1、埕島油田螺桿泵采油技術及改進 王民軒 王世杰 孫 明 田 軍 （勝利油田有限公司）  提 要 螺桿泵采油在勝利海上埕島油田具有很好的適應性，已占機采井總數的52.3%。本文就埕島油田螺桿泵采油技術的現狀進行了描述，其中包括系統組成及功用、螺桿泵泵型、抽油桿類型、井下封隔器類型及作用、螺桿泵采油井口和油管錨定裝置六個方面。在實踐中螺桿泵采油暴露出了諸如桿柱故障多、作業洗井不通、環空封隔器大修和安全控制系統不完善等問題。本文針對這些問題進行了研究分析，提出了技術改進方案，這些方案包括應用雙頭螺桿泵，改進桿柱結構，推廣應用采用防脫扣接頭的空心抽油桿，研制出了液壓油管錨、

2、錨定式油管泄油器、洗井滑套，對環空封隔器及排氣閥進行了改進。技術改進方案實施后，使螺桿泵采油技術有了顯著的提高，延長了油井免修期，降低了作業成本。 Summary Screw pump rod production technology is very suitable for Chengdao reservoir at Shengli Marin Oilfield. The screw pump wells accounted for 52.5% of all the artificial lift wells. In this paper, we describe the present

3、situation of screw pump production technology in Chengdao Oilfield, including components of the system and their functions, screw pump type, pumping rod type, packer types and functions, screw pump wellhead and anchor. In Chengdao, there are some problems in use, for example, “string problems”, “eff

4、ective well flushing”, “wells cannot be flushed through”, “workover for annular packers”, “imperfect safety control system” and so on. Aimed to these problems, in this paper we analyze them and propose a project for improving the techniques which are “applying a sort of centralized hollow rod with a

5、nti-thread-off function”, “study on hydraulic tubing anchor”, “study on an anchored oil drainage apparatus”, “study of washover valve” and “improvement of the annular packer and the gas bleeding valve”. After the improved project successfully tested and implemented, it will largely protect screw pum

6、p oil recovery technology prolong the service life of the pump and reduce workover cost.關鍵詞 螺桿泵 采油 技術改進  1 概 述 由于受海上采油平臺空間狹小的限制,勝利海上埕島油田目前采用了三種采油方式:自噴采油、電潛泵采油和螺桿泵采油。截止1999年5月，勝利海上埕島油田共投產機采井159口，其中螺桿泵井83口，占機采井總數的52.2%。 螺桿泵采油之所以在埕島油田能獲得廣泛的應用，這與它在埕島油田具有很好的適應性是分不開的。一方面，埕島油田主力油層館上段膠結疏松，易出砂，部分油井

7、地下原油粘度較高，而螺桿泵采油適用于油井輕度出砂和地下原油粘稠的井，因而能很好地適應了井下要求。另一方面，螺桿泵地面設備簡單，占地小，平衡穩定性好，管理維護方便。適用于海上采油平臺狹小空間。再者，螺桿泵投資少，運行可靠，免修期長，作業成本低，經濟效益好。以上優點使得螺桿泵在埕島油田具有很好的適應性，獲得了廣泛的應用。 通過幾年來的應用實踐，目前采用的螺桿泵采油系統暴露出來一些問題，這些問題增加了原油生產成本，影響了原油生產。本文通過對螺桿泵采油現狀的分析，研究出一套技術改進方案，以延長油井免修期，降低生產成本，提高油井生產安全性，達到安全生產，提高效益的目的。2 埕島油田螺桿泵采油技術現狀2.

8、1 系統組成及功用 目前埕島油田螺桿泵生產系統的組成如下： 管柱結構（自下而上）：絲堵+油管錨+傳壓筒+27/8EU油管+氣錨+打壓球座+螺桿泵+減震扶正器+31/2NU油管+液壓環空封隔器+31/2NU油管+油管掛（注：EU為平式；NU為加厚） 抽油桿柱結構（自下而上）：轉子+防脫器+抽油桿+抽油桿扶正器+抽油桿+光桿 井口驅動頭：臥式電動機+皮帶傳動+減速箱+反轉阻尼裝置 采油井口：HKY21-65型螺桿泵采油井口 ，通徑75毫米。 安全控制系統：液壓環空封隔器+液控排氣閥+液控管線+井口安全閥+地面控制柜2.2 螺桿泵泵型表1 螺桿泵性能表泵 型PC375×14PC460

9、15;14PC370×11PC200×26120DT54揚程（m）98098077018001200124rpm下排量（m3/d）67826635.767定子外徑（mm）114107114114102 目前，埕島油田采用的螺桿泵主要有PC375×14、PC460×14、PC370×11、PC200×26和120DT54五種類型，其主要性能見表1。螺桿泵平均泵掛深度698.55米，平均泵效55.4%。從使用情況看，PC375×14泵較PC460×14泵平均檢泵周期長，平均泵效也高。這是由于PC460×14泵

10、排液量大，驅動扭矩大造成了螺桿泵或抽油桿柱的損壞。 此外，埕島油田還安裝了從德國引進的4.0-120DT54型和4.0-180DT54型兩種型號的螺桿泵，其技術參數如下：外徑101.6毫米；揚程1200/1800米；理論排量（100轉/分鐘下）54立方米/日。2.3 抽油桿類型目前埕島油田主要使用了CYG25(D級)型和KG36型兩種抽油桿，其中CYG25型D級實心抽油桿81井次，KG36型空心桿43井次，另外還有3口井下有接頭特制的螺桿泵專用空心抽油桿KG42。各種抽油桿性能對比見表2。 表2 抽油桿性能對比表抽油桿類型CYG25KG36KG42桿體外徑（mm）253642桿體內徑

11、（mm）02530接箍外徑（mm）565660桿體抗扭截面模量（10-6m3）3.077.0310.75屈服應力（MPa）6206206202.4 封隔器類型及作用 埕島油田螺桿泵井所用封隔器主要有RHD型和47“D-ESP”型螺桿泵封隔器 封隔器一般下深120150米，用于封隔油套環空。封隔器上裝有排氣閥，用來釋放套管氣。2.5 螺桿泵井口 埕島油田所用螺桿泵井口是HKY21-65型采油井口，其主閥位置裝有一個主閥門和一個膠皮閥門，翼閥位置一側并排裝有一個翼閥和一個井口安全閥，另一側裝有一個翼閥。額定壓力21兆巴，井口通徑65毫米。2.6 油管錨埕島油田螺桿泵管柱所用油管錨主要是LMD型機械

12、式油管錨，抗扭強度3.5kN。另外還有一口井裝有液壓油管錨。3 存在問題及原因分析自1996年至1999年5月，埕島油田共進行螺桿泵檢泵作業57井次，通過對檢泵作業的統計，暴露出的問題可歸結為：桿柱故障、作業洗井不通、環空封隔器大修三類，見表3。另外，管柱結構上還存在著安全控制系統不完善和部分井不能進行壓力監控的問題。表3 螺桿泵問題統計表檢泵原因 非桿柱故障9井次，占15.9% 桿柱故障48井次，占84.2%作業障礙 洗井不通8井次，占14% 封隔器大修5井次，占8.8%3.1 桿柱故障 根據作業資料統計，在48井次抽油桿柱故障中，故障分布如下： 抽油桿脫扣10井次，占20.8%； 桿柱工具

13、（包括扶正器、防脫器、轉子）脫扣13井次，占27.1%； 抽油桿、抽油桿短節、光桿斷裂7井次，占14.6%； 抽油桿工具損壞（包括防脫器損壞和扶正器斷）18井次，占37.5%。通過對桿柱故障的分析得出以下結論： 雖然各種抽油桿柱故障表現形式不一樣，但均可歸結為超載損壞或疲勞破壞。從起出桿柱上看，桿柱脫扣主要是超載滑扣。 抽油桿防脫器雖有效地防止了抽油桿的反轉脫扣，但防脫器本身又成為了桿柱的薄弱環節。 光桿、抽油桿短節、抽油桿扶正器、防脫器、轉子脫扣和斷裂在桿柱故障中占有較大的比例，其主要原因是超載破壞，同時也與工具本身質量關系密切。 各種類型的超載破壞主要集中在了CYG25型實心抽油桿上，因此

14、，提高桿柱強度，減少桿柱工具是減少桿柱故障的有效途徑。3.2 作業洗井不通 從圖1的螺桿泵管柱結構可以看出，無論正反壓井或洗井，洗井液都要經過泵內腔和環空封隔器上的排氣閥。當螺桿泵轉子卡于定子中時，無論正反洗井都是洗不通的。僅當排氣閥不通時，一般正洗井正常，反洗井不通；當二者同時出現時就造成了作業無法壓井的局面。 泵轉子卡于定子中是由于沉砂或定子橡膠破碎將轉子擠死造成的； 排氣閥不通的，個別是由于死油堵塞了排氣孔，而大多數是由于排氣閥錐體從閥桿上脫落造成的。排氣閥閥桿與錐體用平扣連接在一起，在生產放氣過程中，由于氣流的渦流和振動可造成錐體的脫落（這是非常有害的，在緊急狀態下油井不能正常關斷）；

15、在作業過程中，洗井液的渦流和振動也可造成錐體的脫落。另外，也有多次因排氣閥閥桿斷裂造成洗井不通的情況。環保是海上油井作業極為重要的工作，作業壓井和洗井是防止井噴和保證起出桿、管不帶原油的基本工序。若不能正常壓井或洗井，會給作業帶來很大困難，不僅延長了作業周期，而且可能造成環境污染和井噴事故的發生。因此解決作業洗井問題，使螺桿泵生產井既有可靠的安全控制，又有暢通的洗井、壓井通道，是該工藝技術的關鍵。3.3 環空封隔器大修為了保證海上油井的安全生產，根據海上油井作業法規，目前埕島油田螺桿泵井裝有DHR型和47“D-ESP”型環空封隔器，另外還安裝有少量油井過電纜封隔器。埕島油田最先使用的是DHR型

16、環空封隔器，檢泵作業過程發現，這種封隔器不僅解封力變化大，而且多口井出現了因解不了封而大修的情況。DHR型封隔器產品說明書標明解封力為160千牛頓，而實際解封力大都超過250千牛頓，有的達到400千牛頓。個別井解封力又太小，僅為2030千牛頓。另外還有5口井因解不了封而大修，因大修而增加的作業時間少則三天，多則十幾天，按平均五天計算，所增加的作業費用每口井約30萬元。分析其原因，一是封隔器本身結構所致；二是部分零部件工作不正常所致。通過分析DHR型封隔器結構，該型封隔器存在如下問題：     膠筒位于液缸和卡瓦牙之間，坐封時，膠筒先脹出，再推出卡瓦牙卡緊

17、套管，這種結構當膠筒與套管之間磨擦力較大時，卡瓦牙不能卡緊套管。     解封剪釘在坐封過程中受液壓力，一旦坐封壓力太高會剪斷解封剪釘。     膠筒在油井中長期浸泡，解封剪釘剪斷后一旦膠筒不能完全縮回而與井壁磨擦時，下錐體就頂住卡瓦牙使之不能收回。     封隔器的承拉臺肩太小，當中心管上拉負荷超過400千牛頓時，就會發生封隔器落井而只提出中心管。3.4 安全控制系統不完善按照海洋石油作業法規，生產井應下環空封隔器和油管安全閥。從圖1的管柱結構上可以看出，埕島油田的螺桿泵管

18、柱上均未安裝油管安全閥。埕島油田在開采初期大都有自噴能力，曾有多口螺桿泵井不開泵進行自噴生產。以后才逐漸失去自噴能力而開泵生產。在目前地層虧空的情況下，轉子和定子間的密封可以控制油管內液體。經注水地層壓力回升后，油井又將具有自噴自溢能力，在緊急狀態下，一旦油井不能自動緊急關斷，油將會從油管內噴出或溢出。另外，現在在用的排氣閥在使用中出現了一些問題：     錐體脫落，經采取措施仍不能完全防止。     多次出現閥桿斷裂問題。     通道都太小，洗井節流嚴重。因此有必要盡快完

19、善埕島油田的螺桿泵安全控制系統，并改進排氣閥結構。4 螺桿泵采油技術改進4.1 引進雙頭螺桿泵與單螺桿泵相比，由于雙頭螺桿泵具有以下三個優點。     轉子偏心距小，運轉相對平穩。     定子橡膠橫截面上分布較均勻，遇油膨脹后不均勻變形較小。可以相對改善桿管受力狀況。     由于多出了一條密封線和一組密閉腔室，在相同尺寸下，雙頭泵的揚程和排量都較大。自1998年3月以來，埕島油田共安裝了15臺雙頭螺桿泵，目前都運轉正常，最長的已達450天。4.2 推廣應用空心抽油桿為提高

20、桿柱的機械強度，減少桿柱故障，埕島油田自1997年8月以來推廣使用了KG36型空心抽油桿，到1999年5月，共有43口井下有空心抽油桿，占螺桿泵井總數的51.8%。從現在作業的情況看，有一口井空心桿斷裂。4.3 配套工具的研制     扶正式防脫扣空心抽油桿針對抽油桿的脫扣問題研制出如圖1所示扶正式防脫扣空心抽油桿。該種抽油桿接頭部位將拉力和扭力完全分開，極大改善了接頭部位的受力狀態，同時增加了絲扣鎖定裝置和桿體的扶正塊，使得這種抽油桿具有抗拉、抗扭能力強，不會倒扣和具有扶正作用的優點，從而可以省去桿柱上的所有配套工具，從而最大限度地減少桿柱故障。該抽油

21、桿連接裝置已獲得國家專利，專利號：ZL 98 2 20976.2。      圖1 扶正式防脫扣空心抽油桿      液壓油管錨的研制目前埕島油田廣泛使用的是機械式油管錨，這種油管錨靠上提下放加壓錨定。在井斜較大、老井、油稠的條件下有時錨定困難。為此研制出了液壓式油管錨，如圖2所示，這種油管錨可以下入較大井斜和稠油井中使用。現場使用效果良好，達到設計要求。     圖2 液壓油管錨    

22、0; 錨定式泄油器的研制這種工具在陸上油田已經成功應用，它不僅能錨定管柱，在上提管柱時還可打開泄油器。工具結構如圖3所示。     圖3 錨定式泄油器      洗井閥的研制 如圖4所示，這種洗井閥用于當排氣閥不通時建立自油管內到油管外的壓井通道，具有結構簡單，密封可靠，打開簡便，易于操作的優點。圖5 帶排氣閥的封隔器圖5 帶排氣閥的封隔器      圖4 洗井閥  環空封隔器及排氣閥的改進如本文上邊所述，當井斜較大，螺桿泵管

23、柱應使用液壓油管錨，而液壓油管錨需有80千牛頓的解封力，如果在管柱的上邊再裝一個環空封隔器，其解封力又需160千牛頓，二者合在一起將會使作業解封很困難。另外，對于159毫米76毫米環空，下壓差10兆巴的上頂力為153千牛頓，1000米的管柱自重為130千牛頓，不用卡瓦就可保證油井安全，因此可以使用一種Y341型環空封隔器。再者，在用排氣閥由于幾何尺寸的限制再增加洗井通道是限困難的。為此，研制出排氣閥與封隔器二合一的環空封隔器，如圖5所示。該封隔器上部為排氣閥，下部為Y341封隔器，具有洗井通道大，解封力小而可靠的優點。 改進的帶排氣閥的環空封隔器不但大大增大了排氣洗井通道，還可消除閥桿斷裂和錐體脫落事故。Y341封隔器雖是目前成熟技術，但由于此封隔器是多管的，加工存在一定難度。本封隔器一旦研制成功，將會大大節約引進資金。4.4 改進桿柱及管柱結構為完善螺桿泵井安全控制系統，解決作業洗井問題、封隔器解封問題、井下壓力監測問題，以及桿柱故障多問題，提出如下二種改進方案。方案一管柱組合（自下而上）：絲堵+油管錨+傳壓筒+27/8EU油管+氣錨+井下安全閥+螺桿泵+31/2NU油管+減震扶正器+錨定式泄油器+31/2NU油管+洗井閥+環空封隔器+31/2NU油管+油管掛。桿柱組合（自