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        試析地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油技術(shù)優(yōu)化

        2019-09-10 07:22:44劉錦
        石油研究 2019年1期
        關(guān)鍵詞:抽油桿柱螺桿泵

        劉錦

        摘要:地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵是由地面電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)頭,經(jīng)減速帶動(dòng)光桿和抽油桿柱旋轉(zhuǎn),驅(qū)動(dòng)螺桿泵轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)抽油的一種抽油泵。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)件少、故障率低以及價(jià)格便宜等特點(diǎn),因此近年來(lái)在我國(guó)稠油、高含砂和高氣液比的井開(kāi)采中有著較為廣泛的應(yīng)用。然而,我國(guó)在地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵的實(shí)際應(yīng)用時(shí)間較短,經(jīng)常出現(xiàn)工作參數(shù)不匹配,采油工藝選擇不當(dāng)?shù)确矫娴膯?wèn)題,導(dǎo)致設(shè)備及油井的生產(chǎn)功效得不到充分發(fā)揮。本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),從地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵的工作原理出發(fā),并著重就其采油技術(shù)工藝的優(yōu)化進(jìn)行了分析與探討。

        關(guān)鍵詞:地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵;采用技術(shù);優(yōu)化

        地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵由于抽油桿自身既需要受到拉力作用,又受到扭力作用,且下入深度較淺,在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中如采油技術(shù)工藝不當(dāng), 往往會(huì)造成固定部位的磨損或磨斷油管,以及油管或抽油桿脫扣等問(wèn)題,這就需要做好對(duì)相關(guān)工藝技術(shù)的優(yōu)化與匹配,以保證設(shè)備的正常、穩(wěn)定運(yùn)行。

        一、地面驅(qū)動(dòng)螺桿采油工作原理概述

        地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng),如下圖 1 所述。地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵作為一種容積式泵,其工作原理是由地面驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)抽油桿和轉(zhuǎn)子在定子橡膠襯套內(nèi)旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)子和定子之間的容積均勻上移,從而產(chǎn)生抽汲、推擠作用,而實(shí)現(xiàn)連續(xù)性的排油。

        成。油層的工作特性由綜合 IPR 來(lái)描述;井筒中流體則按照多相管流規(guī)律進(jìn)行流動(dòng);抽油設(shè)備則主要包括了地面驅(qū)動(dòng)裝置、抽油桿柱、井下螺桿泵,用于向井筒中流體提供能量,其自身組成一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)??赏ㄟ^(guò)正確地選擇泵型和設(shè)計(jì)抽油參數(shù)(如泵深、轉(zhuǎn)速和抽油桿柱組合等)來(lái)控制、調(diào)節(jié)油井的生產(chǎn),使得抽油設(shè)備系統(tǒng)與油層和井筒的能力相協(xié)調(diào),在高效、安全的基礎(chǔ)上獲得較高的產(chǎn)油量和經(jīng)濟(jì)效益。

        對(duì)地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵抽油井采油系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì),是以整個(gè)油井為研究對(duì)象,以各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)作為基礎(chǔ),以油井的生產(chǎn)能力為依據(jù), 以油井的產(chǎn)油量(經(jīng)濟(jì)效益)為目標(biāo),采用節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析方法,進(jìn)行抽油井的優(yōu)化設(shè)計(jì),充分發(fā)揮油層和抽油設(shè)備的潛力。地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)劃分,詳見(jiàn)下圖 2 所示,求解點(diǎn)設(shè)置在下泵深度處。

        在本文中,主要就地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵抽油桿軸向力和抽油桿柱扭矩的優(yōu)化計(jì)算方法,以及抽油桿柱強(qiáng)度理論的計(jì)算進(jìn)行了分析:

        1、抽油桿柱軸向力的優(yōu)化計(jì)算

        (1) 桿柱載荷的計(jì)算

        通常我們較常采用的是電纜加熱解堵技術(shù),該技術(shù)的原理是通過(guò)在 油桿內(nèi)下入加熱電纜,利用電纜加熱后所生成的熱量使原油凝固問(wèn)題得 到解決。需要注意的是,該技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中,應(yīng)對(duì)井口的油溫進(jìn)行定 時(shí)測(cè)量,當(dāng)檢測(cè)到油溫超過(guò)原油的凝固點(diǎn)以后,才可將電纜起出。

        4、故障診斷技術(shù)

        地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵在采油過(guò)程中,如因管理不當(dāng)、工況不合理或者產(chǎn)品質(zhì)量等問(wèn)題時(shí),將會(huì)出現(xiàn)一系列故障問(wèn)題,常見(jiàn)故障有采油井常見(jiàn)故障有抽油桿斷脫、各種堵塞、油管漏失、定子橡膠脫落等。必須采取適當(dāng)?shù)墓收显\斷技術(shù),以確保生產(chǎn)的穩(wěn)定。較常采用的故障診斷技術(shù),主要有電流法和憋壓法兩種。

        電流法主要是通過(guò)測(cè)試驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的工作電流,通過(guò)電動(dòng)機(jī)工作電流的大小,來(lái)判斷螺桿泵工作狀況的方法。該方法較為適用于檢測(cè)抽油桿斷脫、油管脫落或漏失、泵漏失、定子橡膠磨損嚴(yán)重、輸油管在式中,F(xiàn)i為抽油桿第i截面上的軸向力,單位為N;Ai是指抽油桿第i截面面積,單位為m2;Mi是指抽油桿第i截面上的扭矩,單位為N·m;Wni是指抽油桿第i截面抗扭截面模量,單位為m3。

        三、地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵相關(guān)采油工藝技術(shù)優(yōu)化

        1、防脫優(yōu)化技術(shù)

        (1) 油管柱防脫技術(shù)

        由于螺桿泵的轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)是順時(shí)針旋轉(zhuǎn),工作負(fù)載直接表現(xiàn)為扭矩,當(dāng)轉(zhuǎn)子扭矩作用在定子上時(shí),定子承受的扭矩會(huì)使上部的正螺紋油管脫扣,因此對(duì)地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵的油管柱必須采取防脫措施。當(dāng)前,油管柱防脫技術(shù)主要有兩種,一種是錨定工具,另一種則是反扣油管。通常采用的是錨定工具,與常規(guī)油管錨的使用一樣。

        (2) 抽油桿防脫技術(shù)

        由于驅(qū)動(dòng)螺桿泵的抽油桿柱長(zhǎng)度很長(zhǎng),當(dāng)傳遞扭矩時(shí)抽油桿柱會(huì)儲(chǔ)存一定的彈性變形能,一旦停機(jī),抽油桿內(nèi)儲(chǔ)存的彈性變形能釋放出來(lái)造成抽油桿高速反轉(zhuǎn)而脫扣或因固定閥失靈停機(jī)后油管內(nèi)液體回流造成抽油桿反轉(zhuǎn)而脫扣。目前,可采用防脫技術(shù)主要有以下幾種:

        ①采用定向離合器進(jìn)行防反轉(zhuǎn)。在定向離合器的外殼上安裝剎車

        線堵、結(jié)蠟嚴(yán)重等故障形式。

        (2)憋壓法

        憋壓法主要是通過(guò)關(guān)閉采油樹(shù)回壓閘門進(jìn)行憋壓的方式,來(lái)觀測(cè)井口 油壓和套壓的變化,進(jìn)而診斷螺桿泵工作狀況的方法。該方法主要適用于 檢測(cè)抽油桿斷脫、油管脫落、泵嚴(yán)重漏失、定子橡膠脫落等故障形式。

        總結(jié):

        由于我國(guó)在地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵的實(shí)際應(yīng)用時(shí)間較短,經(jīng)常出現(xiàn)工作參數(shù)不匹配,采油工藝選擇不當(dāng)?shù)确矫娴膯?wèn)題,導(dǎo)致設(shè)備及油井的生產(chǎn)功效得不到充分發(fā)揮。本文從地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵的工作原理出發(fā),并主要就螺桿泵采油工藝的優(yōu)化計(jì)算,以及相關(guān)工藝技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)用進(jìn)行了分析與探討,以此希望對(duì)地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用能起到一定的幫助與借鑒。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 王國(guó)慶,師國(guó)臣,等.大慶油田螺桿泵機(jī)采井系統(tǒng)效率現(xiàn)狀及對(duì)策[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2011(7).

        [2] 武云松.提高螺桿泵井系統(tǒng)效率的措施研究[J].油氣田地面工程,2009(7).

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