螺杆泵与水力喷射泵在水平井排液求产中的适应性分析

邱必兰，聂 锴，赵小维，屈亚楼，张 军

(1. 大庆油田有限责任公司 油藏评价部，黑龙江 大庆 143453；2. 大港油田分公司 石油工程研究院，天津300280；3.大港油田矿区服务事业部 安全环保部，天津 300280))①

螺杆泵与水力喷射泵在水平井排液求产中的适应性分析

邱必兰1，聂 锴2，赵小维3，屈亚楼2，张 军2

(1. 大庆油田有限责任公司 油藏评价部，黑龙江 大庆 143453；2. 大港油田分公司 石油工程研究院，天津300280；3.大港油田矿区服务事业部 安全环保部，天津 300280))①

螺杆泵与水力喷射泵由于活动部件少，地面工作制度调整方便，能适应一定量含砂、蜡、高黏度流体的举升，可从生产井采油延伸到试油井。从螺杆泵与水力喷射泵的工作原理出发，分析了两者在水平井试油井中的适应性。对葡平3等三口水平井，通过先螺杆泵、后水力泵排液求产数据分析，对两者的抽吸能力、工作制度调整、井底流压、产能求取的准确性等各自的优势与不足进行了应用对比，为今后优选水平井试油排液工艺提供参考。

水平井；螺杆泵；水力喷射泵；应用

螺杆泵于1930年发明后主要用于工业领域泵送黏稠液体，近20 a来做为一种人工举升采油手段用于开采稠油和含砂原油，由于有抽油机柱塞泵、潜油电泵等机采方式无法比拟的优势，在开发井上得到了越来越广泛应用，仅大庆油田螺杆泵采油井就已突破1 500口。[1]。

水力喷射泵由于无活动部件，适用于定向井。根据井内流体所需，可在动力液中加入添加剂，对地层含砂不敏感，在国内外采油中有一定范围的使用，在印度尼西亚Sembakung油田应用已有30 a历史[2]。

近年来，随着大庆油田勘探开发进程的不断深入，为了提高油田开发效果，水平井试油求产井逐年增多。大庆油田勘探事业部近两年尝试着把螺杆泵与水力喷射泵排液工艺应用在特低渗区块水平井试油求产中，取得了一定的试油效果。本文结合葡平3等三口水平井，先螺杆泵、后水力泵排液求产情况，对两者的抽吸能力、工作制度调整、井底流压高低、产能求取等各自的优势与不足进行应用对比，为今后优选致密油水平井试油排液工艺提供参考。

1 螺杆泵与喷射泵工作原理

1.1 螺杆泵

螺杆泵主要由定子和转子两部分组成。地面电机驱动抽油杆，抽油杆带动转子，随着转子的转动，在吸入端转子与定子橡胶衬套内表面间会不断形成密封腔室，并向排出端推移，最后在排出端消失，油液在吸入端压差的作用下被吸入，并由吸入端推挤到排出端，压力不断升高，把地层产液举升到地面。其工作原理如图1。

1.2 水力喷射泵

水力喷射泵是利用水力射流原理将注入井内的高压动力液能量传递给井下油层产出液的水力采油设备，主要由喷嘴、喉管和扩散管组成。高压动力液的压能通过喷嘴转换为高速流动液体的动能，形成喷射，并在喷嘴处形成低压区，高速流动的动力液与被吸入低压区的油层产出液在喉管中混合，流经截面不断扩大的扩散管，流速降低将液体动能转换为压能，混合液压力升高被举升到地面。其工作原理如图2。

图1 单螺杆泵工作原理

图2 水力喷射泵工作原理

2 试油适应性分析

对探井而言，由于配套不是很完善，对井下流体性质及储层产能情况都不是十分清楚，在增产措施后返排，产液量波动较大，因此对试油排液工艺的适应性有一定要求，螺杆泵与水力喷射泵在试油井的适应性[3-6]如表1。

表1 螺杆泵与喷射泵在试油井的适应性分析

表1(续)

3 现场应用

葡平3、葡平1、齐平3井均为水平井，3口井基础数据如表2。3口井均采用大型压裂进行增产措施改造，累计注入压裂液及压裂砂均在10 000 m3以上，压后放喷结束，先采用螺杆泵排液，后转水力喷射泵求产。

表2 葡平3、葡平1、齐平3井基础数据

从表2可以看出，由于螺杆泵采用抽油杆传动，担心泵挂斜度大抽油杆偏磨，泵挂位置基本在直井段，泵挂深度较浅，影响求产效果，该工艺在直井试油中效果更好。

水力喷射泵由于没有运动件，可以将泵挂在大斜度段，使泵距目的层更近，求取的数据更真实，水平井水力喷射泵试油求产在泵挂深度、泵挂斜度方面大幅优于螺杆泵排液工艺。

葡平3、葡平1、齐平3井用螺杆泵与水力喷射泵技术参数如表3。

表3 葡平3、齐平5、齐平3井用螺杆泵与喷射泵技术参数

从表3可以看出，螺杆泵与水力喷射泵排液求产均可通过调整地面电机转速或地面泵压，方便获得不同地层产能，但是螺杆泵有最小排量要求，而水力喷射泵的独到之处，不论地层是否产液，不存在烧泵。葡平3井螺杆泵与水力喷射泵排液施工管柱示意如图3。

图 3 葡平3井螺杆泵与喷射泵施工管柱示意

从图3可以看出，螺杆泵排液工艺油套环空是连通的，因而便于在排液的过程中实时监测动液面，水力喷射泵排液工艺难以实现。水力喷射泵排液工艺由于其独特结构，可以轻松实现测试、措施、压裂与水力喷射泵工艺一体化施工。

下面以葡平3井日产液、流压情况为例进行分析。葡平3井为一口水平井，施工井段2 473.0～1 888.0 m，放喷结束采用螺杆泵排液，泵挂深度1 246.31 m，泵挂井斜1.00°，距水平段中线垂深409 m。后转水力喷射泵求产泵挂深度1 532.74 m，井斜37.5°，距目的层垂深140.0 m。相关的曲线如图4。

1) 从图4可以看出，葡平3井采用螺杆泵排液，在转速100 r/min时，泵的沉没度下降很快，为了满足螺杆泵的沉没度要求，降低泵的转速为100、90、80、70 r/min，也无法准确获取产能数据；而水力喷射泵求产，根据需要，调整地面泵压16、18、20、22 MPa，可获得在给定的喷嘴、喉管配比下的准确产能。在地层供液充足的的情况下，水力喷射泵稳定日产液大于螺杆泵，分别为57 m3和45 m3，相差12 m3。分析葡平1、齐平3井日产液数据，存在同样的规律。

2) 从图4 看出，葡平3井采用水力喷射泵排液，随着地面泵压不断提高，井底流压逐渐降低，生产压差逐渐增大，日产液量随着井底流压降低基本上呈正增长规律，但是当泵压从20 MPa升高至22 MPa后，虽然地面泵压提高，但是日产液不再增加，趋于稳定为57 m3，说明储层供液能力已达上限，葡平3井最大产能数据准确求取。螺杆泵与喷射泵两者求产所获得的井底流压值差别十分明显，水力喷射泵最低流压为2.156 MPa，而螺杆泵仅为5.347 MPa，流压相差3.191 MPa，水力喷射泵形成的生产压差远大于螺杆泵。

3) 从图4看出，在前期螺杆泵转速100 r/min下，泵的沉没度下降很快，为了满足螺杆泵的沉没度要求，只能不断摸索着不断调整螺杆泵转速，直至找到合适的转速。葡平3井为70 r/min时，沉没度才趋稳定，此时螺杆泵的排量与储层供液量达到平衡，这对开发井是合理配产，但对大型压裂后返排的探井，影响残液返排速度；如果不降低转速，沉没度将继续下降，满足不了螺杆泵沉没度的最低要求，会出现烧泵。螺杆泵井底流压呈现先逐渐降低，然后随着螺杆泵电机转速降低，流压至逐渐升高的趋势，地层最大供液能力无法准确求取。葡平1、齐平3井井底流压也呈现同样的趋势。

4) 对比葡平3、葡平1、齐平3井三口井日产油、井底流压数据(如表4)可以看出，采用水力喷射泵求产，日产油均比螺杆泵高，井底流压均比螺杆泵低，说明水力喷射泵工艺抽汲强度更大，更适合水平井排液求产。

图4 螺杆泵与水力泵排液求产曲线

井号螺杆泵排液求产水力喷射泵求产转速/(r·min-1)日产油/(m3·d-1)日产水/(m3·d-1)井底流压/MPa泵压/MPa日产油/(m3·d-1)日产水/(m3·d-1)井低流压/MPa葡平3100、90、80、704．0045．005．34716、18、20、229．0048．002．156葡平1200、150、10020．5718．585．87618、20、22、2441．4436．342．069齐平3250、200、1509．7620．455．43218、20、22、2418．6031．441．707

4 结论

1) 对葡平3、葡平1、齐平3井试油数据分析看出，在大斜度井或水平井中，螺杆泵由于受下泵深度和井斜度的影响，日产液及形成的生产压差均不如水力喷射泵。

2) 对葡平3、葡平1、齐平3井现场应用分析看出，由于螺杆泵存在沉没度的最低要求，对水平段比较长的水平井，可能出现动液面深度无法满足在下泵深度处泵的沉没度要求，从而无法真实求取储层产能，喷射泵由于没有这一限制，可以满足各种沉没度下的产能求取。

3) 建议在水平井或大斜度井中，对致密油水平井排液求产应优选水力喷射泵排液求产工艺，从而确保求取的数据更加真实可靠。

[1] 黄有泉，何艳，曹刚.大庆油田螺杆泵采油技术新进展[J]．石油机械，2003，31(11)：65-69．

[2] Ridho R A，Muchammad R A.Experiences，innovations and best practieces of hydraulic jet pump application at remote and swampy brown field in sembakung block Indonesia[R].IPTC，2013-04-26.

[3] 张连山.国外螺杆泵采油系统的现状与发展[J].国外石油机械，1997(1)：27-33.

[4] 高圣平.井下单螺杆抽油泵发展综述[J].国外石油机械，1996(1)：46-53.

[5] 许大任.杆式泵和螺杆泵的新技术[J].国外石油机械，1996(1)：54-56.

[6] 孙永涛，马魁魁，陆爱华.浅海试油排液工艺的对比及优选[J].油气井测试，2010，19(3)：33-35.

Technology Research and Application of Hydraulic Jet Pump Lift Testing in Sidetrack Horizontal Well

QIU Bilan1，NIE Kai2，ZHAO Xiaowei3，QU Yalou2，ZHANG Jun2

(1.Well Testing Company，Daqing Oilfield Co.，Ltd.，Daqing 143453，China；2.Petroleum EngineeringInstitute，DagangOilfieldCompany，Tianjing300280，China；3.SafetyandEnvironmentalProtectionDepartment，DagangOilfieldMineAreaServiceDepartment，Tianjing300280，China)

Progressing cavity pump and hydraulic jet pump are more and more widely used.Because they have few moving parts，high reliability，and could be used to fluid with high viscosity，sand and waxy，and also have increasing incomparable advantage compare with other mechanical oil production.They are used from production wells to oil-test wells.This article contrastive analysis both adaptation in test wells base on the working principle of progressing cavity pump and hydraulic jet pump.They are used in three wells such as Puping 3#，Puping 1#and Qiping 3#.Advantages and disadvantages in suction，system adjustment，well blowing judge，flowing bottom-hole pressure and formation production ability of both are displayed by analyzing production data of the three wells.

horizontal well；hydraulic pump；jet pump；application

1001-3482(2016)12-0055-05

2016-07-15

中国石油天然气股份有限公司油气勘探重点工程技术攻关项目“大庆探区低渗透及海拉尔盆地复杂岩性低渗透储层试油(含储层改造)工艺配套技术研究”(No.03B411402)

邱必兰(1968-)，女，江苏阜宁人，高级工程师，主要从事油藏评价及试油压裂技术工作。

TE933.3

A

10.3969/j.issn.1001-3482.2016.12.015