大港油田開發區大排量提液途徑探討

隨著油田的開發，港口油田的一些區塊進入了高含水的開發區。例如，港東、港西、羊三木、羊二莊、孔店等主要開發區的全球供水逐年增加，現在達到90%以上。合理收集是這些區塊穩定的主要措施。多年來一直延用普通大泵和電泵工藝解決老油田穩產的問題,但是隨著含水的進一步上升,油井出砂也相應加劇,上述主力開發區塊普遍存在出砂現象。對于這些高含水、出砂油井的開采,由于套管尺寸的限制,采取增大泵徑提液的方法受到了一定的限制,另外采取大泵提液,由于負荷增大,也造成了桿柱斷脫頻繁等問題;而電泵提液存在運行能耗大、成本高的問題。因此,應用低成本、低能耗的新工藝、新技術解決高含水、高產液、出砂油井的舉升工藝難題,是實現老油田可持續發展和提高經濟效益的有效途徑。大排量螺桿泵是針對高含水、高產液、出砂油井而引進的一項新技術,是地面驅動井下單螺桿泵,排量范圍一般在300m3/d,揚程可達到1200m,轉子采用調質合金鋼經車銑、磨光、鍍鉻制作,定子采用丁晴橡膠制作,與常規螺桿泵相比,具有導程長、容積大、排量高的特點。1結構組成和工作原則1.1動螺桿泵組成目前螺桿泵采油按驅動方式分為潛油電動螺桿泵和地面驅動井下螺桿泵?，F場采用的螺桿泵大多是地面驅動螺桿泵。該泵由4部分組成(見圖1)。電控部分:包括電控箱和電纜;地面驅動部分:包括減速箱和驅動電機、井口動密封、支撐架等;井下泵部分:包括螺桿泵定子和轉子;配套工具部分:包括專用井口、特殊光桿、方卡子、抽油桿扶正器、油管扶正器、抽油桿防倒轉裝置、油管防脫裝置、防抽空裝置、篩管等。1.2封閉腔室內冷劑的點效應螺桿泵的原理是螺桿泵的轉子、定子利用擺線的多等效動點效應,在空間形成封閉腔室,并當轉子和定子做相對轉動時,封閉腔室能做軸向移動,使其中的液體從一端移向另一端,實現機械能和液體勢能的相互轉化,從而實現舉升。1.3螺紋桿泵:螺桿泵螺桿泵的結構參數是指轉子的直徑D、偏心距E、導程T、級數Z。對現有的單螺桿泵的結構和使用情況進行分析表明,在E、D和T三者之間存在一定的關系,只有在這3個參數維持一定比例的條件下,單螺桿泵才能保證高效率的長期的工作。參數如下:螺桿泵型號:GLB800-14;定子外徑114mm,連接油管螺紋規格31/2″TBG;轉子直徑48mm,偏心距8.5mm,導程500mm,連接油桿螺紋規格19/16″抽油桿螺紋;理論排量:800mL/r;螺桿泵級數:14。對于采油用的小排量、高壓頭的單螺桿泵,結構參數應滿足一定關系:2≤T/D≤2.5及28≤T/E≤32。對于大排量、中壓頭的單螺桿泵的結構參數應滿足一定關系:8≤T/D≤15及50≤T/E≤60。螺桿泵的揚程(即承壓能力)是由螺桿泵的級數Z決定的。螺桿泵的單級承壓能力除了與結構參數、工作參數及定子橡膠的機械物性等有關外,主要是靠定、轉子間過盈來實現的。經驗數據表明,對于小排量(小于120m3/d)的螺桿泵定、轉子之間的過盈量在0.3～0.5mm為合適,排量超過120m3/d的螺桿泵定、轉子間的過盈量在0.1～0.3mm為合適。適用井況為:螺桿泵型號:GLB800-14;適應油井產能范圍:200～350m3/d;額定揚程:1200m;最大泵掛深度:1000m;適應井溫<90℃;含砂量<10%;氣油比<700m3/t;適應井斜<10°;適應油井套管直徑:139.7～177.8mm。2相關工具和技術2.1相關設備針對大港油田部分區塊高含水、出砂的特點,重點在抽油桿、扶正器、錨定器等幾個方面進行了配套應用及完善。2.1.1空心抽油桿結構抽油桿在螺桿泵采油系統中起傳遞動力作用,必須具備防斷(脫)功能。目前,大港油田大排量螺桿泵井主要使用螺桿泵專用空心抽油桿?，F場應用的空心桿為〉38mm×6mm整體鐓鍛插接式空心防脫桿(D級),與〉88.9mm油管配合使用。空心桿桿頭、接箍、桿體材質為35CrMo,調質硬度HB237～291,抗拉強度σb≥750MPa,具有較大的許用扭矩(≥2500N·m),安全系數達到了3.8,滿足了生產需要。螺桿泵專用空心抽油桿的抗扭能力強(相同重量的圓鋼和鋼管相比,鋼管的抗扭能力最大可達圓鋼的3倍),抽油桿伸長量小,桿柱反轉不脫扣(連接部分采用了獨特的防脫結構)。其結構見圖2。安裝螺桿泵專用空心防脫桿前要認真檢查密封膠圈是否完好,再將母扣接箍反旋,露出插接頭,將公扣頭朝上,母扣頭朝下,對好上下插接頭,用管鉗正旋擰緊母扣接箍。在上母扣接箍遇到絲扣咬合不好時,將上下任一個插接頭旋轉180°,然后再對接插接頭,擰緊接箍。2.1.2抽油桿廢水回收裝置抽油桿在油管內轉動,會引起井口的振動及桿柱與管柱的摩擦,所以抽油桿必須實施扶正。扶正器安裝位置通常在桿柱的上端即光桿附近、桿柱的下端即轉子附近以及中下部,同時針對井斜狗腿度較大處和桿柱偏磨嚴重處安裝一定數量的扶正器。抽油桿扶正器一般采用抗磨的尼龍材料制造,與〉88.9mm油管配合使用的扶正器內徑為38mm,外徑為76mm。安裝抽油桿扶正器時,將抽油桿放入扶正器橫向斜槽,然后用力使扶正器軸線與抽油桿軸線重合即可。2.1.3dq基層錨定工具目前大港油田大排量螺桿泵配套使用的錨定工具有2種,一種為去掉膠皮的Y211-115封隔器(原大港油田DG251-5卡瓦封隔器),一種為DQ0552支撐卡瓦錨定工具。這2種工具均穩定可靠、操作簡便,適應在〉139.7～177.8mm套管中應用,詳細內容參見文獻。2.2工藝準備2.2.1大排量螺桿泵大排量螺桿泵正常運行時能夠把井底浮砂排出到地面,保證油井的正常生產,但是由于電路檢修等因素造成停電停抽現象較多,停電停抽后井筒浮砂沉降使泵砂卡,不能及時開抽。對此采取吊車上提桿柱進行解卡措施。對港東開發區的16口井進行統計,因停電等原因停抽20井次,其中有14井次通過吊車上提即可解卡。經過統計大排量螺桿泵井含砂情況,發現采用螺桿泵初期,含砂一般在0.1%,有的井最高達到了1.2%,正常生產時為0.01%～0.08%,說明大排量螺桿泵排量較大,能將浮砂舉升到地面,減少了砂埋油層的幾率。截至2001年11月底,港東開發區還沒有出現砂埋油層的井。港西開發區有2口井砂埋油層造成檢泵(含砂量大于2%)。2.2.2空心桿端截面器改進與完善在大排量螺桿泵應用初期,共出現7口井9井次空心桿斷現象,并且桿斷位置主要在插接桿接頭處(3口井5井次),經分析認為造成桿斷的主要原因為:空心桿材質及加工工藝不合理;空心桿在解卡過程中負荷過大,造成損傷;轉速過高(統計應用初期發生桿斷的5口井平均轉速為283r/min);扶正器數量和結構不合理,扶正器數量偏多(15～20個),井下泵采出液體大部分是沿著扶正器與空心桿之間間隙流動,含砂液體流過時將空心桿的外徑磨細1～2mm。在應用初期,西39-9、西12-6-3因此而導致桿斷,平均檢泵周期93d。為此,從以下6個方面進行了改進與完善。(1)督促空心桿生產廠家改進了抽油桿的加工工藝。盡量消除加熱溫度不均勻而引起的鐓粗裂紋,實現溫度自動控制。(2)完善了探傷工藝,對鐓粗造成的微觀裂紋進行檢測。(3)改進熱處理工藝。針對熱處理出現的問題,采用了桿頭跟蹤預熱,然后桿體整體預熱處理工藝,消除桿頭由于溫度不夠而引起的熱處理缺陷。(4)更換空心桿接頭為實心體,增加桿體強度。(5)加強優化設計。以往設計過程中扶正器數量偏多,由于流道設計為螺旋式結構,造成桿體磨細,現在大量減少了扶正器數量,優化了扶正器安放位置。(6)調研編寫了大排量螺桿泵操作規程和技術管理規定,確定了合理的工作制度。3單井檢泵和螺桿泵維護管理較好,經濟效益好截至2001年11月底,該項目共在中北部高含水出砂區塊推廣應用36口井,其中恢復長停井3口,大泵井28口,替代電泵生產5口,累計實現產油69945t,累計增油16522t。實施井平均單井檢泵周期從189d延長到230d,生產時間最長的已超過300d,與實施前舉升工藝方式相比,泵效由68.1%提高到74.7%,生產時率由89.2%上升到92.4%;累計節電178.5×104kW·h。另外螺桿泵維護管理比較方便。螺桿泵每4～5個月更換一次皮帶,由2個人便可完成,而抽油機調參需要人員較多,而且需要吊車;螺桿泵每年換一次齒輪油需7kg,而游梁機需要260kg。該技術實施后經濟效益顯著。4大排量螺桿泵的技術特點(1)大排量螺桿泵在加大提液量、延長檢泵周期、降低運行能耗、恢復長停井等方面,均取得了突出效果。對高含水、高產液、出砂區塊(港東、港西、羊三木等開發區)的油井舉升有較好的適應性。(2)大排量螺桿泵是高含水、高產液、出砂油田保持穩產、替代大泵、電泵較為理想的舉升工藝技術,但也有一定的局限性,必須科學選井,發揮其