1、 化学工程与装备 2023 年 第 2 期 94 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 2 月 螺杆泵井合理沉没度的确定及应用 螺杆泵井合理沉没度的确定及应用 张 旭（大庆油田有限责任公司第三采油厂工艺研究所，黑龙江 大庆 163000）摘 要：摘 要：以采油生产活动具体情况为切入点，借助对沉没度范围等方面展开理论研究，同时在监测实践中对螺杆泵井的供液能力进行科学确定基础上，对油层流入状态、泵排出动态以及协调供排关系等方面进行推导，有效确定其合理沉没度范围，并提出应用要点，希望能够为相关单位与人员提供参考。关键词：关键词：螺杆泵井；沉没度；确定与应用 前
2、言 前 言 进行油田开发工作时，薄差、低渗透油层具有较大的开发难度。现阶段油田含水量不断增加，产量不断减小，开采成本增加，对经济效益产生严重影响，所以需要借助科学方法保证油田稳产以及高产。借助同步测试信息能够发现，在沉没度较低情况下，需要建立较多的抽油机井，此类油井检泵周期短、泵效低、产液量低以及运转负荷大等。所以对合理沉没度确定与应用进行研究，对于提升螺杆泵井产量具有重要意义1。1 螺杆泵概述与沉没度影响 1 螺杆泵概述与沉没度影响 1.1 螺杆泵概述（1）螺杆泵构成。电控部分，电缆以及电控箱。地面部分，方卡子、支撑架、减速箱、井口密封以及驱动电机等。井下泵，转子、定子。转子制造材料为高强度
3、钢，并采用硬铬对其表面进行镀刷处理，表面是单螺旋面。对于定子，衬套选择丁腈橡胶，与缸体外套选择硫化方式进行粘接，表面采用双螺旋面形式。配套工具，油管防脱、油杆防反转等设备、专用进口、油杆扶正器以及特殊光杆等。（2）螺杆泵运行原理。对于螺杆泵采油作业来讲，属于单螺杆水利机械形式，主要应用摆线内与螺旋齿轮副啮合的原理。螺杆泵的定子与转子之间，通过摆线多等效动点的效应建立封闭腔，在定子与转子进行相对运动过程中，封闭腔沿着轴向由吸入端运动到排出端，同时消失于排出端。另外，在吸入端产生新封闭腔，在封闭腔产生、运动以及消失的整个过程中，让水、气、油不断通过各个封闭腔，由吸入端朝着排出端挤压，最终举升至地面
4、2。1.2 沉没度影响（1）沉没度较低形成冲击载荷。若是沉没度低，螺杆泵基于供液不足条件下进行抽汲作业，若是下冲程，则液面和柱塞之间会形成液击现象，对泵形成冲击力。冲击载荷和半径之间具有较大关联，随着泵径增加，冲击载荷也会不断增加。若是下行程，则下部杆柱会发生弯曲问题，导致弯曲扭矩值不断增加。另外，液击导致杆管最小载荷以及最大载荷之间差值变大，所以螺旋扭矩增加，导致管、杆极易发生断脱问题。（2）沉没度对于管、杆断脱影响。首先，开展生产实践活动时，因为油管柱和油杆柱并非理想刚性体，具有变形变曲问题。若是垂直悬挂，井管柱存在变形问题，就会造成泵筒和柱塞无法达到轴向同心状态。所以，柱塞运动过程中，泵
5、筒会横向制约柱塞，进而使得泵筒造成油管柱发生径向摆动问题。沉没度小，则油套环形空间中液体也会降低，降低油管径向的束缚力，增加其径向摆动问题加剧，造成管、杆断脱。其次，抽油机进行抽吸时，油管不仅会受到液体摩擦力以及重力等载荷，同时还会受到环形空间中液体浮力影响，该浮力可以促使油管载荷降低，促使油管受力条件得到充分优化。在沉没度不断增加过程中，油管浮力也会增加，进而充分降低油管载荷，减小油管弹性形变问题。（3）沉没度低时对泵运行情况产生的影响。若是泵井沉没度较低，则开展生产实践活动时，流压比饱和压力低，原油处于地层时已经脱气，随着与井筒之间距离减小，脱气现象也更加严重，随着流压减小，井筒周边脱气现
6、象也更加严重。在原油脱气之后，粘度不断提升，流动阻力也会提升。另外，气液相流也会使得流动阻力增加。另外，基于流压较低情况下，原油中天然气也会充分分离，变成游离气体，导致各个油套管压力不断增加，降低流动速度，同时此类气体流入泵筒中，导致其中气体增加，螺杆泵无法满足正常充满要求，使得泵筒和活塞摩擦力增加，对螺杆泵运行产生影响，影响产业水平，增加油井工作负荷以及杆管疲劳等3。2 螺杆泵井的开采动态 2 螺杆泵井的开采动态 2.1 协调供排关系 开展螺杆泵井生产活动过程，就是泵排液水平以及油层供液水平相互响应以及持续协调过程。泵排液水平和某流压条件生产水平互相适应，另外，对于泵的进出口压差条件具有造成
7、直接影响。结合容积效率和泵吸入口的压力之间物理关系，能够获得进出口压差和容积效率之间关系。3 合理沉没度确定 3 合理沉没度确定 3.1 进出口压差合理范围的界定 根据螺杆泵井介质特性与生产数据，比如饱和压力、油DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.02.034 张 旭：螺杆泵井合理沉没度的确定及应用 95 气比、含水量、粘度、温度以及压缩系数等，对容积效率和进出口压差关系曲线、系统效率和进出口压差关系曲线进行计算。在进出口压差比较小的情况下，系统效率低。在系统效率为 25%情况下，相应进出口压差是 4MPa。同时，井底温度会严重影响螺杆泵橡胶，结合室内实测以及经验，在高度
8、提升 100m 之后，每 100 转就会增加 1。另外，螺杆泵在工作过程中会产生热量，需要保证其容积效率超出 40%以上，不然在长期工作过程中，定子橡胶会快速升温，造成烧泵问题，同时进出口压差增加还会造成大泵漏失问题，降低容积效率，相应压差是 7.5MPa。所以，合理沉没度界限值采用的进出口压差应该保持在 4MPa7.5MPa 范围内。3.2 沉没度的统计分析 通过相关统计结果能够发现，在小排量泵方面，若是沉没度在 200m 以内，系统效率与泵效低，明显提升吨液耗电量。若是沉没度为 200m400m，则系统效率以及泵效会显著提升，最后趋于稳定状态，吨液耗电减小至低值。若是沉没度超出 400m，
9、系统效率减小，吨液耗电增加。在 800 型螺杆泵方面，若是沉没度在 250mm 以内，系统效率、泵效减小，吨液耗电减小至低值。若是沉没度超出 450m，系统效率不断减小。如果考虑产量因素，将泵井潜能全面发挥出来，泵井的螺杆泵排量最小值需要保持在 200m400m 范围内，中排量需要保持在 250m450m 范围内，大排量需要保持在300m450m 范围内4。4 合理沉没度应用要点 4 合理沉没度应用要点 4.1 参数调大 截至 2020 年 10 月底参数调大次数为 576 次，见下表。表 1 参数调大状况 表 1 参数调大状况 泵型分类 小排量 中排量 大排量 合计 井次 256 173 1
10、47 576 日产液（t）38.7 85.9 109 73.2 日产油（t）3.8 6.9 7.8 5.9 泵效 83.2 72.4 63.2 74.2 调整前 沉没度（m）639.7 582.1 521.2 588.1 日产液（t）46.6 103 126.5 86.7 日产油（t）4.6 8.7 9 7.1 泵效 76.9 68.3 58.9 69.1 调整后 沉没度（m）424.6 481.1 398.5 434.0 转数增加 23 24 23 23 日产液（t）7.9 17.1 17.5 13.4 日产油（t）0.8 1.8 1.2 1.2 泵效增加 6.4 4.1 4.3 5.1 对
11、比 沉没度增加（m）215.1 101.0 122.7 154.1 通过上表数据能够发现，单井日降液均值为 13.4t 日降油量为 1.2t，沉没度减小 154.1m，泵效增加 5.1%，调整之后沉没度保持在合理范围。4.2 参数调小 截至 2020 年 10 月 30 日，参数调小为 45 井次，其数据能够发现，单井日降液均值为 8.1t 日降油量为 0.2t，沉没度增加 147.5m，泵效增加 6.8%，调整之后沉没度保持在合理范围5。5 结 语 5 结 语 综上所述，通过确定螺杆泵井沉没度最低允许值，能够充分防止由于沉没度过低而引发烧泵问题，或是盲目关闭油井而降低原油产量，充分保证螺杆泵
12、井开发效益以及采油管理水平。可以按照泵井近期采油状况，对地层供液水平进行科学确定，进而对采油参数值进行确定，进而为参数调整提供良好指导。参考文献 参考文献 1 王林.防治螺杆泵井频繁检泵的有效措施J.中国化工贸易,2015,7(31):203-204.2 张瑞超,范喜群,陈德春,等.基于电参数的地面驱动螺杆泵井动液面计算模型J.石油地质与工程,2021,35(04):5-5.3 赵明凯.螺杆泵井变参数计量诊断技术研究及应用C/中国石油和化工自动化年会.2013.4 宫磊磊.防治螺杆泵井频繁检泵的有效措施J.工程技术(全文版),2017(3):215-215.5 韩永生,王辉,刘颖.准东采油厂 J1001 螺杆泵井防冻堵及防空抽远程控制系统J.中国科技信息,2013(18):1-1.
