螺杆泵井热洗效果分析

张书新（大庆油田有限责任公司第四采油厂）

因螺杆泵井具有占地面积小、能耗低、操作方便等特点而被广泛应用。截至2012年6月，大庆油田杏一至杏三区西部螺杆泵井共计341口，占机采井总数的25.5%。保证螺杆泵井热洗质量，已成为提高杏一至杏三区西部机采井泵效、延长检泵周期的一项重要工作。

1 螺杆泵井热洗效果

1.1 热洗工艺原理

大庆油田杏一至杏三区西部主要采用的热洗清防蜡方式为热洗泵洗井。热洗时，高温的热洗介质经套管放空阀进入油套环形空间，到达井下泵吸入口后，在热洗介质的压力和螺杆泵的举升作用下，经过油管返回到地面。热洗介质向下流动过程中，通过油套环空将热量传给地层及油管内的液体，热洗达到一定时间后，沿井筒某一深度的径向散热趋于稳定，此时，油套环空中的热洗介质一方面将热量传递给套管内壁，再从套管内壁传递给套管外壁及地层；另一方面将热量传递给油管，再将热量传递给油管内的液体。

由于地温由地心至地表呈线形降低，为了保证清蜡效果，热洗介质在井内各点的温度均应高于蜡的熔化温度，并且两者之差越大，化蜡效果越好。计算结果表明，热洗介质在井内的温度分布不一定满足这个条件，对于一些低液面井，洗井液在驱替环空中液体时，热量损失较大，井底温度上升较慢，达不到化蜡温度，主要是靠洗井液冲刷来实现对杆管壁上的蜡进行清理[1]。而在保证热洗排量的情况下，杏一至杏三区西部普遍采用调高螺杆泵井转速的方法实现大排量排蜡，理论上，热洗时螺杆泵井转速越高、理排越大，排蜡越快、热洗效果越好，且对地层的污染越小。

1.2 螺杆泵井热洗化蜡

通过黏度试验得出水驱化蜡温度为35℃。采用YL-130型井温测试仪进行井下温度测试，分析得知：油管中的结蜡深度在0～520m，在520m到600m之间油管柱的内外温差最大仅为1.8℃，洗井液的化蜡温度到达600m时，可以实现油管柱内的清蜡[2]，见图1。

图1 X5-20-637井井筒温度曲线

在罐车水温50℃时，热洗车锅炉在大火的情况下，逐次提高洗井排量，使出口温度分别控制在120℃、90℃、80℃、70℃时，测得井温数据。分析得知：在热洗车机体不产生高温的情况下，热洗车排量控制在15m3/h，出口温度70～80℃，洗井水量15m3以上，可以满足井下清蜡要求，而且节能，见图2、表1。

图2 X5-20-637井洗井（70℃）井筒温度曲线

表1 热洗温度70℃时测试井温

1.3 螺杆泵井热洗排蜡

热洗温度、排量和洗井时间确定后，热洗效果的好坏主要取决于排蜡效果。理论上，螺杆泵理排越大，排蜡效果越好。下面从决定排蜡时间的体积、排量入手，计算不同泵型螺杆泵井在不同转速下的排蜡时间。

1.3.1 体积计算

为了保证螺杆泵井的热洗效果，在套管灌满洗井液后必须再完成一个驱替，那么，排蜡体积V可以计算为套管灌满体积Vg与油套环空体积Vh之和[2]，为防止螺杆泵井液面抽空，结合井筒中的结蜡深度，确定排蜡深度为（h泵-100）m，即：

式中：

D套——套管直径，mm；

D油——油管直径，mm；

h液——油井液面深度，m；

h泵——泵深，m。

根据杏北油田不同排量螺杆泵井的平均动液面和泵深，计算出的排蜡体积见表2。

表2 不同排量螺杆泵井排蜡体积计算结果

1.3.2 排量计算

热洗初期，在套管末灌满前，套压值可忽略，热洗排量等于热洗泵排量，即：

罐满套管后，容积式泵的原理决定了此时排量为螺杆泵井排量，通过测量不同泵型的3口井，在热洗压力稳定后的产液量，得出排量为螺杆泵井理论排量的70%，即：

式中Q理为螺杆泵井理论排量，t/d。

热洗时螺杆泵井泵效统计见表3。

表3 热洗时螺杆泵井泵效统计

根据式（3），可计算出套管罐满后，不同排量泵在不同转速下的热洗排量，见表4。

1.3.3 排蜡时间确定

排蜡时间可以计算为套管灌满时间tg与完成一个驱替时间th之和，推导出排蜡时间计算公式为：

排蜡时间计算结果统计见表5。

表4 套管罐满后热洗排量计算结果统计

表5 排蜡时间计算结果统计

从表5可以看出，转速越大，排蜡时间越短，但转速过高会导致螺杆泵井扭矩过大、杆断概率增加，且通过变频提高螺杆泵井转速的幅度有限，因此，建议洗井时压力稳定后逐级提高螺杆泵井转速，最高转速调整到110r/min为宜。

从转速为110r/min时各排量螺杆泵井需要的排蜡时间看，排量为120mL/r及以下泵尽管排蜡时间缩短到70%以上，但仍需要18h以上排蜡，提高转速效果不佳。

从螺杆泵井目前运行转速下的排蜡时间和110 r/min时需要的排蜡时间看，泵排量为200～500mL/r井调高转速排蜡时间明显缩短；而泵排量为800 mL/r及以上井，自身排量大，若正常运转时转速已在80r/min以上，洗井时不需再提高转速。

2 现场应用情况

X2-311-27井泵型为KGLBX200__20，生产情况见表6。

表6 X2-311-27井生产情况统计

将该井提高转速到110r/min，对其进行高压热洗。热洗罐车水温为80℃，热洗泵车排量为Ⅲ档，洗井时间50min，12h后将转速调回。洗井过程中电流、扭矩变化情况见表7。洗井后，电流下降了3A，扭矩下降了66.7Nm，洗井效果明显。

表7 X2-311-27井洗井时参数变化情况统计

X3-D2-E929井泵型为GLB800__18，生产情况见表8。

表8 X3-D2-E929井生产情况统计

对其进行高压热洗。热洗罐车水温为80℃，热洗泵车排量为Ⅲ档，洗井时间50min。洗井后，电流下降了3.7A，洗井效果明显。

通过对71口井的现场应用，平均延长了热洗周期18d，年减少热洗58井次，按高压热洗用油75L/井次，油价为8元/L计算，每年可节约油料费用3.5万元。

3 结论

1）螺杆泵井洗井时压力稳定后应逐级提高转速，最高转速调整到110r/min为宜。

2）泵排量为120mL/r及以下井提高转速洗井效果不佳；泵排量为200～500mL/r井，高转速洗井效果较好；泵排量为800mL/r及以上井，若运转时转速已在80r/min以上，洗井时不需再提高转速。

[1]范猛.依靠科技进步合理延长热洗周期[J].中国石油石化标准与质量,2011,31(5)：156-157.

[2]张成.螺杆泵井沉没度与转速的研究与应用[J].石油仪器,2011,25(5)：7-11.