螺杆泵井测试无波问题分析及治理对策

2018-06-20王竞崎大庆油田有限责任公司第四采油厂

石油石化节能 2018年4期

王竞崎（大庆油田有限责任公司第四采油厂）

引言

随着油田开发的不断深入，高品质储层区块的日益开采，原油地质储量和储层供液能力的不断下降，导致机采井产液量减少，能耗增加，系统效率降低。螺杆泵井因具有高泵效、高系统效率和节能等特性，在油田上的应用逐渐增多，已成为生产开发过程中仅次于抽油机井的一种重要机械采油方式[1]。但是相比于抽油机井，螺杆泵井在液面测试工作方面还存在一定的差距，目前，螺杆泵井开井总数约为抽油机井的1/7，但测试无波的螺杆泵井数占开井总数的比例平均为抽油机井的2.65倍（表1）。

表1 2017年1—7月抽油机、螺杆泵无波井数量对比

动液面是表征机采井生产能力和地层供液能力的重要生产参数，虽然测试无波的抽油机井数比螺杆泵井多，但是这些无波抽油机井还可以通过示功图进行管理。而螺杆泵井无法测试示功图，主要通过动液面数据来进行螺杆泵井的动态管理。目前，34口测试无波的螺杆泵井的平均单井系统效率为16.51%，吨液耗电量为9.17 kWh/t，严重影响螺杆泵井的节能效果。由此可见，研究无波螺杆泵井的治理方法，提高无波螺杆泵井的系统效率具有重要意义。

1 螺杆泵井测试无波原因分析和治理

1.1 动液面测试原理

在动液面测试时，井口连接器的声响发生器产生的声波沿油套环形空间向井下传播，当遇到油管接箍和液面等障碍物时产生反射波，在井口由接收器接收并将声波转换成电信号，经信号处理后，形成以液面深度为横坐标，信号强度为纵坐标的曲线图[2]。最后通过曲线的两次波峰间隔计算出油井的动液面深度。图1示出正常螺杆泵井的液面测试曲线。

图1 1#井动液面测试曲线

1.2 螺杆泵井测试无波原因分析

对34口测试无波的螺杆泵井进行调研发现，螺杆泵井测试无波的原因包括液面接近井口、套管无气或气量少、井筒异物和机械振动四种（表2）。其中，液面接近井口是导致螺杆泵井测试无波的主要原因，占比高达73.5%。下面将详细分析四种原因对螺杆泵井动液面测试的影响。

表2 无波螺杆泵井情况统计

1）液面接近井口。生产参数不合理、泵况、故障停机等原因导致螺杆泵井液面接近井口；测试过程中声波遇障碍物马上返回，波多而乱，无法判断液面波而形成无波井。

研究后发现液面接近井口是导致螺杆泵井测试无波的主要原因。该情况的无波井往往在之后的液面测试中出现液面在井口的现象。液面接近井口导致测试仪发出的声波和液面返回的声波在近井口位置产生叠加，测试曲线在近井口位置会出现振幅很大的波峰和波谷，然后曲线趋于平缓。

2）油套环空内气体含量。液面测试仪发出的声波在油套环形空间内的传播主要取决于环空中的气体，环空中气体的含量直接影响到液面波的测试质量[3]。调研中遇到两种情况：当油套环空中没有气体时，由于没有传播介质，声波无法在井筒内传播，最后测得曲线是一条直线；当油套环空中的气体含量较少时，声波在井筒内的传播较弱，导致无法产生回波形成液面波，最后测得曲线只含有井口波。

3）油套环空内存在异物。螺杆泵井生产过程中油套环空内液面不断变化，导致一些不规则的蜡和死油残存在油套环空中的管壁上，此时进行动液面测试，声波在向下传播过程中遇到这些蜡和死油也会返回声波，导致测出的曲线比较零乱，不易找到真正的液面波。该种类型的无波井，一般在洗井后再进行测试即可测到动液面。

4）机械振动。机械振动影响测试的情况主要出现在普通驱动螺杆泵井上，普驱螺杆泵井的驱动方式导致其在生产过程中振动较大，会产生很大的噪声，影响接收器对声波的采集。该类型的螺杆泵井声波曲线较为混乱，不易找到真实的液面波，在停机后进行测试即可测试到动液面。

1.3 无波螺杆泵井治理对策

通过对无波螺杆泵井的液面测试曲线分析，结合无波螺杆泵井现场状况，对四种原因产生的34口无波螺杆泵井采取相应的治理措施。

1）对于液面接近井口导致测试无波的螺杆泵井，采用在设备允许的条件下调大生产参数的方式进行治理，如生产参数已达到最大上限，则申请更换大泵径的螺杆泵。对于泵况和故障导致液面接近井口的螺杆泵井要及时处理，使其尽快恢复生产和液面测试。

2）对于套管无气或气量少导致测试无波的螺杆泵井，采用关闭套管阀门或者油套连通阀门的方式进行憋气然后进行测试，或者利用充气设备通过套管阀门向套管内进行充气再进行液面测试。

3）对于井筒异物导致测试无波的螺杆泵井，采用根据测试时间调整热洗周期的方式，加密该类型螺杆泵井的热洗次数，减少蜡等井筒异物对液面测试的影响。对于结蜡较为严重的螺杆泵井，选择高压热洗的方式进行洗井，热洗后待生产稳定再进行液面测试。

4）机械振动导致测试无波的螺杆泵井数较少，仅有1口。对于该类型的无波螺杆泵井，只能采取停机测试的方式。

通过对测试无波的螺杆泵井采取相应的治理对策，成功治理31口无波螺杆泵井（表3）。

表3 无波螺杆泵井治理情况统计

通过对无波螺杆泵井测试无波原因分析和采取相应的现场治理措施，测试无波的螺杆泵井数大幅度减少，已由上半年的月均46口下降为3口（图2）。

图2 2017年各月无波螺杆泵井数量统计

2 提高无波螺杆泵井系统效率

螺杆泵采油系统举升流体所必须的有效功率与输入功率的比值为螺杆泵采油井的系统效率[4]。在生产管理中，影响螺杆泵井系统效率的最大因素是井下螺杆泵的效率。螺杆泵的效率主要包括容积效率和机械效率两部分[5]，计算公式如下：

式中：ηv——螺杆泵容积效率，%；

ηm——螺杆泵机械效率，%；

η——螺杆泵效率，%；

Qt——泵理论排量，m3/d；

QP——泵实际排量，m3/d；

Δp——泵出口和吸入口压差，MPa；

Ma——泵轴力矩，N·m；

n——螺杆泵转速，r/min。

由上述公式可知，影响螺杆泵效率的最主要因素为螺杆泵井的泵出口与吸入口压差和螺杆泵转速。在无波螺杆泵井治理中，发现液面接近井口是导致螺杆泵井测试无波的主要原因，液面接近井口同时使螺杆泵的泵出口与吸入口压差过小，导致无波螺杆泵井的螺杆泵效率偏低，严重影响螺杆泵井的系统效率。

在螺杆泵井正常生产过程中，在井下条件、生产设备一定的情况下，转速是影响螺杆泵井系统效率的最重要参数[6]。合理的转速可以增加螺杆泵井的泵出口与吸入口压差和螺杆泵效率，进而提高螺杆泵井的系统效率。在无波螺杆泵井经过治理恢复正常的液面测试后，根据动液面测试数据和实际生产情况，对31口生产参数不合理的螺杆泵井进行参数优化。调整转速后平均单井系统效率提高12.6%，平均单井吨液耗电量下降2.79 kWh/t，节能30.43%，节约电费9.73万元。