八面河油田南區采油螺桿泵適應條件分析
采油螺桿泵以較多優點而被油田推廣采用,但其實際應用中亦存在一些不足,只有在條件適宜的情況下,才能發揮其優點。本文通過對螺桿泵的實際應用分析,總結出螺桿泵在八面河油田南區的一些較佳適應條件。
八面河油田南區位于山東省壽光市與廣饒縣交界帶,八面河之南,面積約156Km2 。區域內油層埋深約1100m,不同區塊、不同層位原油物性差異很大,原油粘度從30~40000mPa·s均有分布。南區目前有生產油井930口,生產井中出砂井、含氣井、低至高含水井、低至高液量井、直井斜井水平井均有包含,是采油螺桿泵較理想的試驗場所。
1、螺桿泵優點簡介
(1)一次性投資最少。相比電動潛油泵生產節省約12萬元,相比抽油機生產節省約14萬元。
(2)結構簡單,維護方便。螺桿泵的驅動裝置安裝在油井的井口上,體積小,重量輕,占地面積小,維護費用少。
(3)節能效果好。螺桿泵工作時負載穩定,機械損失小,泵效高,效率高。
(4)適應性強。能用于稠油、含砂、含氣井開采,能用于叢式井組、斜井和水平井開采。
2、南區螺桿泵應用情況
采油螺桿泵在南區應用處于一個較低的水平,歷年來只占開井的1%~3%。雖然螺桿泵有較多優勢,但其平均檢泵周期相比抽油機生產周期要短,整體計算下來,效益比不過抽油機生產,因此制約了螺桿泵的廣泛應用。真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)通過計算分析,在同井應用螺桿泵生產以及液量相仿的情況下,只有當檢泵周期大于使用抽油機生產檢泵周期的約1.3倍時(節電影響的成份較少,主要是檢泵費用),效益才能比使用抽油機生產好。
2.1、南區2012年在用螺桿泵井檢泵周期
2012年有效在用螺桿泵井共26口,其中有9口下泵后未作業不統計,17口井平均檢泵周期445天(南區全井平均檢泵周期720天)。
(1)螺桿泵檢泵周期與抽油機生產時對比。由抽油機生產改為螺桿泵生產其檢泵周期有對比性的井11口(含3口未作業井,周期已延長),檢泵周期相比有延長的井有6口,倍比大于1.3倍的井只有4口(見表1),創效井所占比率為36.4%。
表1 倍比大于1.3倍的井
從表1中可以看出,這4口井日產液量均小于30m且均為直井。
(2)檢泵周期大于600天的井5口,見表2。
表2 檢泵周期大于600天的井
從表2中可以看出,檢泵周期較長的井日產液量在30m 以內,均為直井或直井段。
(3)檢泵周期小于300天的井有7口,見表3。
表3 檢泵周期小于300天的井
從表3中可以看出,斜井及液量較大的井,檢泵周期較短。
2.2、南區2012年在用螺桿泵井能耗情況
從理論上說,螺桿泵對比抽油機生產應有較好的節能潛力,因為螺桿泵生產時是一個持續均勻的運轉過程,而抽油機生產時由于上下往復運動存在慣性能量損失。從實際應用情況看,節能效果并不明顯。這是因為當前抽油機配用節能電機且采用節能優化參數生產,能耗已處于較低水平。
統計抽油機井改螺桿泵井生產,在液量相仿,且裝有電表的14口井進行對比得出:這14口井在抽油機生產時平均日耗電159KWh,改為螺桿泵生產后平均日耗電149KWh,平均日節電10KWh;對比有節電效果的井5口,平均日節電64KWh,對比增加耗電的井4口,平均日耗電增加47.5KWh。耗電量減少的井日產液量在30m以內,且均為直井;耗電量增加的井日產液量大于50m,且多為斜井,分析認為液量較大或井斜時,造成桿與管之間的摩擦力增加較多,導致扭矩增大,耗電增多。
3、不同條件試用情況
3.1、大液量井試用大排量螺桿泵
南區從2004年開始引進試用大排量螺桿泵,統計試用井8口(日產液量>60m,最大液量未超過110m),其平均檢泵周期353天,平均日耗電241KWh。大排量螺桿泵失效的主要原因是泵脫、管脫,占作業總井數42.2%,其次是桿斷,占作業總井數36.8%,管漏、泵漏,各占15.9%和10.5%。因大排量造成的較大扭矩使得大排量螺桿泵井管桿斷脫頻繁失效,且暫無有效工藝解決這類問題,制約了大排量螺桿泵的推廣應用,目前只有2口大排量井生產。
3.2、稠油井試用
統計南區從使用螺桿泵以來,在稠油區塊使用15口井,平均粘度5867mPa·s,最大粘度未超過11000mPa·s,平均液量5m,平均含水56.9%,各井檢泵周期不穩定,變化較大,與粘度大小無規律對應性。大部分井均通過幾次短周期失效作業后,才能正常生產,平均檢泵周期530天。其中有4口井出現一次免修期長達1500天以上,但并不是每次免修期都相似,甚至很短。如M23-2井,經過5次短周期作業后,94年6月下泵,生產周期達2347天,其后生產周期均較短。而M138-5-X17井與M138-2-X12井在生產2個月時間內發生桿斷失效,前者失效2次,后者失效3次后均放棄使用螺桿泵(M138-5-X17井粘度3614mPa·s;M138-2-X12井粘度6494mPa·s)。
稠油井因其油稠低含水低液量對桿作用一個較強的束縛摩擦力,使螺桿泵易發生桿斷脫、管脫失效。小排量螺桿泵作為低產稠油區塊一種舉升工藝,有著一定的優勢,但因其檢泵周期的不穩定性,對其推廣應用缺乏論證基礎與信心。
3.3、出砂井試用
螺桿泵在出砂井上應用有一定的優勢,當出砂量較少時,不會造成桿卡現象。M4-4-X291井在2009年3月14日新投抽油機生產,日產液量12 m ,日產原油7.5t,含砂0.2%,生產40天后因砂桿卡失效,作業沖砂24m,在未采取防砂措施的情況,改用螺桿泵(GLBI20-36)生產,其后均未出現砂卡現象,且每次作業均沖砂大于20m,平均檢泵周期199天(斜井偏磨嚴重)。當出砂量較多時,螺桿泵亦無法正常生產。
M120-35-X5井抽油機生產在2012年10月25日因砂桿卡,正常時生產液量16m,油11t,作業沖砂40m,不防砂下螺桿泵做攜砂采油實驗,實驗4次均失敗,連續因砂卡泵造成桿扭脫失效,生產周期分別為5天、16天、5天、11天,每次作業沖砂均大于30m,后采取繞防防砂措施改抽油機正常生產(螺桿泵使用參數:泵型GLB200-33,泵深1040m,轉速90轉/分)。
4、螺桿泵優化管理
統計2012年南區螺桿泵井檢泵作業23井次,其中管漏失效井次最多,為8井次,占作業井次的35%,其次為桿斷脫失效5井次,占22%。
(1)管漏失效的主要原因是抽油桿的高速定點徑向旋轉磨損,可以采取設計優化與管理優化的方式,延長免修期。①在抽油桿接箍處安裝扶正器;②采用大泵徑低轉速生產參數,減緩桿管摩損速度;③在小于原檢泵周期的時間段,通過上提抽油桿約20cm改變抽油桿接箍對油管偏磨點。
(2)桿斷脫失效是螺桿泵失效的常見原因,治理桿斷脫主要有以下兩個方法。①采用抽油桿柱反向設計方法,即預設抽油桿桿徑,根據油井生產情況計算出桿柱受力情況,確保抽油桿柱的安全性;②減少不必要停井,防止因停井造成桿柱釋放扭矩反轉脫扣。
5、認識
通過應用分析,八面河油田南區采油螺桿泵較適宜的應用條件為:液量<30 m /d,粘度<5000 mPa·s,泵掛在直井段的井。通過篩選,南區目前有60多口井適宜應用螺桿泵生產。通過對螺桿泵的實際應用分析,亦得出以下認識。
(1)斜井段使用采油螺桿泵免修期一般小于使用抽油機采油。
(2)大液量井使用采油螺桿泵免修期一般較短,且節能效果不佳。
(3)直井段且液量小于30m/d的井應用螺桿泵可能獲得較好的節能效果。
(4)出砂井使用采油螺桿泵有一定優勢亦存在局限性。
(5)稠油井使用采油螺桿泵存在不穩定性。
(6)逐步提高螺桿泵工藝水平及管理水平,將進一步提升螺桿泵的適應性及效益性。