產(chǎn)管理過程中,普遍采用動態(tài)控制圖技術(shù)對抽油機進行宏觀管理。直觀反映單井泵效與流壓的關(guān)系以及區(qū)塊整體生產(chǎn)狀況的合理性,及時發(fā)現(xiàn)異常井,提高油井生產(chǎn)時率,使抽油機井在合理的參數(shù)下運行。
油井的生產(chǎn)過程是油層的“供液”能力和抽汲設(shè)備“采液”能力相互影響和不斷協(xié)調(diào)的過程。理想的螺桿泵井工作狀況是在一定壓力條件下,油層的供液能力和井下螺桿泵的抽汲能力相適應(yīng),達到一個供采平衡狀態(tài)。
螺桿泵井的容積效率(泵效)是衡量“采液”狀況的技術(shù)指標,其高低受采出液中游離氣、溶解氣及泵本身結(jié)構(gòu)特點等因素的影響。這些影響因素都與井下螺桿泵的進出口壓差密切相關(guān),即進出口壓差越?。ǔ翛]度越高),容積效率越高;進出口壓差越大(沉沒度越低),容積效率越低。流壓是衡量油井生產(chǎn)狀況合理的條件,其大小反映油層的供液能力。在泵掛深度一定的條件下,容積效率和流壓存在一種依附關(guān)系。只有合理的容積效率與流壓相對應(yīng),才能提高油井的系統(tǒng)效率,充分發(fā)揮油井的生產(chǎn)能力,達到油田長期高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。
采油用螺桿泵是單螺桿式水利機械的一種,是擺線內(nèi)嚙合螺旋齒輪副的一種應(yīng)用。螺桿泵的轉(zhuǎn)子、定子副是利用擺線的多等效動點效應(yīng),在空間形成封閉腔室,并當轉(zhuǎn)子和定子作相對轉(zhuǎn)動時,封閉腔室能作軸向移動,使其中的液體從一端移向另一端,實現(xiàn)機械能和液體能的相互轉(zhuǎn)化,從而實現(xiàn)舉升液體的作用。
螺桿泵本身結(jié)構(gòu)的影響主要是指定子與轉(zhuǎn)子間配合間隙對螺桿泵效率的影響,主要包括結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差的影響、過盈量的影響和定子橡膠溶脹、溫脹及磨損的影響。
砂粒的尺寸含量硬度和速度對螺桿泵的使用壽命有較大的影響。環(huán)境溫度越高,使油流特性變好,結(jié)蠟減緩,黏度降低,油流沿程損失降低,使螺桿泵的舉升壓頭降低。但是也會增加定子與轉(zhuǎn)子之間的摩擦力,減少螺桿泵的使用壽命。
從螺桿泵工作特性曲線可以看出,螺桿泵的系統(tǒng)效率隨著舉升高度的增加而升高,當系統(tǒng)效率達到最大時,再增加舉升高度,泵的容積效率和系統(tǒng)效率呈現(xiàn)出迅速下降的趨勢。為此,為保持較高的系統(tǒng)效率,下泵深度應(yīng)維持在合理范圍。
對于已經(jīng)處在生產(chǎn)狀態(tài)中的螺桿泵井來說,在螺桿泵結(jié)構(gòu)參數(shù)(包括導程、轉(zhuǎn)子直徑、偏心距、過盈量)、定子橡膠確定的條件下,以及生產(chǎn)過程中井下條件、生產(chǎn)設(shè)備基本一定的條件下,螺桿泵工作參數(shù)的調(diào)整,即轉(zhuǎn)速的調(diào)整就成為影響螺桿泵容積效率和系統(tǒng)效率的最主要因素。
螺桿泵的容積效率(泵效)ηv,可由下式計算:
式中分子Q為螺桿泵井的實際產(chǎn)液量,成分是分離溶解氣后的油水混合物;分母Qth為螺桿泵井的理論排量,由本身結(jié)構(gòu)參數(shù)決定。由此可知影響螺桿泵井容積效率的主要因素是:采出液中氣體的含量和螺桿泵本身特有的結(jié)構(gòu),即:
上式經(jīng)過理論研究和室內(nèi)實驗可以轉(zhuǎn)化成下面公式:
式中:
Pwf——井底流壓,MPa;
ρ——液體密度,kg/m3;
g——重力加速度,9.8N/kg;
h——泵入口到油層中部的距離,m;
fw——含水,%;
Rp——生產(chǎn)油氣比,%;
Rsp——校正溶解氣油體積比;
Bo——原油的體積系數(shù);
Th——泵所在地層溫度,K;
P0——地面大氣壓力,0.10325MPa;
Z——天然氣壓縮系數(shù),一般在0.81~0.91;
e——偏心距,m;
D——轉(zhuǎn)子截面直徑,m;
超前探水是在隧道掘進之前采用鉆探設(shè)備對隧道將掘進段地質(zhì)情況和巖層滲水涌水情況進行全面了解,為治水方案的選擇奠定基礎(chǔ)。
T——定子導程,m;
n——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,r/min;
Kv——容積損失系數(shù);
ΔP——泵進出口壓差,MPa;
A——對一定的單螺桿泵為常數(shù)值,主要取決于襯套橡膠層厚度;
E——襯套用橡膠的彈性模數(shù);
β——常數(shù)值,主要取決于橡膠的彈性模數(shù);δo——初始過盈量,m;
L——螺桿-襯套副長度,m。
乘積的左邊是采出液中氣體的含量對容積效率的影響:分子項代表螺桿泵抽汲到地面液體(油、水)的相對體積,分母項代表井下進入螺桿泵的油、氣、水三項的相對體積之和。乘積的右邊是螺桿泵特有結(jié)構(gòu)對容積效率的影響:體現(xiàn)了隨著泵進出口壓差的改變、轉(zhuǎn)速的不同螺桿泵漏失量的變化規(guī)律。
以流壓為橫坐標,容積效率為縱坐標,建立動態(tài)控制圖模板。
對于大慶油田有限責任公司第一采油廠的全部螺桿泵井而言,開采層位不同、泵型各異、配套工藝有別,其容積效率和流壓的對應(yīng)關(guān)系之間也必將不同。綜合考慮公式(3)中各參數(shù)的極限取值,可以得到井下螺桿泵的容積效率關(guān)于流壓的最大值曲線A B和最小值曲線D C,曲線A BCD范圍內(nèi)就是全部螺桿泵井處于正常抽汲狀態(tài)時容積效率和流壓的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)油井最大合理沉沒度可以確定最大合理流壓FI值。根據(jù)最低合理沉沒度可以確定最小容積效率G H值,見圖1。
各區(qū)域的物理意義:
1)合理工作區(qū)(FG H I):泵況正常,泵效與油層的供液能力相協(xié)調(diào)。對于該區(qū)內(nèi)的油井應(yīng)加強管理,使其保持正常生產(chǎn),并針對性地對一些油井優(yōu)化設(shè)計,提高系統(tǒng)效率。
2)參數(shù)偏小區(qū)(BCIF):流壓高,泵效高,供液能力充足??刹扇≌{(diào)大抽汲參數(shù)、換大泵、增加泵級數(shù)(提高揚程)等措施,增加產(chǎn)液量。該區(qū)內(nèi)的油井是上產(chǎn)挖潛的主要對象。
3)參數(shù)偏大區(qū)(A D H G):流壓低,泵效低,因油層條件差和抽汲參數(shù)偏大引起??刹扇≌{(diào)小抽汲參數(shù)、提高連通注入井的注入量、壓裂、補孔、酸化等措施,使該區(qū)內(nèi)的油井達到注采平衡。
4)斷脫漏失區(qū)(D CJ):流壓高,泵效低。通過電參數(shù)測試、憋泵等手段綜合分析,判斷井下存在問題,采取熱洗、撈桿、檢泵等相應(yīng)措施,使該區(qū)內(nèi)的油井恢復正常生產(chǎn)。
5)待落實區(qū)(A BE):泵效接近、超過100%,因錄取資料不準確引起。應(yīng)核實產(chǎn)液量、轉(zhuǎn)速、檢查流程、計量儀表等問題,確定該區(qū)內(nèi)油井的真實生產(chǎn)情況。為保障小排量螺桿泵熱洗效果,500m L/r(含500m L/r)以下泵型均采用空心轉(zhuǎn)子設(shè)計,有通道使油層和油管相通。因此在開采供液能力強的油層時,這類螺桿泵井的泵效可以達到、超過100%。
截至2012年5月底,累計應(yīng)用48950井次,措施符合率達到90.78%。合理區(qū)比例由應(yīng)用前的72.77%提高到83.05%,提高了10.28個百分點;斷脫漏失區(qū)比例由應(yīng)用前的7.47%下降到2.48%,下降了4.99個百分點。
螺桿泵井動態(tài)控制圖已經(jīng)在第一采油廠全面應(yīng)用,覆蓋率達到100%,已成為提高螺桿泵井生產(chǎn)管理水平、提升螺桿泵井系統(tǒng)效率的重要手段。
螺桿泵井動態(tài)控制圖能夠?qū)崿F(xiàn)螺桿泵井的工作狀況判斷,直觀反映供液與采液關(guān)系的協(xié)調(diào)性、抽汲參數(shù)的合理性,以及異常井的判別。為了提高螺桿泵井系統(tǒng)效率,在制定技術(shù)措施(調(diào)參、檢泵、換泵、壓裂、堵水等)時,提供了有效手段。
10.3969/j.i ssn.2095-1493.2012.011.008
武云石,高級工程師,1993年畢業(yè)于齊齊哈爾輕工學院,從事采油工程工作,E-mail:zhanglp0903@126.com,地址:黑龍江省大慶油田有限責任公司第一采油廠工程技術(shù)大隊工具室,163001。
2012-08-13)