地面驱动螺杆泵采油技术优化研究

2022-09-11

地面驱动螺杆泵由于抽油杆自身既需要受到拉力作用, 又受到扭力作用, 且下入深度较浅, 在实际生产过程中如采油技术工艺不当, 往往会造成固定部位的磨损或磨断油管, 以及油管或抽油杆脱扣等问题, 这就需要做好对相关工艺技术的优化与匹配, 以保证设备的正常、稳定运行。

1 地面驱动螺杆采油工作原理

地面驱动螺杆泵作为一种容积式泵, 其工作原理是由地面驱动装置带动抽油杆和转子在定子橡胶衬套内旋转, 转子和定子之间的容积均匀上移, 从而产生抽汲、推挤作用, 而实现连续性的排油。

地面驱动螺杆泵采油系统主要由油层、井筒和抽油设备三部分组成。油层的工作特性由综合IPR来描述;井筒中流体则按照多相管流规律进行流动;抽油设备则主要包括了地面驱动装置、抽油杆柱、井下螺杆泵, 用于向井筒中流体提供能量, 其自身组成一个复杂的机械系统。可通过正确地选择泵型和设计抽油参数来控制、调节油井的生产, 使得抽油设备系统与油层和井筒的能力相协调, 在高效、安全的基础上获得较高的产油量和经济效益。

2 地面驱动螺杆泵采油工艺技术优化

2.1 防脱优化技术

2.1.1 油管柱防脱技术

由于螺杆泵的转子在定子内是顺时针旋转, 工作负载直接表现为扭矩, 当转子扭矩作用在定子上时, 定子承受的扭矩会使上部的正螺纹油管脱扣, 因此对地面驱动螺杆泵的油管柱必须采取防脱措施。当前, 油管柱防脱技术主要有两种, 一种是锚定工具, 另一种则是反扣油管。通常采用的是锚定工具, 与常规油管锚的使用一样。

2.1.2 抽油杆防脱技术

由于驱动螺杆泵的抽油杆柱长度很长, 当传递扭矩时抽油杆柱会储存一定的弹性变形能, 一旦停机, 抽油杆内储存的弹性变形能释放出来造成抽油杆高速反转而脱扣或因固定阀失灵停机后油管内液体回流造成抽油杆反转而脱扣。目前, 可采用防脱技术主要有以下几种: (1) 采用定向离合器进行防反转。在定向离合器的外壳上安装刹车带, 当需要上提抽油杆时先缓慢松开刹车带, 将弹性变形能缓慢释放, 使抽油杆只能做单向转动, 即可有效地防止抽油杆脱扣。 (2) 停机前先降压运行一段时间, 使抽油杆弹性变形能释放出一部分, 然后利用时间继电器控制停机。 (3) 安装性能可靠的固定阀, 确保停机后油管内液体不回流。 (4) 采用插接式空心抽油杆, 防止抽油杆倒转时脱扣。

2.1.3 防磨优化技术

防磨优化技术是指螺杆泵采油时, 能减轻油管和抽油杆磨损的技术。由于抽油杆柱和螺杆泵转子离心作用使定子和油管受到周期性冲击, 产生振动而造成油管磨损。为了消除振动, 一般在定子上接头处装油管扶正器, 或使用反螺纹油管时在定子上、下接头处装油管扶正器。同时, 由于井斜和方位角变化是造成抽油杆磨损的主要原因, 为了减轻这类磨损, 应在井斜变化大或方位角变化大的部位以及光杆下部加装抽油杆扶正器。通常采用的油管扶正器, 主要有弹簧式和橡胶式两种;而抽油杆扶正器, 则基本采用耐磨的尼龙材料制造, 形状与尼龙刮蜡器相似。

3 解堵优化技术

由于油井原油具有凝固点高和含蜡量高的特点, 当冬季温度较低或停机时间偏长时, 都将可能导致螺杆泵油管内上部出现原油凝固的问题, 使得螺杆泵无法正常运行, 因此在日常生产中还应采用解堵优化技术。常采用的是电缆加热解堵技术, 该技术原理是通过在油杆内下入加热电缆, 利用电缆加热后所生成的热量使原油凝固问题得到解决。

4 故障诊断技术

地面驱动螺杆泵在采油过程中, 如因管理不当、工况不合理或者产品质量等问题时, 将会出现一系列故障问题, 常见故障有抽油杆断脱、各种堵塞、油管漏失、定子橡胶脱落等。必须采取适当的故障诊断技术, 以确保生产稳定。较常采用的故障诊断技术, 主要有电流法和憋压法两种。

4.1 电流法

电流法主要是通过测试驱动电动机的工作电流, 通过电动机工作电流的大小, 来判断螺杆泵工作状况的方法。该方法较为适用于检测抽油杆断脱、油管脱落或漏失、泵漏失、定子橡胶磨损严重、输油管线堵、结蜡严重等故障形式。

4.2 憋压法

憋压法主要是通过关闭采油树回压闸门进行憋压的方式, 来观测井口油压和套压的变化, 进而诊断螺杆泵工作状况的方法。该方法主要适用于检测抽油杆断脱、油管脱落、泵严重漏失、定子橡胶脱落等故障形式。

5 结语

由于我国在地面驱动螺杆泵的实际应用时间较短, 经常出现工作参数不匹配, 采油工艺选择不当等方面的问题, 导致设备及油井的生产功效得不到充分发挥。本文从地面驱动螺杆泵的工作原理出发, 并对螺杆泵采油相关工艺技术的优化应用进行了分析与探讨, 以此希望对地面驱动螺杆泵采油系统的实际应用起到一定的借鉴作用。

摘要：地面驱动螺杆泵是由地面电动机带动驱动头, 经减速带动光杆和抽油杆柱旋转, 驱动螺杆泵转子旋转抽油的一种抽油泵。它具有结构简单、运动件少、故障率低以及价格便宜等特点, 因此近年来在我国稠油、高含砂和高气液比的井开采中有着较为广泛的应用。然而, 我国在地面驱动螺杆泵的实际应用时间较短, 经常出现工作参数不匹配, 采油工艺选择不当等方面的问题, 导致设备及油井的生产功效得不到充分发挥。本文结合实际工作经验, 从地面驱动螺杆泵的工作原理出发, 并着重就其采油技术工艺的优化进行了分析与探讨。

关键词：地面驱动螺杆泵,采用技术,优化