螺杆泵采油技术在永宁油田低渗透油藏的应用

2012-01-25姬文瑞

延安大学学报（自然科学版） 2012年3期

孙昆，高磊，姬文瑞

(延长油田股份有限公司永宁采油厂，陕西延安 716000)

螺杆泵采油技术，具有单井一次性投资较少、耗电低、维护管理费用低于常规抽油机井、占地面积小(仅为抽油机井的1/15)、噪音低、无污染，利于环保等优点;且地面驱动螺杆泵井与普通抽油机井相比具有更高的经济效益和社会效益，具有常规抽油设备所不能替代的优越性。为探索适合低渗透油藏开发的新工艺、新技术，2010年在永宁油田双河油区选取了侏罗系延安组2口典型井作为螺杆泵采油技术先导性试验井，依据该油区的油藏特性、油井产量、含水、出砂、结蜡等情况，开展了现场应用分析，研究制定相应的配套采油技术。

1 油田概况

永宁油田地处陕西省志丹县境内，东与安塞油田接壤，北邻靖安油田，西与吴起油田相连，南接下寺湾油田。构造位置地处鄂尔多斯盆地陕北斜坡中部。内部构造简单，为平缓西倾大单斜，倾角小于1°，坡降为每公里5～8 m，在西倾单斜背景上发育小型低幅鼻状隆起。

钻遇地层自上而下为:第四系、白垩系、侏罗系安定组、直罗组、延安组及三叠系延长组。主要储层为侏罗系延安组和三叠系延长组。

2 螺杆泵采油技术工作原理与配套技术

2.1 系统组成

螺杆泵采油系统按驱动方式可划分为地面驱动和井下驱动两大类，而地面驱动按不同驱动形式又可分为皮带传动和直接传动两种形式，井下驱动也可分为电驱动和液压驱动两种形式。本次试验所选用的螺杆泵是依靠皮带传动的地面驱动方式。

螺杆泵采油系统由地面和井下两大部分组成。地面部分包括驱动头和控制柜，井下部分包括井下泵、抽油杆、配套工具等。

2.2 工作原理

螺杆泵又叫渐进容积式泵，由定子和转子组成，两者的螺旋状过盈配合形成连续密封的腔体，通过转子的旋转运动实现对介质的传输［1］。螺杆泵的转子、定子副(也叫螺杆——衬套副)是利用摆线的多等效动点效应，在空间形成封闭腔室，并当转子和定子作相对转动时，封闭腔室能作轴向移动，使其中的液体从一端移向另一端，实现机械能和液体能的相互转化，从而实现举升作用。

螺杆泵在工作时，地面驱动部分将井口动力通过抽油杆的旋转运动传递到井下，驱动井下泵工作;由于井下泵的转子与定子配合形成一系列相互隔开的封闭腔，井下泵的转子转动时，封闭腔沿轴向由吸入端向排出端运移，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封闭腔的运移由吸入端推挤到排出端，达到了泵送液体的目的［2］。

图1 螺杆泵剖面图

2.3 技术特性

(1)有效携砂。

螺杆泵运动件很少(只有转子一个运动件)、流道短而且简单，过流面积大，油流扰动小，因此携砂能力较强，一般3% ～5%均可正常生产。

(2)有效清蜡。

螺杆泵是通过抽油杆带动转子实现连续排液的，并且螺杆泵转子和抽油杆带动液体旋转，打乱了蜡的结晶，阻碍了蜡的沉积，节约清蜡费用。

(3)有效避免气锁。

普通抽油泵系统在气体影响严重时，由于气体在泵内的膨胀和压缩，使得吸入阀无法打开而抽不出油，这就是普通抽油泵系统的气锁现象。而螺杆泵抽油系统由于没有阀件或阀件很少不会发生气锁现象，气体只会影响泵的容积效率。

(4)高泵效。

螺杆泵结构和原理的内在高效因素，决定了螺杆泵的泵效高特点，既高效性;螺杆泵有运动部件少，没有复杂的流道，吸入性能好，水力损失小，与普通泵相比较，由于普通泵的各种损失，在相同排量和扬程条件下，其泵效要比普通泵高出30% ～50%以上。

(5)无脉动抽吸。

螺杆泵综合了柱塞泵和离心泵的优点，即在不同的压力条件下流量改变很小，而且流量非常连续均匀，无脉动抽吸现象。

(6)节能降耗。

螺杆泵抽油系统运行时负载稳定，没有惯性载荷，地面设备简单，井下和地面各部件之间的机械损失较小，因而匹配电机明显低于普通抽油机电机，系统效率也明显高于普通抽油设备。

2.4 配套技术

结合油田实际情况，通过对螺杆泵工作原理的研究，对抽油杆断脱原因进行分析，制定出适合油田自身情况的螺杆泵采油配套技术。

(1)使用高强度、光洁度高的特殊光杆，可起到防断裂，有利于井口密封的作用。

(2)针对螺杆泵井杆柱受加工质量、泵杆不匹配、冲击载荷、井身结构、泵质量、抽油杆磨损等原因引起的杆柱断裂现象，采用在杆柱的不同位置安装扶正器的办法。扶正器的布置方法及数量要根据不同的井况来确定［3］。对常规螺杆泵井，一般在杆柱的上端即光杆附近、杆柱的下端即转子附近以及中下部布置扶正器较多，而在其它部位则数量较少。现场采用从泵上第二根开始，每根杆加一个扶正器。

(3)针对螺杆泵停机后抽油杆弹性变形能释放和液体回流影响，引起抽油杆反转脱扣，采用在杆柱上安装防脱器的办法，防止抽油杆倒扣［4］。

(4)由于螺杆泵的转子在定子内顺时针转动，工作负载直接表现为扭矩，转子扭矩作用在定子上，定子扭矩会使上部的正扣油管倒扣造成管柱脱扣，采用在油管上安装防扭锚的方式防止油管脱扣。

(5)转子在螺杆泵定子内旋转将产生离心作用，使定子受到周期性冲击而产生振动，这种振动的存在将降低系统的使用寿命。采用在螺杆泵定子上接头处安装一个油管扶正器。泵上5根油管每根安装一个油管外扶正器，其余根据情况泵上油管每5根添加一个扶正器的办法，减小或消除振动影响。

3 现场应用情况与效果分析

螺杆泵采油技术在永宁油田开展先导性试验，共2井次。根据螺杆泵采油技术工作原理与选井原则，选择双河油区延安组油层作为先导性试验区块，侏罗系延安组发育河流相、湖相水进型三角洲沉积相。油层组延7、延8(J2y3)、延10(J2y2)，储层岩性为石英砂岩，大、中孔隙组合，低渗透储层。延10储层砂体厚度大，边水、底水活跃，为弹性—水压驱动构造—岩性油藏，油藏埋深500～1100 m;原油密度0.84 ～0.85 g/cm3，黏度 8.71 m Pa·s/50℃，含硫0.11% ～0.2%，含蜡 7.6% ～10.48%;地层压力为4.92 MPa，压力系数 0.62，体积系数 1.05。

螺杆泵采油技术共应用2井次，具体见表1。

表1 螺杆泵应用效果前后对比

通过上表可以看出，试验前后油井产量基本保持稳定，检泵周期分别延长了81.8%和90.8%。

3.2 存在的问题与不足

(1)干磨易加剧泵的老化。在动液面过低、间歇出油的情况下，螺杆泵抽油系统由于硬性转子和软性定子之间是过盈配合，没有井液的润滑和降温，定子橡胶温度上升很快，橡胶性能受到严重影响，老化严重，甚至会烧毁，因而螺杆泵不适用于动液面过低、间歇出油井，要求保持合适的沉没度。

(2)受井况影响因素较多，应用时需综合考虑。螺杆泵的定子由于采用丁腈橡胶浇筑在泵筒内表面，原油中的烃的组分对不同配方的橡胶有不同的影响;原油中的硫化氢会造成橡胶变硬、变脆，而且增产措施使用的各种化学药剂对定子橡胶也会有影响，因而在选用螺杆泵时这些因素都要综合考虑，在这一点上，螺杆泵抽油系统要比普通抽油系统复杂点。

(3)可以阻碍蜡的结晶析出，但不能有效清除油井结蜡这一问题。

(4)螺杆泵配套使用的是普通抽油杆(适合小排量螺杆泵)，当与大中排量螺杆泵配套使用时，由于抗扭强度达不到要求，容易出现断杆、脱扣等油井事故。

(5)螺杆泵生产过程中，不能长时间停机。对于出砂较严重的油井，一旦停机，油管内的沉砂会将泵口堵死，机组可能很难启动，影响设备正常运转［5］。