0 引言
随着油田开发的不断深入,胜利油田稠油油藏的开采不断增加。该类油藏原油黏度较高,多属疏松砂岩油藏,油层埋藏浅、压实程度差、泥质含量高、非均质严重,普通开采方式容易造成砂卡或砂埋等油井故障,同时,防砂和固砂工艺也会造成油层堵塞,破坏地层供液。而螺杆泵具有结构简单、占地面积小,对砂、蜡和稠油适应性强等特点[1-3],在稠油、高含砂和蜡油井的应用规模不断扩大。截至目前,螺杆泵在胜利油田应用井数为1 417口,开井数为1 346口。 但是现场使用的都是实心螺杆泵,因此下螺杆泵后的油井不能洗井,而原油停止流动后黏度增大,流动性变差。同时井内砂在泵上沉积,重新开井后抽油杆柱扭矩大,造成抽油杆过载,常出现抽油杆断脱和螺纹损坏等问题[4-6],需要作业提出整套管柱重新下入新的螺杆泵才能恢复生产,造成很大的经济损失。针对上述问题,胜利油田分公司石油工程技术研究院研制了双筒可洗井螺杆泵。该螺杆泵实现了举升与洗井作业功能一体化,举升排液与洗井作业转换安全可靠,减少了投入成本,满足了节能降耗的开发需要。
1 技术分析 1.1 结构双筒可洗井螺杆泵主要由环形挡砂锥阀、分流接头、可重复使用洗井保护外筒、螺杆泵定子、螺杆泵转子、洗井双通总成、洗井保护阀和滤砂筛管等部分组成,其结构如图 1所示。双筒可洗井螺杆泵的研制实现了螺杆泵举升与洗井作业功能一体化;挡砂锥阀可有效防止举升过程中砂埋洗井流道,延长了双筒可洗井螺杆泵的使用寿命,并能安全可靠地完成举升排液与洗井作业的转换;可重复使用洗井保护外筒结构实现了洗井保护外筒的可重复利用性及通用性,减少了投入成本。
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| 图 1 双筒可洗井螺杆泵结构图 Fig.1 Structural schematic of the dual barrel well washable screw pump 1—环形挡砂锥阀;2—分流接头;3—可重复使用洗井保护外筒;4—螺杆泵定子;5—螺杆泵转子;6—洗井双通总成;7—洗井保护阀;8—滤砂筛管。 |
1.2 工作原理
(1) 举升。该过程中环形挡砂锥阀和洗井保护阀关闭,油流从洗井双通总成进入螺杆泵的密封腔,随着转子的转动向排出端推移,最终被举升至地面[7]。举升工作原理见图 2。
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| 图 2 举升工作原理示意图 Fig.2 Schematic diagram of pump lifting |
(2) 洗井。螺杆泵停止工作,油流通道关闭。受洗井压力作用,环形挡砂锥阀和洗井保护阀开启,此时洗井流道打开。洗井液从洗井保护阀进入洗井流道,由洗井双通总成的出液孔流入螺杆泵定子与可重复使用洗井保护外筒的环空中,通过分流接头和环形挡砂锥阀排出。
洗井作业原理见图 3。
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| 图 3 洗井作业原理意图 Fig.3 Schematic diagram of well washing |
1.3 主要技术参数
为更好地满足现场不同类型油井对双筒可洗井螺杆泵举升技术的需要,开展了双筒可洗井螺杆泵系列化研制,主要技术参数见表 1。
| 型号 | 额定排量/(mL·r-1) | 举升能力 | |
| 级数 | 水柱高/m | ||
| SKLB28-21 | 28 | 21 | 960 |
| SKLB28-27 | 28 | 27 | 1200 |
| SKLB28-40 | 28 | 40 | 1800 |
| SKLB40-21 | 40 | 21 | 960 |
| SKLB40-27 | 40 | 27 | 1200 |
| SKLB40-42 | 40 | 42 | 1900 |
| SKLB75-21 | 75 | 21 | 960 |
| SKLB75-27 | 75 | 27 | 1200 |
| SKLB75-40 | 75 | 40 | 1800 |
| SKLB120-27 | 120 | 27 | 1200 |
| SKLB120-36 | 120 | 36 | 1600 |
| SKLB120-40 | 120 | 40 | 1800 |
1.4 性能特点
(1) 通过在螺杆泵的定子外加装可重复使用洗井保护外筒,在泵下设计洗井保护阀配合洗井双通总成,形成洗井流道,实现了螺杆泵可洗井工艺,减少了常规螺杆泵洗井作业时需上提下放泵挂的作业工序。
(2) 与现有地面驱动装置配套使用,节约了作业成本;有效地解决了故障井的恢复和检泵作业的污染问题,提高了单井有效时率和原油产量;减轻了劳动强度,现场推广应用方便。
2 关键机构的研制 2.1 环形挡砂锥阀总成环形挡砂锥阀总成是双筒可洗井螺杆泵实现举升排液与洗井作业转换的关键部件。环形挡砂锥阀总成主要由环形挡砂锥阀和分流接头组成,其结构分别如图 4和图 5所示。
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| 图 4 环形挡砂锥阀结构示意图 Fig.4 Structural schematic of the annularsand blocking cone valve |
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| 图 5 分流接头结构示意图 Fig.5 Structural schematic of the bypass joint |
该结构采用环形挡砂锥阀和分流接头相配合的双通道机构,结构简单。螺杆泵举升排液时,环形挡砂锥阀处于关闭状态,可有效防止举升过程中砂埋洗井流道,延长双筒可洗井螺杆泵的使用寿命。洗井作业时,依靠洗井压力可将环形挡砂锥阀开启,打开洗井流道,从而实现举升液与洗井液的分流。
2.2 可重复使用洗井保护外筒为实现洗井保护外筒的可重复利用,研制了可重复使用洗井保护外筒,其结构分别如图 6和图 7所示。可重复使用洗井保护外筒的连接采用平键配套丁腈橡胶密封圈密封,改变了原有的销钉或密封胶的密封形式[8-9],从而在现场应用过程中实现拆装的方便快捷性及装置的可重复利用性。螺杆泵两端的连接采用锥螺纹连接,该连接可实现现场应用过程中拆装的方便快捷性。
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| 图 6 可重复使用洗井保护外筒结构示意图 Fig.6 Structural schematic of the reusableouter protection barrel for washing |
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| 图 7 可重复使用洗井保护外筒连接接头结构示意图 Fig.7 Structural schematic of the connection joint of thereusable outer protection barrel for washing |
3 现场应用 3.1 应用情况
2015年3—12月,双筒可洗井螺杆泵在胜利油田分公司桩西采油厂及东北分公司彰武油田进行了5口井的现场试验。这5口井含砂量较高,最高含砂的质量分数为0.09%,平均含砂的质量分数为0.06%,采用普通螺杆泵生产时常出现砂卡,导致抽油杆扭矩过大而断脱,平均工作周期只有150 d左右。试验井深为1 150~1 350 m,双筒可洗井螺杆泵平均泵效72%,其中东北分公司应用的3口井均已正常工作超过300 d,其余2口井也已超过下双筒可洗井螺杆泵前的工作周期。对比措施前普通螺杆泵,累计节省洗井费用17万元。这几口井应用统计结果见表 2。
| 井号 | 前期检泵周期/d | 目前生产时间/d | 清蜡周期/d | 节约费用/万元 |
| ZXH113-19 | 183 | 263 | 40 | 10.2 |
| ZXH115-CP1 | 142 | 275 | 40 | 10.3 |
| ZW-8 | 133 | 320 | 30 | 11 |
| ZW2-1-1 | 122 | 315 | 30 | 11 |
| ZW2-3-6 | 165 | 328 | 30 | 11.1 |
3.2 典型井例:ZW-8井 3.2.1 流体性质
ZW-8井所在区块沙海组原油凝固点较高,临井ZW-1井资料显示:沙海组(915.8~921.8 m)地层温度38.5 ℃,原油密度0.909 g/cm3,黏度118.82 mPa·s,凝点32.0 ℃,含蜡质量分数18.57%。
3.2.2 前期生产情况2012年11月,对1 851.4~1 857.7和1 766.3~1 771.2 m井段进行试油,未达到工业产油要求,于2014年4月22日对该层进行填砂注灰。
4月27日,对沙海组油层进行射孔压裂,压裂后于5月29日至6月3日进行放喷。该井2014年6月5日投产,生产井段为1 114.7~1 138.5 m,采用过泵加热举升工艺,泵深1 050 m,截至2014年12月13日,已累计产液1 569 m3,其中产油1 108 m3。该井于2015年2月进行检泵作业。
3.2.3 应用双筒可洗井螺杆泵生产情况该井于2015年3月2日采用GLB75-40K双筒可洗井螺杆泵开始泵抽,下泵深度1 080 m。截至目前,已正常工作超过300 d。生产参数:75 mL/r×40 r/min,稳产期间日产油2.5 m3,日产液3.4 m3,平均泵效达到78.2%。
4 结 论(1) 双筒可洗井螺杆泵实现了举升与洗井作业功能一体化,减少了常规螺杆泵洗井作业时需上提下放泵挂的作业工序;与现有地面驱动装置配套使用,节约了作业成本;有效地解决了故障井的恢复和检泵作业的污染问题,提高了洗井效率和原油产量;减轻了劳动强度,现场推广应用方便。
(2) 环形挡砂锥阀总成可有效防止举升过程中砂埋洗井流道,延长双筒可洗井螺杆泵的使用寿命,并安全可靠地完成举升排液与洗井作业的转换;可重复使用洗井保护外筒实现了洗井保护外筒的可重复利用性及通用性,减少了投入成本。
(3) 该技术现场试验5井次,平均泵效72%,平均工作周期360 d以上,对比措施前普通螺杆泵累计节省洗井费用17万元,经济效益显著,在出砂、结蜡和结垢等油井应用前景广阔。
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