套保油田稠油排砂冷采螺桿泵系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

1、,套保油田稠油排砂冷采螺桿泵系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù) 中國石油吉林油田分公司,,,排砂冷采是一項(xiàng)新的稠油開采方式，它除了要求特定的地質(zhì)條件外，在舉升工藝上要求采用具有高攜砂性能的螺桿泵。吉林油田分公司通過在套保油田反復(fù)試驗(yàn)，總結(jié)出了設(shè)計(jì)應(yīng)用高攜砂螺桿泵各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的方法，即泵排量、轉(zhuǎn)速、揚(yáng)程、地面驅(qū)動(dòng)功率的優(yōu)選和油管、油桿、錨定器等井下工具的合理組合。通過2002?2003年現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，本技術(shù)充分發(fā)揮了油井產(chǎn)能，滿足了排砂冷采的需要

2、。,,,,,,,,一、二、三、四、五、,套保稠油油田的基本狀況,螺桿泵在套保稠油油田開發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,排砂冷采方式下螺桿泵舉升工藝的應(yīng)用效果,排砂冷采方式下螺桿泵井下管柱的優(yōu)化,排砂冷采方式下螺桿泵生產(chǎn)管理及小修作業(yè)管理,第一部分套保油田的基本狀況,,,,,,簡介,套保稠油油田的基本狀況,套保油田位于吉林省白城市到保鄉(xiāng)境內(nèi)，西距白城市約20km。長白鐵路、公路通過油田，交通方便。 該油田區(qū)域構(gòu)造位于松遼盆地南部西部斜

3、坡區(qū)中部隆起區(qū)的西部緩坡帶上，有薩爾圖、葡萄花兩套層系，主力油層為薩爾圖油層。,一、油田自然狀況,,,,,,簡介,套保稠油油田的基本狀況,,二、儲(chǔ)層及原油性質(zhì),套保稠油油藏埋藏淺，油層中部320m左右；縱向上油層集中發(fā)育，但油層厚度薄，多數(shù)在3～10m,平均有效厚度6.5m;儲(chǔ)層膠結(jié)疏松；隔夾層薄，一般為1－5m；儲(chǔ)層屬高孔高滲儲(chǔ)層,平均孔隙度35%，滲透率平均1.9μm2,含油飽和度為66%，凝固點(diǎn)-22℃，20℃時(shí)脫氣原油密度0.9

4、25g/cm3,油層溫度18℃時(shí)脫氣原油粘度為3527mPa.s，流體類型為普通稠油，油層平均地層壓力為3.22MPa。,,,,,,簡介,套保稠油油田的基本狀況,,三、開采歷程,套保油田1999正式投入試采，先后開展過常規(guī)采油、蒸汽吞吐開采和排砂冷采三種開采方式的試驗(yàn)，因開采方式不同，采用的舉升設(shè)備由抽油機(jī)配合稠油泵防砂采油到應(yīng)用螺桿泵進(jìn)行排砂冷采，同時(shí)經(jīng)濟(jì)效益也有較大變化。 常規(guī)采油產(chǎn)量低，注蒸汽吞吐熱采成本高，這兩種

5、開采方式的經(jīng)濟(jì)效益都比較差，而應(yīng)用排砂冷采技術(shù)，油井的產(chǎn)能大幅度提高，與常規(guī)采油比日產(chǎn)油提高了近10倍（最高可達(dá)30t/d），取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。 目前形成了一套適合開發(fā)淺層稠油的排砂冷采配套舉升工藝技術(shù)，為疏松砂巖稠油開發(fā)最先進(jìn)的技術(shù)。,第二部分螺桿泵在套保稠油油田開發(fā)中的 應(yīng)用發(fā)展,,螺桿泵在套保稠油油田開發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,采油方式的選擇的合適與否，決定了一個(gè)油田的經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)歷三年多的礦場(chǎng)試驗(yàn)，

6、攻克了一系列技術(shù)難關(guān)，確定了套保油田采用排砂冷采技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。 地層內(nèi)大量砂子的產(chǎn)出是排砂冷采獲得較高產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。怎樣將砂子安全舉升到地面是采油工藝迫切需要解決的問題。從采油設(shè)備上來看，常規(guī)活塞式深井泵在地層產(chǎn)出液含砂較高時(shí)，經(jīng)常發(fā)生卡泵現(xiàn)象。礦場(chǎng)實(shí)踐表明，螺桿泵能很好地泵送高含砂量、高黏度原油，調(diào)整排量操作簡單、精確，適合做為稠油排砂冷采的配套舉升設(shè)備。 因此套保油田的采油方式采用地面電動(dòng)機(jī)皮帶傳動(dòng)

7、螺桿泵采油系統(tǒng)配合排砂冷采技術(shù)進(jìn)行開采。,,螺桿泵在套保稠油油田開發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,,螺桿泵在套保稠油油田開發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,一、螺桿泵舉升系統(tǒng)各部分的選擇,1、螺桿泵排量確定 確定排量的原則：（1）、排砂冷采要求生產(chǎn)壓差最好能放到最大；（2）、根據(jù)油井油層性質(zhì)、排砂冷采試驗(yàn)井的生產(chǎn)情況，預(yù)測(cè) 排砂冷采井初期產(chǎn)量（套保油田一般為4-35 m3/d）；（3）、螺桿泵說明書注明：舉升揚(yáng)程400-600米時(shí)，泵效為

8、 65%-70%；（4）、為減輕摩損，螺桿泵一般采用中低轉(zhuǎn)速（50-150rpm）， 在生產(chǎn)時(shí)可上下調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速，及時(shí)改變泵的排量。 根據(jù)以上條件，套保油田排砂冷采使用10m3/d·100rpm、16 m3/d·100rpm、28 m3/d·100rpm 三種排量的泵，以滿足不同產(chǎn)量井的需要。,（一）、井下泵及管柱部分,一、螺桿泵舉升系統(tǒng)各部分的選擇,,螺桿泵在套保稠油油

9、田開發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,（一）、井下泵及管柱部分,一、螺桿泵舉升系統(tǒng)各部分的選擇,2、螺桿泵揚(yáng)程的確定 考慮螺桿泵的揚(yáng)程受原油液體粘度、含砂量的影響，需要舉升揚(yáng)程相對(duì)高。根據(jù)稠油排砂冷采選泵軟件計(jì)算，日產(chǎn)4m3/d、35m3/d需用揚(yáng)程如下表：,注：計(jì)算條件：含砂20%（V/V）、粘度3527mPa.s、Φ25mm抽油桿、泵掛350m、沉沒度10m、回壓0.15MPa。,,螺桿泵在套保稠油油田開發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,一、螺桿泵舉升系統(tǒng)

10、各部分的選擇,（二）、抽油桿,抽油桿設(shè)計(jì)原則是所選用抽油桿許用扭矩必須大于工作扭矩，并有不小于20%的安全系數(shù)。對(duì)于排砂冷采井，含砂增高時(shí)對(duì)扭矩影響極其敏感，含砂超過5%后，驅(qū)動(dòng)扭矩直線上升。下面是Amoco公司在一口排砂冷采井測(cè)定含砂與驅(qū)動(dòng)扭矩關(guān)系圖。,,螺桿泵在套保稠油油田開發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,（二）、抽油桿,一、螺桿泵舉升系統(tǒng)各部分的選擇,,螺桿泵在套保稠油油田開發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,一、螺桿泵舉升系統(tǒng)各部分的選擇,（二）、抽油桿,HP

11、 式中： T —抽油桿井口處許用扭矩，N﹒m；G —抽油桿剪切彈性模量，8.1×104MPa；IP —抽油桿截面慣性矩，mm4；HP —泵掛深，m； (0.5～1)H,抽油桿許用扭矩計(jì)算公式為： G·IP

12、·Φ,T=───,ф—許用扭矩角 ф=───── ，rad；,3.14,,螺桿泵在套保稠油油田開發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,一、螺桿泵舉升系統(tǒng)各部分的選擇,（二）、抽油桿,代入φ22mm和φ25mm兩種規(guī)格油桿數(shù)據(jù)，可算出φ22mm油桿許用扭矩范圍為296-592N.m，φ25mm油桿許用扭矩范圍為494-988N.m。 據(jù)實(shí)測(cè)，在泵掛350m、產(chǎn)量20t/d、轉(zhuǎn)速60rpm情況下，含砂為0和30%工況下，井口最大驅(qū)動(dòng)扭矩分別為

13、158N.m和474Nm。 選擇φ25mm油桿能滿足生產(chǎn)需要。實(shí)踐證明， φ25mm油桿的斷脫幾率要遠(yuǎn)底于φ22mm油桿。,,螺桿泵在套保稠油油田開發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,（三）、油管,一、螺桿泵舉升系統(tǒng)各部分的選擇,排砂冷采普遍采用φ88.9mm油管與φ25mm油桿配合，目的是減小管桿環(huán)空阻力。,（四）、井口,采用7″簡易150型井口，驅(qū)動(dòng)頭與井口法蘭連接，同時(shí)考慮排砂冷采環(huán)空測(cè)試的需要，在井口法蘭下部設(shè)計(jì)了偏心測(cè)試頭。,（五）、光桿,依據(jù)

14、生產(chǎn)時(shí)扭矩要求和日常管理經(jīng)常提出轉(zhuǎn)子沖洗需要，選定φ32mm\10m長的光桿。,,螺桿泵在套保稠油油田開發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,二、配套工具,螺桿泵井下配套工具主要有油管扭力錨、抽油桿防脫器及桿、管扶正器，套保油田油井是淺直井，螺桿泵轉(zhuǎn)速較低，所以抽油桿防脫器及桿、管扶正器沒有使用，現(xiàn)場(chǎng)沒有桿管偏磨及倒轉(zhuǎn)脫扣現(xiàn)象發(fā)生。 套保油田試驗(yàn)過支撐卡瓦錨和扭力錨，試驗(yàn)結(jié)果表明帶扭力錨的管柱受力狀況好，不用專門解封、座封。工具簡單，對(duì)排砂冷采井十

15、分適用。 常規(guī)的防轉(zhuǎn)錨不能承受油井高含砂時(shí)產(chǎn)生的大扭矩，因此采用加拿大專為排砂冷采井生產(chǎn)的承受大扭矩的翻板式扭力錨。該錨定器使用方便、性能穩(wěn)定，油田目前采用加拿大生產(chǎn)的7″翻板式扭力錨，錨長393.7mm。,,螺桿泵在套保稠油油田開發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,三、地面驅(qū)動(dòng)裝置及電控部分,地面驅(qū)動(dòng)裝置將動(dòng)力傳遞給井下泵轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)。主要包括：電機(jī)、傳動(dòng)皮帶、減速箱、盤根盒、電控箱五部分。螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)裝置的選擇除考慮與井口連接及

16、減速比等因素外，更重要的是要考慮驅(qū)動(dòng)頭電機(jī)功率的承載能力。,,螺桿泵在套保稠油油田開發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,（一）、電機(jī)功率設(shè)計(jì),三、地面驅(qū)動(dòng)裝置及電控部分,電機(jī)功率設(shè)計(jì)主要考慮油井初產(chǎn)時(shí)的高含砂及措施快速提液要求，各部份的消耗功率如下 ：,15 m3/d·100 r/min時(shí)系統(tǒng)功率損耗表,,螺桿泵在套保稠油油田開發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,（二）、電控箱,三、地面驅(qū)動(dòng)裝置及電控部分,電控箱控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止，配備變頻調(diào)速裝置，以滿足時(shí)常

17、調(diào)整排量的需要，可以精確控制動(dòng)液面，保持較大的生產(chǎn)壓差，確保排砂冷采的成功，并具有過載、欠載等異常情況自動(dòng)停機(jī)保護(hù)功能，防止抽油桿斷脫和干磨事故發(fā)生。,第三部分排砂冷采方式下螺桿泵井下工藝管柱的優(yōu)化,,排砂冷采方式下螺桿泵井下工藝管柱的優(yōu)化,,試驗(yàn)初期我們采用的是常規(guī)的管柱結(jié)構(gòu)，即油管+泵+錨定器+定位銷+尾管。 缺點(diǎn)：泵的沉沒度比較低。由于油層壓力低，原油粘度大且含砂高，螺桿泵的吸液能力差，造成泵效低和尾管內(nèi)及其入

18、口積砂，經(jīng)常發(fā)生堵塞。,,排砂冷采方式下螺桿泵井下工藝管柱的優(yōu)化,,為解決砂堵尾管造成頻繁作業(yè)問題，我們對(duì)井下管柱進(jìn)行了第一次改進(jìn)，將泵吸入口下在油層底界。由于支撐卡瓦錨必須下在油層之上，錨和泵之間用幾根油管相連，為防轉(zhuǎn)脫，將各處絲扣用鋼筋焊接。見下圖。,,排砂冷采方式下螺桿泵井下工藝管柱的優(yōu)化,,,排砂冷采方式下螺桿泵井下工藝管柱的優(yōu)化,,第二次改進(jìn)是改變油管錨固方式，選用翻板式扭力錨，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、堅(jiān)固耐用。

19、 管柱結(jié)構(gòu)是油管+螺桿泵+定位銷+扭力錨,,排砂冷采方式下螺桿泵井下工藝管柱的優(yōu)化,,第二次改進(jìn)后存在問題： 一是油井出砂量大，砂埋泵吸入口： 二是原油粘度高，進(jìn)泵阻力大，井下泵的充滿程度低。 解決方案：把普通的定位銷改成側(cè)開槽定位銷,第四部分排砂冷采方式下螺桿泵生產(chǎn)管理及小修作業(yè)管理,,排砂冷采方式下螺桿泵生產(chǎn)管理及小修作業(yè)管理,,套保油田在三年多的生產(chǎn)過程中，

20、摸索、總結(jié)出了一些經(jīng)驗(yàn)作法，初步形成了螺桿泵排砂冷采的八項(xiàng)管理制度。 《螺桿泵日常管理規(guī)程》 《油井管理制度》 《新投油井的管理》 《生產(chǎn)井異常情況的管理》 《生產(chǎn)井異常情況判斷流程圖》 《高含砂生產(chǎn)井的管理》 《螺

21、桿泵井下作業(yè)施工的管理規(guī)定》 《井下作業(yè)中撈砂作業(yè)管理規(guī)定》,,8項(xiàng)制度,第五部分排砂冷采方式下螺桿泵舉升工藝的應(yīng)用效果及幾點(diǎn)認(rèn)識(shí),,排砂冷采方式下螺桿泵舉升工藝的應(yīng)用效果,,套保油田自2000年試驗(yàn)螺桿泵作為稠油舉升的配套設(shè)備以來，對(duì)選泵、桿管泵及井下工具的組合有了一套成型的經(jīng)驗(yàn)，最終確定采用高攜砂螺桿泵作為套保油田稠油排砂冷采開發(fā)的配套舉升設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，對(duì)于含砂體積比30%～40%的油井，在沒

22、有沉砂口袋的情況下也能正常工作。2003年產(chǎn)能建設(shè)54口井全部應(yīng)用該技術(shù)，取得了成功。,,排砂冷采方式下螺桿泵舉升工藝的幾點(diǎn)體會(huì),,第一、螺桿泵舉升系統(tǒng)是最好的稠油舉升設(shè)備，排砂冷采必須采用高攜砂性能的螺桿泵，它適合泵送高粘原油，而不受原油中含砂量的限制。礦場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，螺桿泵已成功地泵送過含砂量高達(dá)85%、原油粘度為2000mPa.S的稠油。 第二、螺桿泵舉升系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，含砂量增大，設(shè)計(jì)稠油排砂冷采井的地

23、面驅(qū)動(dòng)設(shè)備的功率必須比常規(guī)設(shè)計(jì)大。 第三、螺桿泵舉升系統(tǒng)中的井下桿、管組合必須滿足高攜砂要求。 第四、螺桿泵舉升系統(tǒng)中井下螺桿泵的吸入口下入位置在油層射孔底界下1m以內(nèi)，確保最大生產(chǎn)壓差，而又不被砂埋。,,排砂冷采方式下螺桿泵舉升工藝的幾點(diǎn)體會(huì),,第五、螺桿泵舉升系統(tǒng)中電控箱必須配備變頻器，調(diào)整排量簡單、迅速。螺桿泵的排量與轉(zhuǎn)速成正比，只要旋轉(zhuǎn)調(diào)速旋鈕就可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，可精確調(diào)整油井排量，控制動(dòng)

24、液面，從而控制泵的沉沒度。 第六、螺桿泵舉升系統(tǒng)投資少，運(yùn)行費(fèi)用低。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備造價(jià)低，系統(tǒng)效率高，維護(hù)工作量小，運(yùn)行成本低，與往復(fù)有桿泵系統(tǒng)相比最少節(jié)電15%。 第七、螺桿泵舉升系統(tǒng)不存在對(duì)地表土壤的依賴，套保油田油井大部分在沼澤及稻田，采用螺桿泵是最好的解決辦法，因?yàn)槁輻U泵驅(qū)動(dòng)頭安裝在井口上，不存在對(duì)地表土壤的依賴。,經(jīng)過幾年的反復(fù)試驗(yàn)，吉林油田分公司摸索出了一套螺桿泵系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)