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

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，確定處于生產狀態(tài)下的螺桿泵井流壓和容積效率之間的對應關系，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。進一步通過調參、檢泵、換泵、壓裂、酸化以及調整注入井的注入量等措施改善螺桿泵井的生產狀況，有針對性地進行科學管理與上產挖潛，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

螺桿泵采油技術具有低成本、低能耗和適應介質能力強的特點，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出能力的協(xié)調關系，抽油機井生產管理過程中，普遍采用動態(tài)控制圖技術對抽油機進行宏觀管理。直觀反映單井泵效與流壓的關系以及區(qū)塊整體生產狀況的合理性，及時發(fā)現(xiàn)異常井，提高油井生產時率，使抽油機井在合理的參數(shù)下運行。

油井的生產過程是油層的“供液”能力和抽汲設備“采液”能力相互影響和不斷協(xié)調的過程。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，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”狀況的技術指標，其高低受采出液中游離氣、溶解氣及泵本身結構特點等因素的影響。這些影響因素都與井下螺桿泵的進出口壓差密切相關，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系。只有合理的容積效率與流壓相對應，才能提高油井的系統(tǒng)效率，充分發(fā)揮油井的生產能力，達到油田長期高產穩(wěn)產的目的。

1 螺桿泵井容積效率的影響因素

采油用螺桿泵是單螺桿式水利機械的一種，是擺線內嚙合螺旋齒輪副的一種應用。螺桿泵的轉子、定子副是利用擺線的多等效動點效應，在空間形成封閉腔室，并當轉子和定子作相對轉動時，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化，從而實現(xiàn)舉升液體的作用。

1.1 螺桿泵本身結構的影響

螺桿泵本身結構的影響主要是指定子與轉子間配合間隙對螺桿泵效率的影響，主要包括結構參數(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。

1.2 螺桿泵工作環(huán)境的影響

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子之間的摩擦力，減少螺桿泵的使用壽命。

1.3 螺桿泵下泵深度和轉速的影響

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，下泵深度應維持在合理范圍。

對于已經處在生產狀態(tài)中的螺桿泵井來說，在螺桿泵結構參數(shù)（包括導程、轉子直徑、偏心距、過盈量）、定子橡膠確定的條件下，以及生產過程中井下條件、生產設備基本一定的條件下，螺桿泵工作參數(shù)的調整，即轉速的調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。

2 螺桿泵井動態(tài)控制圖技術研究

2.1 螺桿泵井容積效率和流壓的理論關系

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，由本身結構參數(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構，即：

上式經過理論研究和室內實驗可以轉化成下面公式：

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——轉子截面直徑，m；

超前探水是在隧道掘進之前采用鉆探設備對隧道將掘進段地質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。

T——定子導程，m；

n——轉子轉速，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構對容積效率的影響：體現(xiàn)了隨著泵進出口壓差的改變、轉速的不同螺桿泵漏失量的變化規(guī)律。

2.2 繪制螺桿泵井動態(tài)控制圖

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關系之間也必將不同。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關系。根據油井最大合理沉沒度可以確定最大合理流壓FI值。根據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。對于該區(qū)內的油井應加強管理，使其保持正常生產，并針對性地對一些油井優(yōu)化設計，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≌{大抽汲參數(shù)、換大泵、增加泵級數(shù)（提高揚程）等措施，增加產液量。該區(qū)內的油井是上產挖潛的主要對象。

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≌{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、檢泵等相應措施，使該區(qū)內的油井恢復正常生產。

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。應核實產液量、轉速、檢查流程、計量儀表等問題，確定該區(qū)內油井的真實生產情況。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子設計，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%。

3 現(xiàn)場應用

截至2012年5月底，累計應用48950井次，措施符合率達到90.78%。合理區(qū)比例由應用前的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)控制圖已經在第一采油廠全面應用，覆蓋率達到100%，已成為提高螺桿泵井生產管理水平、提升螺桿泵井系統(tǒng)效率的重要手段。

4 結論

螺桿泵井動態(tài)控制圖能夠實現(xiàn)螺桿泵井的工作狀況判斷，直觀反映供液與采液關系的協(xié)調性、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，在制定技術措施（調參、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大隊工具室，163001。

2012-08-13）