大港油田開發(fā)區(qū)大排量提液途徑探討

大港油田開發(fā)區(qū)大排量提液途徑探討

隨著油田的開發(fā)，港口油田的一些區(qū)塊進(jìn)入了高含水的開發(fā)區(qū)。例如，港東、港西、羊三木、羊二莊、孔店等主要開發(fā)區(qū)的全球供水逐年增加，現(xiàn)在達(dá)到90%以上。合理收集是這些區(qū)塊穩(wěn)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(wěn)產(chǎn)的問題,但是隨著含水的進(jìn)一步上升,油井出砂也相應(yīng)加劇,上述主力開發(fā)區(qū)塊普遍存在出砂現(xiàn)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(fù)荷增大,也造成了桿柱斷脫頻繁等問題;而電泵提液存在運(yùn)行能耗大、成本高的問題。因此,應(yīng)用低成本、低能耗的新工藝、新技術(shù)解決高含水、高產(chǎn)液、出砂油井的舉升工藝難題,是實(shí)現(xiàn)老油田可持續(xù)發(fā)展和提高經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。大排量螺桿泵是針對高含水、高產(chǎn)液、出砂油井而引進(jìn)的一項(xiàng)新技術(shù),是地面驅(qū)動(dòng)井下單螺桿泵,排量范圍一般在300m3/d,揚(yáng)程可達(dá)到1200m,轉(zhuǎn)子采用調(diào)質(zhì)合金鋼經(jīng)車銑、磨光、鍍鉻制作,定子采用丁晴橡膠制作,與常規(guī)螺桿泵相比,具有導(dǎo)程長、容積大、排量高的特點(diǎn)。1結(jié)構(gòu)組成和工作原則1.1動(dòng)螺桿泵組成目前螺桿泵采油按驅(qū)動(dòng)方式分為潛油電動(dòng)螺桿泵和地面驅(qū)動(dòng)井下螺桿泵?，F(xiàn)場采用的螺桿泵大多是地面驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)部分:包括減速箱和驅(qū)動(dòng)電機(jī)、井口動(dòng)密封、支撐架等;井下泵部分:包括螺桿泵定子和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)裝置、油管防脫裝置、防抽空裝置、篩管等。1.2封閉腔室內(nèi)冷劑的點(diǎn)效應(yīng)螺桿泵的原理是螺桿泵的轉(zhuǎn)子、定子利用擺線的多等效動(dòng)點(diǎn)效應(yīng),在空間形成封閉腔室,并當(dāng)轉(zhuǎn)子和定子做相對轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),封閉腔室能做軸向移動(dòng),使其中的液體從一端移向另一端,實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和液體勢能的相互轉(zhuǎn)化,從而實(shí)現(xiàn)舉升。1.3螺紋桿泵:螺桿泵螺桿泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)是指轉(zhuǎn)子的直徑D、偏心距E、導(dǎo)程T、級數(shù)Z。對現(xiàn)有的單螺桿泵的結(jié)構(gòu)和使用情況進(jìn)行分析表明,在E、D和T三者之間存在一定的關(guān)系,只有在這3個(gè)參數(shù)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(shù)如下:螺桿泵型號:GLB800-14;定子外徑114mm,連接油管螺紋規(guī)格31/2″TBG;轉(zhuǎn)子直徑48mm,偏心距8.5mm,導(dǎo)程500mm,連接油桿螺紋規(guī)格19/16″抽油桿螺紋;理論排量:800mL/r;螺桿泵級數(shù):14。對于采油用的小排量、高壓頭的單螺桿泵,結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)滿足一定關(guān)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(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)滿足一定關(guān)系:8≤T/D≤15及50≤T/E≤60。螺桿泵的揚(yáng)程(即承壓能力)是由螺桿泵的級數(shù)Z決定的。螺桿泵的單級承壓能力除了與結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作參數(shù)及定子橡膠的機(jī)械物性等有關(guān)外,主要是靠定、轉(zhuǎn)子間過盈來實(shí)現(xiàn)的。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,對于小排量(小于120m3/d)的螺桿泵定、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)油井產(chǎn)能范圍:200～350m3/d;額定揚(yáng)程:1200m;最大泵掛深度:1000m;適應(yīng)井溫<90℃;含砂量<10%;氣油比<700m3/t;適應(yīng)井斜<10°;適應(yīng)油井套管直徑:139.7～177.8mm。2相關(guān)工具和技術(shù)2.1相關(guān)設(shè)備針對大港油田部分區(qū)塊高含水、出砂的特點(diǎn),重點(diǎn)在抽油桿、扶正器、錨定器等幾個(gè)方面進(jìn)行了配套應(yīng)用及完善。2.1.1空心抽油桿結(jié)構(gòu)抽油桿在螺桿泵采油系統(tǒng)中起傳遞動(dòng)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(xiàn)場應(yīng)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?？招臈U桿頭、接箍、桿體材質(zhì)為35CrMo,調(diào)質(zhì)硬度HB237～291,抗拉強(qiáng)度σb≥750MPa,具有較大的許用扭矩(≥2500N·m),安全系數(shù)達(dá)到了3.8,滿足了生產(chǎn)需要。螺桿泵專用空心抽油桿的抗扭能力強(qiáng)(相同重量的圓鋼和鋼管相比,鋼管的抗扭能力最大可達(dá)圓鋼的3倍),抽油桿伸長量小,桿柱反轉(zhuǎn)不脫扣(連接部分采用了獨(dú)特的防脫結(jié)構(gòu))。其結(jié)構(gòu)見圖2。安裝螺桿泵專用空心防脫桿前要認(rèn)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(shí),將上下任一個(gè)插接頭旋轉(zhuǎn)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(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),會(huì)引起井口的振動(dòng)及桿柱與管柱的摩擦,所以抽油桿必須實(shí)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(zhuǎn)子附近以及中下部,同時(shí)針對井斜狗腿度較大處和桿柱偏磨嚴(yán)重處安裝一定數(shù)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(nèi)徑為38mm,外徑為76mm。安裝抽油桿扶正器時(shí),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(wěn)定可靠、操作簡便,適應(yīng)在〉139.7～177.8mm套管中應(yīng)用,詳細(xì)內(nèi)容參見文獻(xiàn)。2.2工藝準(zhǔn)備2.2.1大排量螺桿泵大排量螺桿泵正常運(yùn)行時(shí)能夠把井底浮砂排出到地面,保證油井的正常生產(chǎn),但是由于電路檢修等因素造成停電停抽現(xiàn)象較多,停電停抽后井筒浮砂沉降使泵砂卡,不能及時(shí)開抽。對此采取吊車上提桿柱進(jìn)行解卡措施。對港東開發(fā)區(qū)的16口井進(jìn)行統(tǒng)計(jì),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(jīng)過統(tǒng)計(jì)大排量螺桿泵井含砂情況,發(fā)現(xiàn)采用螺桿泵初期,含砂一般在0.1%,有的井最高達(dá)到了1.2%,正常生產(chǎn)時(shí)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(fā)區(qū)還沒有出現(xiàn)砂埋油層的井。港西開發(fā)區(qū)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(jìn)與完善在大排量螺桿泵應(yīng)用初期,共出現(xiàn)7口井9井次空心桿斷現(xiàn)象,并且桿斷位置主要在插接桿接頭處(3口井5井次),經(jīng)分析認(rèn)為造成桿斷的主要原因?yàn)?空心桿材質(zhì)及加工工藝不合理;空心桿在解卡過程中負(fù)荷過大,造成損傷;轉(zhuǎn)速過高(統(tǒng)計(jì)應(yīng)用初期發(fā)生桿斷的5口井平均轉(zhuǎn)速為283r/min);扶正器數(shù)量和結(jié)構(gòu)不合理,扶正器數(shù)量偏多(15～20個(gè)),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(dòng),含砂液體流過時(shí)將空心桿的外徑磨細(xì)1～2mm。在應(yīng)用初期,西39-9、西12-6-3因此而導(dǎo)致桿斷,平均檢泵周期93d。為此,從以下6個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)與完善。(1)督促空心桿生產(chǎn)廠家改進(jìn)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(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制。(2)完善了探傷工藝,對鐓粗造成的微觀裂紋進(jìn)行檢測。(3)改進(jìn)熱處理工藝。針對熱處理出現(xiàn)的問題,采用了桿頭跟蹤預(yù)熱,然后桿體整體預(yù)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(shí)心體,增加桿體強(qiáng)度。(5)加強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。以往設(shè)計(jì)過程中扶正器數(shù)量偏多,由于流道設(shè)計(jì)為螺旋式結(jié)構(gòu),造成桿體磨細(xì),現(xiàn)在大量減少了扶正器數(shù)量,優(yōu)化了扶正器安放位置。(6)調(diào)研編寫了大排量螺桿泵操作規(guī)程和技術(shù)管理規(guī)定,確定了合理的工作制度。3單井檢泵和螺桿泵維護(hù)管理較好,經(jīng)濟(jì)效益好截至2001年11月底,該項(xiàng)目共在中北部高含水出砂區(qū)塊推廣應(yīng)用36口井,其中恢復(fù)長停井3口,大泵井28口,替代電泵生產(chǎn)5口,累計(jì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)油69945t,累計(jì)增油16522t。實(shí)施井平均單井檢泵周期從189d延長到230d,生產(chǎn)時(shí)間最長的已超過300d,與實(shí)施前舉升工藝方式相比,泵效由68.1%提高到74.7%,生產(chǎn)時(shí)率由89.2%上升到92.4%;累計(jì)節(jié)電178.5×104kW·h。另外螺桿泵維護(hù)管理比較方便。螺桿泵每4～5個(gè)月更換一次皮帶,由2個(gè)人便可完成,而抽油機(jī)調(diào)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(jī)需要260kg。該技術(shù)實(shí)施后經(jīng)濟(jì)效益顯著。4大排量螺桿泵的技術(shù)特點(diǎn)(1)大排量螺桿泵在加大提液量、延長檢泵周期、降低運(yùn)行能耗、恢復(fù)長停井等方面,均取得了突出效果。對高含水、高產(chǎn)液、出砂區(qū)塊(港東、港西、羊三木等開發(fā)區(qū))的油井舉升有較好的適應(yīng)性。(2)大排量螺桿泵是高含水、高產(chǎn)液、出砂油田保持穩(wěn)產(chǎn)、替代大泵、電泵較為理想的舉升工藝技術(shù),但也有一定的局限性,必須科學(xué)選井,發(fā)揮其