稠油出砂冷采井筒携砂举升工艺优化研究

徐岩光

摘  要：稠油出砂冷采工艺适用于胶结疏松、埋藏浅油藏，螺杆泵系统可以满足该项工艺的举升要求。螺杆泵各部分配套设备参数的确定对举升系统效率有着重要影响。本文通过研究国内应用该项技术的实例，总结了如何设计螺杆泵井下泵及管杆部分、配套工具、地面驱动装置等技术参数的方法，通过螺杆泵举升技术的应用效果说明了该技术成熟可靠，适合稠油出砂冷采。

关键字：出砂冷采;螺杆泵系统;系统效率;技术参数

稠油出砂冷采的主要机理是大量出砂形成蚯蚓洞网络和稳定的泡沫油流动。原油粘度高，携砂能力强，生产时使地层砂粒一起产出，在疏松油层中形成蚯蚓洞网络，提高原油的流动能力。

1螺杆泵举升系统参数选择

稠油出砂冷采举升工艺普遍采用地面电动机皮带传动螺杆泵采油系统，其主要配套设备由三个部分组成，井下泵及管柱部分、配套工具部分、地面驱动装置及电控部分。合理优选各个参数可以有效提高出砂冷采效率。

1.1井下泵及管柱部分

（1）井下螺杆泵

螺杆泵抽油系统的关键设备是井下螺杆泵，国内现场试验说明，只有高携砂量螺杆泵才能满足出砂冷采需要，故选用进口高携砂量螺杆泵。

①螺杆泵排量确定

确定排量的原则：出砂冷采要求生产压差最好能放到最大;根據油井油层性质、出砂冷采试验井的生产情况，预测激励出砂冷采井初期产量在4-35m3/d;从进口螺杆泵出厂随机带的说明书看，举升扬程400-600米时，泵效65-70%;螺杆泵一般采用中低转速50-150r/min，在生产时可上下调整泵的转速，以改变泵的排量。

②螺杆泵扬程确定

考虑螺杆泵的扬程受原油液体粘度、含砂量的影响，需要举升扬程相对高。按设计标准，最大扬程应为967m，最小702m，考虑含砂变化增大沿程摩阻，同时留有一定的扬程储备，以确保随着生产时间增加，井下螺杆泵磨损，需增加举升能力。

（2）抽油杆

抽油杆设计原则是所选用抽油杆许用扭矩必须大于工作扭矩，而且有1.2左右的安全系数。

（3）油管

φ73mm油管与φ25mm油杆配合，油杆接箍处环空面积小，即6.4cm2，现场正冲洗时，压力达到15MPa仍不能洗通，而φ88.9mm油管与φ25mm油杆接箍处环形面积为21.6cm2，在5MPa压力时即可完成洗井施工。

（4）井口

驱动头与井口采用法兰连接是目前最可靠的连接方式，采用7″简易150型井口，同时考虑出砂冷采环空测试的需要，在井口法兰下部设计了偏心测试头。

（5）光杆

依据生产时扭矩要求和日常管理经常提出转子冲洗需要，选定φ32mm/10m长的光杆。

1.2配套工具部分

螺杆泵井下配套工具主要有油管扭力锚、抽油杆防脱器及杆、管扶正器，套保油田油井是浅直井，螺杆泵转速较低，所以抽油杆防脱器及杆、管扶正器没有使用，现场没有杆管偏磨及倒转脱扣现象发生。

1.3地面驱动装置及电控部分

地面驱动装置将动力传递给井下泵转子，使转子实现行星运动。主要包括：电机、传动皮带、减速箱、盘根盒、电控箱五部分。螺杆泵地面驱动装置的选择除考虑与井口连接及减速比等因素外，更重要的是要考虑驱动头电机功率的承载能力。

（1）电机功率设计

常规设计推荐电机皮带传递效率取0.8;驱动头，包括光杆、盘根的磨擦机械效率取0.85，从此表计算可知，最大排量在15m3/d的油井需5.23KW电机可满足现场需要。与之比较接近的是5.5KW规格，故最大排量在15m3/d以下的油井选用5.5KW电机，最大排量在15-25m3/d的油井选用7.5KW电机，25m3/d以上的油井选用11KW电机。

（2）电控箱

电控箱控制电机的启动、停止，配备比电机功率略大一级的变频装置，以备激励出砂时频繁调整排量的需要，并具有过载、欠载自动停机保护，防止抽油杆断脱和干磨事故发生。

2螺杆泵举升工艺的应用效果

套保油田是国内使用出砂冷采的典型稠油油藏，自2000年3月试验螺杆泵做为稠油的举升配套技术以来，对井下泵的选择，井下泵的下入位置，杆管组合，井下泵的锚定工具等经历了反反复复的试验，螺杆泵举升工艺经过2003年54口井的矿场出砂冷采应用试验，结果表明：这套举升工艺满足套保稠油出砂冷采技术的需要，为吉林油区在稠油资源有效动用提供了技术保障。

3总结

在应用中对此项技术有如下几点认识：

第一、螺杆泵举升系统是最好的稠油举升设备，出砂冷采必须采用高携砂性能的螺杆泵，它适合泵送高粘原油，而不受原油中含砂量的限制。

第二、螺杆泵举升系统现场试验表明，含砂量增大，设计稠油出砂冷采井的地面驱动设备的功率必须比常规设计大。

第三、螺杆泵举升系统中的井下杆、管组合必须满足高携砂要求。

第四、螺杆泵举升系统中井下螺杆泵的吸入口下入位置在油层射孔底界下1米以内，确保最大生产压差，而又不被砂埋。

第五、螺杆泵举升系统中电控箱必须配备变频器，调整排量简单、迅速。螺杆泵的排量与转速成正比，只要旋转调速旋钮就可以实现无级的变速，可精确调整油井排量。