螺杆泵井高流压的原因及治理方法_陈丽鹤.pdf

2023 年 第 7 期 化学工程与装备 2023 年 7 月 Chemical Engineering&Equipment 107 螺杆泵井高流压的原因及治理方法 螺杆泵井高流压的原因及治理方法 陈丽鹤（大庆油田第五采油厂，黑龙江 大庆 163000）摘 要：摘 要：螺杆泵采油技术是目前应用较广泛的人工举升采油方式，在油田生产中占有重要位置。由于螺杆泵井是一种特殊的有杆泵采油，不可避免地会出现各种机械故障，再加上管理不到位以及客观因素的影响等，使螺杆泵井出现高流压现象，降低了螺杆泵井产液量。能够及时发现、分析、诊断、处理螺杆泵井在生产过程中出现的高流压状态，将产量影响降低到最小，实现经济效益最大化。关键词：关键词：螺杆泵井；高流压；故障；参数 引 言 引 言 螺杆泵采油技术具有举升效率高，占地少，安装，管理方便，井况适应性强等一系列优点，在油田上被广泛应用。地面驱动井下螺杆泵的转子转动是通过地面驱动装置驱动光杆转动，通过中间抽油杆将旋转运动和动力传递到井下转子，使其转动。螺杆泵是靠空腔排油，即转子与定子间形成的一个个互不连通的封闭腔室，当转子转动时，封闭空腔沿轴线方向由吸入端向排出端方向运移。封闭腔在排出端消失，空腔内的原油也就随之由吸入端均匀地挤到排出端。同时，又在吸入端重新形成新的低压空腔将原油吸入。这样封闭空腔不断地形成、运移和消失，原油便不断地充满、挤压和排出，从而把井中的原油不断地吸入，通过油管举升到井口。在日常生产中，螺杆泵井的流压主要通过测试油套环形空间的液面波来解释。合理的流压范围可以提高油井的产液量，流压过高过低都会导致供排关系的不平衡，尤其高流压一方面导致地层出液能力变差，另一方面导致井口产油降低，不利于生产需求。因此，分析螺杆泵井高流压影响因素及通过合理的方法降流压十分有必要。1 影响螺杆泵井高流压的因素 1 影响螺杆泵井高流压的因素 1.1 螺杆泵井井下工具出现异常，导致流压升高 螺杆泵井下泵工作实际是转子与定子间形成的一个个不连通的封闭腔室，当转子转动时，封闭空腔沿轴线方向由吸入端向排出端方向运移的过程。为了保证螺杆泵井一定的泵效，就必须使定、转子表面的接触保持充分密封。定子一般由一种坚固、耐油、抗腐蚀的合成橡胶精制成型，然后被粘接在钢壳体内而成。随着螺杆泵工作时间的延长，如果管理不当、工况不合理或产品质量有问题，会出现一系列故障。常见的故障有抽油杆断脱、油管断脱、蜡堵、定子橡胶脱落等，这些故障都会导致螺杆泵非正常生产，使油套环形空间内的液面持续上升，出现高流压现象。1.2 螺杆泵井地面参数过小，导致流压升高 当螺杆泵井地面参数过小时（即转数偏小），根据螺杆泵的排量计算公式：Q=1440qn，其中Q泵的理论排量，m3/d；q泵的转排量，即每转排量，m3/r；n螺杆的转数，r/min。可以得到螺杆泵井的排量就偏小，而此时地层产液能力强，井口产出相对较少，造成螺杆泵井高沉没度，流压升高的现象。1.3 螺杆泵井地面拖动设备的影响，导致流压升高 1.3.1 地面拖动设备功率过小 螺杆泵井地面拖动设备功率的初选为地质根据螺杆泵井的产液能力设计的功率，一方面投产后有些井产液能力较强，相对于预计产能要高，因此投用的驱动设备就会偏小；另一方面由于地质方案的调整，增加一些增产措施（压裂，补孔），也会带来产液能力的增强，因此导致一些螺杆泵井出现过载停机现象，出现高流压。1.3.2 电控部分散热功能差，导致螺杆泵井自动停机 电控箱是螺杆泵井的控制部分，控制电机的启、停。该装置能自动显示、记录螺杆泵井正常生产时的电流、累计运行时间等，有过载、欠载自动保护功能，确保生产井正常生产。目前油田上应用的螺杆泵控制部分都是变频功能的电控箱。此类电控箱不但可以自动显示、记录电流、运行时间外，还可以显示扭矩等数据，方便参数调整，有一定的优越性。但是目前我矿应用的变频电控箱经常出现一个问题，就是电控箱内的逆变模块温度过高就会导致螺杆泵井自动停机，因而导致流压升高。1.4 测试仪器的精确影响，导致资料不准造成的高流压 由于螺杆泵井无下井压力计的通道和测试工艺，目前螺杆泵采油井的井下压力测试只能通过液面法折算流压和静压。在测试中，螺杆泵并不像抽油机井有地面示功图作为参照，只能通过液面一个资料分析流压的高低，这时往往存在测试的液面不能准确地反映一口井的流压水平，存在一定的误差，此时的高流压就与资料的准确度有关。2 螺杆泵井高流压的治理对策 2 螺杆泵井高流压的治理对策 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.07.049108 陈丽鹤：螺杆泵井高流压的原因及治理方法 2.1 针对井下工具问题造成的高流压，通过检泵措施降低流压 经过实践和理论的讨论，常用的故常诊断方法主要有电流法和憋压法两种。（1）电流法 电流法就是通过测试驱动电机的工作电流，根据工作电流大小来诊断泵况的方法。电流法可以诊断如下表 1 中的各类故障。（2）憋压法 憋压法就是通过关闭采油树回压闸门进行憋压，观测井口油压和套压变化进行诊断井下泵况的方法，见表 2。表 1 电流法诊断 表 1 电流法诊断 工作电流 工况特性 故障形式 接近电机空载电流 无排量，油套不连通 抽油杆断脱 油套连通 油管脱落或油管严重漏失 接近正常运转电流 排量很小，液面较浅 油管漏失或定子橡胶磨损严重失效 排量很小，液面较深 泵严重漏失、气体影响、油层供液能力差 明显高于正常运转电流 排量正常，油压正常 结蜡严重 排量降低，油压明显升高 输油管线堵 排量正常（投产初期）定子橡胶溶胀大，定子不合格 周期性波动 脉动出液 转子不连续运转，泵不合格 表 2 憋压法诊断 表 2 憋压法诊断 油压、套压 工况特性 故障形式 油压不上升且不同于套压 无排量 抽油杆断脱 油压不上升且接近套压或油压上升异常缓慢且与套压变化规律一致 无排量或很小 油管断脱，油管严重漏失 油压上升缓慢且不同于套压 排量小，泵效低，动液面较深 泵严重漏失，气影响，供液能力差 油压与套压接近 油套连通 定子橡胶脱落 通过以上两种方法，对某作业区的高流压螺杆泵井进行分析，得出有 12 口井由于井下工具问题造成的高流压，通过检泵措施后，对比检泵前后流压情况，流压下降 3.23MPa。井数（口）检泵前流压（MPa）检泵后流压（MPa）差值（MPa）12 7.66 4.59-3.07 2.2 针对螺杆泵地面参数过小，通过调大转数或转排量降低流压 通过换大转排量和调大螺杆泵转数，流压分别降低2.67MPa和2.9MPa，对比如下表。井数（口）换前流压（MPa）换后流压（MPa）差值（MPa）8 8.17 5.5-2.67 井数（口）调前流压（MPa）调后流压（MPa）差值（MPa）10 6.7 3.8-2.9 2.3 针对地面拖动设备问题，通过更换和维修设备降低流压 针对电控设备散热问题的螺杆泵，目前已有2口井通过改变电控设备的格局，解决了由于散热问题引起的自动停机故障，流压下降2.59MPa；针对驱动过小的通过换大驱动头，流压降低了5.27MPa。井数（口）维修前流压（MPa）维修后流压（MPa）差值（MPa）4 7.69 5.1-2.59 井数（口）换前流压（MPa）换后流压（MPa）差值（MPa）5 8.45 3.18-5.27 2.4 针对资料不准确井，利用掺水灌井方法确定液面深度 由于测试仪器的影响造成的高流压，首先进行工况分析，其次要兼顾地面设备及参数等因素，排除这些因素的影响，才有可能是仪器的影响。针对这类井，可以利用掺水灌井的方法来确定液面深度，掺水灌井 （下转第112页）（下转第112页）112 高 磊：节能控制技术在游梁式抽油机中的应用 电方式，通过不断开井和关井的操作，可以有效提高抽油机井采油设备的运行效率，提高油泵的排量，达到降低油耗、节约生产成本的效果。此外，在游梁式抽油机的运行过程中，根据抽油机的负荷情况应用断续供电技术，当抽油机空载运行时可以切断电路，而需要抽油机输出功率时则可以快速接通电源，在这种情况下可以更加合理的利用电能，降低电能的损耗，并且采用这种技术还可以控制接入电源对系统造成的冲击，提高节能效果。影响断续供电节能技术的应用效果的主要原因就是电机的通电与断电时产生的冲击功率。因此，油田企业需要结合实际情况，经过反复的实验摸索出最为科学合理的间抽时间，发挥出抽油机井采油系统最大的节电潜能，对采油方式进行优化。2 游梁式抽油机中常用的节能控制装置 2 游梁式抽油机中常用的节能控制装置 2.1 星角变换节能控制器 星角变换节能控制器主要是针对负载超过 30%以上的油井，在此类油井的运行过程中，由于抽油机不能及时变换星角，会造成能耗的增加，而通过应用星角变换节能控制器可以帮助抽油机及时变换星角，降低电机的励磁电流，从而有效控制游梁式抽油机的运行能耗。但是使用星角变换节能控制器在空间上需要做好准备，同时控制器还需要使用专用材料，在星角变换节能控制器的运行过程中技术人员还需要做好环境监测，以便于充分发挥出节能作用。2.2 晶闸管调压式节能控制器 这种节能控制器的主要功能是通过控制电机定子绕组的端电压对设备的导通角进行调节，从而优化系统电压，提高抽油机的节能效果。在游梁式抽油机中使用晶闸管调压式节能控制器可以更加灵活的控制电压，达到节能降耗的目的，但是这类节能控制器本身的造价较高，会增加油田开发的成本，并且在使用晶闸管调压式节能控制器的过程中有可能会产生较大的谐波，谐波会对现场的通信设备、控制系统等产生一定的干扰，这就要求在应用此类节能控制器前必须要做好技术研究，尽可能避免对其他设备或系统造成的干扰。2.3 间抽控制器 一般而言，在游梁式抽油机的系统当中具备采油能力设定余量功能，但是在实际使用过程中如果油井液面的高度低于规定值，抽油机仍会按照既定的程序进行采油，这就会造成抽空的问题，产生大量的能耗，同时也会对抽油机的性能造成不利影响。而通过使用间抽控制器可以弥补这一问题，间抽控制器会对油井液面的高度进行自动监测，确保在油井液面高于规定值时执行采油任务，从而减少过高的能耗，避免抽空的问题。在使用间抽控制器时技术人员需要合理的设定间抽时间，同时对间抽控制器的使用过程进行监测，确保间抽时间设定的合理性，从而达到预期的节能效果。2.4 变频节能控制器 在游梁式抽油机中应用变频节能控制器可以对抽油机进行变频调速，根据油田开发的要求在提高效率的基础上降低能耗，优化采油设备的性能，延长抽油机的使用寿命，达到节能降耗的目的。目前变频节能控制器在我国油田开发中的应用已经十分普遍，且发挥出了较为理想的节能性。3 结 语 3 结 语 游梁式抽油机是目前油田开发中常用的抽油机设备，通过将节能控制技术应用于游梁式抽油机中，可以提高抽油机的性能，降低能耗，达到节能目标。在我国大力倡导节能减排的背景下，为推动碳达峰、碳中和目标的实现奠定了良好基础。参考文献 参考文献 1 袁胜利.游梁式抽油机节能控制技术探讨J.石油石化节能,2021,11(9):10-12.（上接第 108 页）_（上接第 108 页）_ 就是利用油井的掺水流程，将掺水倒进油套环形空间，向油套环形空间注水，直到注不进掺水为止。记录此时入井筒的掺水量，然后利用公式其中，Q水注入掺水量，m3；d1套管内径，m；d2油管外径，m；h注掺水深度，m。计算出液面深度。通过这种方法可以把由于测试仪器精确度造成的资料不准影响排除。3 总结及建议 3 总结及建议（1）对于螺杆泵井高流压，要分析清楚造成高流压的原因，然后选择相应的措施来降低流压。（2）由于螺杆泵井只能通过流压资料来判断工作状态，因此在确定螺杆泵井属于哪种故障时一定要结合经验与现场实际情况，综合分析，得出故障类型，然后再采取相应措施。（3）通过调大螺杆泵转数或换大螺杆泵转排量，可以合理地降低流压。