螺杆泵采油在长庆油田的应用情况.doc

螺杆泵采油技术在长庆油田的试验与应用黄 伟 姚 斌长庆油田油气工艺技术研究院摘要：长庆油田从上世纪九十年代开始主要以定向井丛式井组开发，现有定向井8000多口，占总开井数的80%以上，油井全部采用抽油机开采。由于螺杆泵采油具有泵效高、时率高、检泵周期长、能耗低等特点，长庆油田从2000年开始，共开展了10余口井螺杆泵采油的现场试验与应用，但总体效果并不理想。本文将试验和应用情况作以阐述，分析了存在的问题和主要原因，旨在使该技术在长庆油田的推广应用起到一定的作用。主题词：长庆油田 定向井 螺杆泵 试验与应用一、概述自20世纪30年代中期法国的moineau发明了单螺杆泵水力机械原理以来，单螺杆泵在世界石油工业领域得到了广泛应用，特别是在法国、加拿大、美国和德国等欧美国家得到长足的发展与应用。我国对螺杆泵研制起步较晚，但从1985年引进国外地面驱动、抽油杆柱转动的井下单螺杆抽油泵技术以来，国内许多油田和厂家都在致力于螺杆泵的研究和应用，通过采用多项新材料和配套工艺技术，使得螺杆泵的使用寿命、泵效、可靠性和经济性等多方面获得了重大突破，不但在开采不同类型油藏应用中的适应性大大增强，基本覆盖了其它人工举升所具有的能力，而且以能耗低、泵效高、占地面积小、适应高含砂井以及稠油开采等技术优势，在油田开发生产中起到了越来越重要的作用。 工作原理采油用螺杆泵是单螺杆式水力机械的一种，是摆线内啮合螺旋齿轮副的一种应用，有单头(或单线)螺杆泵和多头（或多线）螺杆泵之分，主要由电控部分、地面驱动部分、井下泵体部分和配套工具等部分组成（见图1、图2）。地面驱动装置将动力通过抽油杆传递给井下螺杆泵转子，驱动螺杆泵转子转动，在螺杆泵转子与定子之间形成一个个密闭的空腔，当转子在定子内转动时封闭腔就沿轴向由吸入端向排出端运移，封闭腔在排出端消失，同时吸入端形成新的封闭腔，其中腔内所盛满的液体也就随着它的运移由吸入端推挤到排出端，由于封闭腔的不断形成、运移、消失，这就起到泵送液体的作用，这种工作过程保证螺杆泵具有广泛的适用范围，在我国水驱采油井、聚合物驱采油井、稠油井等均有不同程度的应用。图1 地面驱动结构示意图 图2 井下泵体部分结构示意图 主要特点螺杆泵采油井下事故率低，地面设备是在井口安装一电动机和一套变速传装置，因而作业施工简单，安装无需卡车和吊车配合，仅有修井车就可以了，具有故障少，地面维修简单，体积小，管理费用低，便于管理，泵效高，耗能少等特点。 适用范围 扬程最高可达到1800m； 实际排量最高350m3/d； 流体性质：稠油、含砂、高含水、聚驱采油井等； 井温可达到120； 直井； 斜度不大于30度的定向井。 国内油田应用情况1、水驱采油井应用目前大庆油田、华北二连油田和大港油田在水驱常规井上应用螺杆泵采油已达到一定规模。截至2005年8月底，大庆油田在用水驱螺杆泵采油井1031口，平均泵效60.1%，平均泵挂904.9m，平均检泵周期461.2天。华北二连油田的螺杆泵在用井有86口，平均含水76.6%，平均泵效83.4%，平均泵挂950.4m，平均检泵周期1099天。大港油田在中北部高含水出砂开发区推广应用53口井，其中替代小泵生产11口，替代大直径管式泵生产32口，替代电潜泵生产7口，长停井恢复3口，取得了油井增产、提高时率、减少投资、节能降耗的效果。2、聚合物驱采油井应用螺杆泵采油工艺在聚合物驱采油井的应用上，大庆油田使用量已达到一定规模，截至2005年8月底，在用聚驱螺杆泵采油井499口，平均泵效62.6，平均泵挂929.3m，平均检泵周期达397.7天。3、稠油采油井应用目前吉林油田、辽河油田、冀东油田和华北油田均在稠油井上采用螺杆泵冷采，经过几年的现场试验均取得了较好的应用效果，使螺杆泵成为稠油井开采的主要举升手段。二、螺杆泵采油技术在长庆油田的试验与应用 油田概况长庆油田地处鄂尔多斯盆地南部的黄土高原地带，油区内沟壑纵横、梁峁交错，地形复杂。在上世纪九十年代开始了丛式井组定向井的开发应用，现有定向井8000多口，占到了总开井数的80%以上。长庆油区共有30多个油田区块，主要开采层位为三叠系的长2、长3、长4+5、长6、长8和侏罗系的延7、延8、延9、延10等，基本为低渗或特低渗油藏。丛式井每个井组布井48口，井深在7002400m，最大井斜角在3040。采油井平均动液面1210m，平均冲程2.25m、冲数5.6r/min、泵径36.7mm、泵深1351m，泵效39.3%。由于受储层条件的影响，油井生产中普遍存在产量低、蜡、垢、腐蚀、气体的影响问题严重，井筒条件较为复杂。 试验与应用现状考虑到螺杆泵采油较其它采油方式具有诸多优势，同时试验螺杆泵采油技术能否适应长庆油田复杂井筒条件下的油井正常开采，2000年首先在采油一厂安塞油田开展了3口井的小井眼定向井螺杆泵采油工艺试验，后又在采油二厂、采油三厂油井上总共进行了10多口井的地面驱动螺杆泵现场应用，由于井况影响和配套服务跟不上等多种原因，目前只有采油一厂王窑作业区王19-7和采油二厂马岭油田北区木103井仍在使用，其他试验井都已转为抽油机方式采油。1、前期试验情况为了降低安塞浅油层开发成本，2000年在安塞油田引进试验了螺杆泵采油工艺技术，在多方调研论证的基础上引进了上海东方石油设备有限公司特制的、适用于小井眼定向井的GLB45-40型螺杆泵，该泵是主要针对小井眼定向井的实际情况及生产参数而研制的，其主要技术参数见表1。表1 螺杆泵技术参数表泵型号GLB45-40每转公称排量45ml/r泵级数40总长4260mm最大外径89 mm扬程1500 mm转子3/4抽油杆传动定子螺纹27/8油管扣标准光杆1转子最大外径37mm驱动电机7.5kw转速65-266rpm日产液5.5-16.8m3/d现场共试验3口井，分别是塞35-9井（直井）、塞35-10井（斜井）、贺13-10井（斜井），投产参数见表2，投产后生产情况见表3。目前塞35-9井因转注起出，贺13-10井、塞35-10井因检泵周期短而改下管式泵采油。在现场试验过程中螺杆泵采油表现出:安装方便，投产速度快。运转平稳，噪音小，能耗低，体积小，结构简单，容易操作。日常维护工作量小，占地面积小，便于管理。泵效高，调参方便。（只需更换皮带轮）其不足之处是：一旦抽空，螺杆泵定子易烧毁，且更换配件费用大。对井斜大于30的井尚不能应用，限制了推广。无配套诊断技术，斜井凭经验安装扶正器。2、在用井生产情况 王19-7井王19-7井位于采油一厂王窑作业区，于1989年9月17日投产，2005年12月，开始对王19-7井下入螺杆泵采油，至目前该井已正常生产100余天。从下入前后油井生产动态来看，转入螺杆泵生产后由于参数较小，该井日产液量、日产油与抽油机生产时相比较均有不同程度的下降，造成油井液面持续上升，见表4。表2 螺杆泵投产参数表井号投产参数每转排量*转速*泵挂杆柱设计管柱组合塞35-945ml*200rpm*650m19mm*650m 450m 550m井段每根抽油杆带一只扶正防磨器母堵尾管2根花管1根+油管锚+27/8油管1根螺杆泵27/8油管1根27/82变扣接头+2油管+227/8变扣接头+27/8油管1根+27/823/8变扣接头至井口塞35-1045ml*200rpm*650m19mm*650m265m375m每根杆一只扶正器385m550m每2根杆一只扶正器560m650m每根杆一只扶正器贺13-1045ml*200rpm*940m22380m+19570m570m800m每3根杆一只扶正器800m940m每1根杆带一只扶正器800m940m每1根杆带一只扶正器表3 螺杆泵试验后生产情况表井号日产液(m3/d)日产油(t/d)含水()泵效()动液面(m)备注塞35-911.081.3885.187.21662001年10月18日转注塞35-1011.12.1876.687.4168后改下管式泵采油贺13-109.494.624274.7653后改下管式泵采油表4 王19-7井抽油机生产与螺杆泵生产情况对比工作参数日产液(m3)日产油(t)含水(%)动液面(m)抽油机生产1.5*5*32*1171.924.310.7782.21043螺杆泵生产300*40*1072.273.690.7579.6471造成该井产量下降的主要原因是由于在使用螺杆泵生产时，螺杆转速为300转/分，泵径为40mm，泵深1072米，螺杆转速较小，理论排量只有5.2m3/d，供排不匹配，造成油井动液面上升，产量下降。在使用过程中存在的主要问题：与抽油机采油相比，螺杆泵采油时转速难以确定，当高转速生产时，泵的排量增大，泵体易发热，另外，对于低渗油田来说，液面相对较低，如果液面较低时有可能造成泵的空转，容易烧坏泵体和电机，低转速生产时排量满足不了地层的供液能力，造成液面上升，产量下降的状况。螺杆泵采油时地面驱动装置（7.5kW）与螺杆泵的连接主要为22mm的H级抽油杆，对于井筒结蜡严重的油井，易发生抽油杆断脱等事故。螺杆泵生产对脱气严重的油井是否适应，从王19-7井前后生产情况看，使用螺杆泵生产后油套空间气体较大，说明气体生产时并未进入泵筒。 木103井木103井位于采油二厂马岭油田北区，于1998年9月19日投产，投产初期日产液17.74m3/d，日产油15.08t/d，含水0%，动液面956m。2004年8月份，该井正常日产液量3.9m3/d，日产油0.49t/d，含水85.1%，动液面889m，检泵周期为460天。2004年9月12日对木103井下入上海亦铿石油设备有限公司生产螺杆泵进行螺杆泵采油试验，泵挂下深为1000m，截至2005年11月该井日产液2.24m3/d，日产油0.04t/d，含水97.8%，动液面562m。产液量总体平稳、液面呈逐渐上升趋势。螺杆泵采油工艺现场试验也表现出高效、节能、安装费用低、占地面积少等特点，但也出现地面电机反转自锁功能失效造成抽油杆脱扣以及合作单位后期服务跟不上等情况，下入后至目前不到5个月时间，前后累计故障造成动力上修7次，发生作业费用5.82万元，且造成木103井长期生产不正常（详见表5、表6）。表5 木103井螺杆泵采油生产情况统计表生产日期日产液(m3/d)日产油(t/d)含水（%）动液面（m）备 注2004083.90.4985.1889下螺杆泵2004094.440.1795.5842换螺杆泵2004104.910.2394.51077不出停2004113.5301001079间停2004123.490.0498.6537检泵2005014.240100568光杆断脱2005021.25010002005032.4601000不出检459h2005043.590.0398.96272005052.060.194.27202005062.050.0796260.0696.96822005082.460.0697.26542005092.710.07975742005102.420.0697.16212005112.240.0497.8562不出油停井2005120000不出油停井2006010000不出油停井2006020000不出油停井表6 木103井下螺杆泵后运行情况序号日期作业原因作业内容费用（万元）备注12004.09.12螺杆泵投用螺杆泵下井1.622004.10.03脱扣对扣0.4832004.1103脱扣对扣0.4842004.12.06光杆断更换光杆0.4852004.12.07泵定子裂更换螺杆泵1.662005.02.17光杆断更换光杆0.48光杆型号不同,作业无效72005.02.25打捞光杆打捞后使用旧光杆0.7更换后不出液,初步判断为下部脱扣82005.3.26更换光杆更换光杆2005.3.26-2005.11.27日生产正常2005.11.27不出油目前停井待修三、取得的认识1、通过螺杆泵采油工艺技术在长庆油田的试验与应用，该工艺在低渗透、定向井条件下技术上是可行的。该工艺在现场应用中主要存在以下优点和不足。 主要优点螺杆泵占地面积小，螺杆泵操作简单，能极大减轻操作员工的工作量。螺杆泵电机功率小，耗电量小。以木103井为例，该井螺杆泵使用的电机功率是12.5KW，实测功率只有380V15A=5.7KW。采用抽油机采油时，电机功率是18KW，这样每天能节约电（18-5.7）24=295.2度。螺杆泵无游梁、平衡块等设备，使用螺杆泵采油增加了操作员工的安全系数。 存在的不足由于螺杆泵采油需保持一定的沉