螺杆泵井系统效率影响参数灵敏度分析及应用

郑焕军,王永强,张乃亮,徐秀芬,曹 莹

(1.中国科学院广州地球化学研究所,广州510640;2.大庆油田有限责任公司第六采油厂,黑龙江大庆163114; 3.中国石油天然气集团公司石油工程节能技术研究开发中心,黑龙江大庆163318) *

螺杆泵井系统效率影响参数灵敏度分析及应用

郑焕军1,2,王永强2,张乃亮2,徐秀芬3,曹 莹3

(1.中国科学院广州地球化学研究所,广州510640;2.大庆油田有限责任公司第六采油厂,黑龙江大庆163114; 3.中国石油天然气集团公司石油工程节能技术研究开发中心,黑龙江大庆163318)*

通过对螺杆泵井系统效率数学模型的分析,找出影响系统效率的主要因素,并进行归纳总结,建立了转速、下泵深度的灵敏度分析模型。根据螺杆泵井参数优化设计结果,应用灵敏度分析模型,对大庆油田第六采油厂的1口螺杆泵井进行了灵敏度分析,计算出给定井况下转速及下泵深度的灵敏度,为现场调参作业提供理论依据。

螺杆泵井;系统效率;灵敏度分析

在油田生产中,螺杆泵结构简单,工作安全可靠,使用维修方便,流量均匀,压力稳定,噪声低,效率高,寿命长,质量轻,适合于抽汲高粘、高含砂液体,并因这些优点而得到广泛使用[1]。

目前,螺杆泵井是以系统效率最高为目标来进行优化设计的[2]。为了实现螺杆泵井各项参数的合理配置,进一步实现系统的节能降耗,本文分析了影响螺杆泵井系统效率的各项因素,提出了影响系统效率的主要因素的灵敏度分析方法,并结合大庆油田第六采油厂实际井况进行了灵敏度分析,为生产现场的调参提供一定的理论依据和技术指导,对螺杆泵采油技术的推广应用和系统的经济运行具有重要意义。

1 螺杆泵井系统效率影响因素

螺杆泵属转子式容积泵,主要由偏心螺旋体的螺杆(转子)和内表面呈双线螺旋面的螺杆衬套(定子)组成。螺杆泵工作时,螺杆一方面绕本身的轴线旋转;另一方面又沿衬套内表面滚动形成密封腔室。螺杆每转1周,密封腔中的液体向前推进1个螺距。随着螺杆的连续转动,液体以螺旋形式从一个密封腔压向另一个密封腔,最后排出泵体进入油管,举升到地面。

在给定产量的情况下,螺杆泵井的系统效率主要取决于动液面深度、含水率、泵效、转速、下泵深度、饱和压力、井底流压、原油物性等因素。对于某一井况,动液面深度、含水率、饱和压力、井底流压、原油物性等因素是一定的,为不变因素;转速、下泵深度、泵效为可变因素。其中,泵效计算式为[3]

式中,ηv为螺杆泵井泵效;p为泵入口(下泵深度为L)处的压力,MPa,p=pwf-(LL-L)ρLg×10-6;Bo为原油体积系数,m3/m3;fw为井液含水率;ρo为原油密度,kg/m3;ρw为水密度,kg/m3;pb为饱和压力,MPa;Rp为生产气油比,m3/m3;Tp为吸入口处流体温度,℃;pwf为井底流压,根据油藏的 IPR曲线和给定产量确定;Z为天然气压缩因子;L为任意下泵深度,m;LL为油层中部深度,m;ρL为井中液体密度,kg/m3。

由式(1)可知,影响泵效的可变因子为 p,即泵入口(下泵深度为L)处的压力,而影响 p的可变因子为下泵深度,在给定井况的情况下,影响系统效率的可变因素为转速、下泵深度。由于油井的动液面深度、含水率、原油物性等因素是一定的,所以对系统优化设计只是针对转速、下泵深度这类可变因素。

2 系统效率参数灵敏度分析

如上所述,灵敏度分析主要包括下泵深度、转速2部分。该灵敏度分析的理论思想是在编制螺杆泵井参数优化设计软件的基础上,根据设计结果得出系统效率-下泵深度、系统效率-转速关系曲线,在此基础上进行曲线拟合,回归出关系式,并根据导数定义[4]计算下泵深度、转速在同等变化幅值下对系统效率变化幅值的影响程度,即得出下泵深度、转速2种影响因素的灵敏度。

笔者应用螺杆泵井参数优化设计软件对大庆油田第六采油厂 FP090262生产井进行了优化设计,得到各种优化方案,从中选出泵型为 GLB800-14、抽油杆为«28 mm时不同下泵深度时的优化方案,如表1所示。根据表1的设计结果进行了下泵深度和转速的灵敏度分析。

表1 大庆油田第六采油厂FP090262井各参数优化情况(G LB800-14型泵)

由表1可知,随着下泵深度增加,转速逐渐降低,系统效率先增加后减小,呈抛物线趋势变化。为了分析下泵深度、转速对螺杆泵井系统效率的影响程度,分别绘制出FP090262井的系统效率-下泵深度、系统效率-转速关系曲线,并进行曲线拟合,得到拟合曲线及相应的回归公式,拟合曲线及回归公式如图1～2。

图1 FP090262井系统效率与下泵深度关系曲线

图2 FP090262井系统效率与转速关系曲线

通过对 FP090262井的相关数据的回归分析,得到系统效率-下泵深度、系统效率-转速的回归公式如图 1～2中所示(分别对应 136、146、156 m3/d几种产量)。

通过图1～2中的关系式分别对下泵深度、转速求导(即计算出下泵深度、转速在同一变化幅值下系统效率的变化幅度),计算得到136、146、156 m3/d 3种产量下的导数,取其平均值为该参数的灵敏度。该平均值的正负代表着该参数对系统效率的影响方向,该值为正数时为正向影响,负数时为反向影响。通过比较各参数的灵敏度值的绝对值的大小可以得知参数的灵敏程度,绝对值越大,说明该参数灵敏度越大,对系统效率的影响越显著;反之则灵敏度小,对系统效率影响不显著。在136、146、156 m3/d 3种不同产液情况下分别计算得出相应的下泵深度、转速的灵敏度,并求取平均值,最后得出FP090262井的下泵深度及转速的灵敏度情况,如表2。

对FP090262井的分析结果是:

1) 在下泵深度较浅,即未到达合理沉没度所对应的下泵深度730 m时,下泵深度正向影响系统效率,下泵越深,系统效率越高;在下泵深度到达730 m,即最优沉没度时的下泵深度,并继续加深下泵深度时,下泵深度反向影响系统效率,下泵越深,系统效率越低。

2) 在转速未调至合理沉没度对应的转速140 r/min时,转速正向影响系统效率,转速越高,系统效率越高;在转速达到140 r/min并继续提高转速时,转速反向系统效率,转速越高,系统效率越低。

3) 从各参数灵敏度的绝对值大小可以看出,影响系统效率最显著的因素是转速。

表2 FP090262井灵敏度情况

由上述分析结果可知,对于FP090262井,转速对系统效率的影响要大于下泵深度的影响。因此,在现场作业时,操作者可以优先通过调节转速来实现系统的高效运行。

3 结语

本文通过对螺杆泵井系统效率数学模型的分析,总结了影响系统效率的主要因素为下泵深度和转速。根据优化设计结果得出系统效率与下泵深度、转速的关系式,进而求得下泵深度、转速2项因素的灵敏度。操作者可以此为依据判断参数对系统效率的影响程度,并结合现场实际情况做出合理的操作,选择调转速或是调整下泵深度,以实现系统的经济运行。

本文所阐述的全新的灵敏度分析方法可以作为现场调参作业的理论指导,通过与现场实际情况相结合,找出合理的参数设置,以达到节能降耗、提高螺杆泵井系统效率的目的,为螺杆泵采油技术的进一步推广奠定坚实的基础。

[1] 晏祥慧,齐明侠.螺杆泵井抽油杆/泵优选及分析系统[J].石油矿场机械,2005,34(4):39-43.

[2] 张彦廷,李增亮,王旱祥.地面驱动螺杆泵油井生产系统的优化设计[J].石油矿场机械,2000,29(1):24-26.

[3] 奚国志,宋广俊,白振冰.螺杆泵生产允许最低沉没度的确定[J].油气田地面工程,2007,26(3):21-22.

[4] 张建军,郭吉民,王 海,等.抽油机井系统效率敏感性分析及其应用[J].石油钻采工艺,2007,29(2):35-37.

Analysis on Influence Factors Sensitivity of System Efficiency of Screw Pump Well and Its Application

ZHENG Huan-jun1,2,WANG Yong-qiang2,ZHAN G Nai-liang2,XU Xiu-fen3,CAO Ying3
(1.Guangzhou Institute of Geochemistry,Chinese Academy of Science,Guangzhou510640,China; 2.No.6Oil Recovery Plant,Daqing Oilf ield Co.,Ltd.,Daqing163314,China;3.Petroleum Engineering Energy Conservation Technology Research and Development Centre,CN PC,Daqing163318,China)

The main influence factors of the system efficiency were found out through analyzing the screw pump?s mathematical model.Meanwhile,a conclusion was drawn and the model was built on speed and submergence depth for sensitivity analyzing.According to the optimized design?s results based on the parameters optimum design for the 6th oil recovery plant of Daqing oilfields, using the sensitivity analyzing models,the sensitivity of the speed and submergence depth under the given well condition were figured out.The results would provide theoretical foundation and technical guidance for the on-site parameter adjusting.

screw pump;system efficiency;sensitivity analysis

1001-3482(2011)05-0093-04

TE933.3

A

2010-11-05

郑焕军(1973-),男,黑龙江兰西人,高级工程师,博士研究生,主要从事采油工程的研究与管理工作。