埕島油田螺桿泵采油技術(shù)及改進(jìn)

1、埕島油田螺桿泵采油技術(shù)及改進(jìn) 王民軒 王世杰 孫 明 田 軍 （勝利油田有限公司）  提 要 螺桿泵采油在勝利海上埕島油田具有很好的適應(yīng)性，已占機(jī)采井總數(shù)的52.3%。本文就埕島油田螺桿泵采油技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了描述，其中包括系統(tǒng)組成及功用、螺桿泵泵型、抽油桿類型、井下封隔器類型及作用、螺桿泵采油井口和油管錨定裝置六個(gè)方面。在實(shí)踐中螺桿泵采油暴露出了諸如桿柱故障多、作業(yè)洗井不通、環(huán)空封隔器大修和安全控制系統(tǒng)不完善等問題。本文針對(duì)這些問題進(jìn)行了研究分析，提出了技術(shù)改進(jìn)方案，這些方案包括應(yīng)用雙頭螺桿泵，改進(jìn)桿柱結(jié)構(gòu)，推廣應(yīng)用采用防脫扣接頭的空心抽油桿，研制出了液壓油管錨、

2、錨定式油管泄油器、洗井滑套，對(duì)環(huán)空封隔器及排氣閥進(jìn)行了改進(jìn)。技術(shù)改進(jìn)方案實(shí)施后，使螺桿泵采油技術(shù)有了顯著的提高，延長了油井免修期，降低了作業(yè)成本。 Summary Screw pump rod production technology is very suitable for Chengdao reservoir at Shengli Marin Oilfield. The screw pump wells accounted for 52.5% of all the artificial lift wells. In this paper, we describe the present

3、situation of screw pump production technology in Chengdao Oilfield, including components of the system and their functions, screw pump type, pumping rod type, packer types and functions, screw pump wellhead and anchor. In Chengdao, there are some problems in use, for example, “string problems”, “eff

4、ective well flushing”, “wells cannot be flushed through”, “workover for annular packers”, “imperfect safety control system” and so on. Aimed to these problems, in this paper we analyze them and propose a project for improving the techniques which are “applying a sort of centralized hollow rod with a

5、nti-thread-off function”, “study on hydraulic tubing anchor”, “study on an anchored oil drainage apparatus”, “study of washover valve” and “improvement of the annular packer and the gas bleeding valve”. After the improved project successfully tested and implemented, it will largely protect screw pum

6、p oil recovery technology prolong the service life of the pump and reduce workover cost.關(guān)鍵詞 螺桿泵 采油 技術(shù)改進(jìn)  1 概 述 由于受海上采油平臺(tái)空間狹小的限制,勝利海上埕島油田目前采用了三種采油方式:自噴采油、電潛泵采油和螺桿泵采油。截止1999年5月，勝利海上埕島油田共投產(chǎn)機(jī)采井159口，其中螺桿泵井83口，占機(jī)采井總數(shù)的52.2%。 螺桿泵采油之所以在埕島油田能獲得廣泛的應(yīng)用，這與它在埕島油田具有很好的適應(yīng)性是分不開的。一方面，埕島油田主力油層館上段膠結(jié)疏松，易出砂，部分油井

7、地下原油粘度較高，而螺桿泵采油適用于油井輕度出砂和地下原油粘稠的井，因而能很好地適應(yīng)了井下要求。另一方面，螺桿泵地面設(shè)備簡單，占地小，平衡穩(wěn)定性好，管理維護(hù)方便。適用于海上采油平臺(tái)狹小空間。再者，螺桿泵投資少，運(yùn)行可靠，免修期長，作業(yè)成本低，經(jīng)濟(jì)效益好。以上優(yōu)點(diǎn)使得螺桿泵在埕島油田具有很好的適應(yīng)性，獲得了廣泛的應(yīng)用。 通過幾年來的應(yīng)用實(shí)踐，目前采用的螺桿泵采油系統(tǒng)暴露出來一些問題，這些問題增加了原油生產(chǎn)成本，影響了原油生產(chǎn)。本文通過對(duì)螺桿泵采油現(xiàn)狀的分析，研究出一套技術(shù)改進(jìn)方案，以延長油井免修期，降低生產(chǎn)成本，提高油井生產(chǎn)安全性，達(dá)到安全生產(chǎn)，提高效益的目的。2 埕島油田螺桿泵采油技術(shù)現(xiàn)狀2.

8、1 系統(tǒng)組成及功用 目前埕島油田螺桿泵生產(chǎn)系統(tǒng)的組成如下： 管柱結(jié)構(gòu)（自下而上）：絲堵+油管錨+傳壓筒+27/8EU油管+氣錨+打壓球座+螺桿泵+減震扶正器+31/2NU油管+液壓環(huán)空封隔器+31/2NU油管+油管掛（注：EU為平式；NU為加厚） 抽油桿柱結(jié)構(gòu)（自下而上）：轉(zhuǎn)子+防脫器+抽油桿+抽油桿扶正器+抽油桿+光桿 井口驅(qū)動(dòng)頭：臥式電動(dòng)機(jī)+皮帶傳動(dòng)+減速箱+反轉(zhuǎn)阻尼裝置 采油井口：HKY21-65型螺桿泵采油井口 ，通徑75毫米。 安全控制系統(tǒng)：液壓環(huán)空封隔器+液控排氣閥+液控管線+井口安全閥+地面控制柜2.2 螺桿泵泵型表1 螺桿泵性能表泵 型PC375×14PC460

9、15;14PC370×11PC200×26120DT54揚(yáng)程（m）98098077018001200124rpm下排量（m3/d）67826635.767定子外徑（mm）114107114114102 目前，埕島油田采用的螺桿泵主要有PC375×14、PC460×14、PC370×11、PC200×26和120DT54五種類型，其主要性能見表1。螺桿泵平均泵掛深度698.55米，平均泵效55.4%。從使用情況看，PC375×14泵較PC460×14泵平均檢泵周期長，平均泵效也高。這是由于PC460×14泵

10、排液量大，驅(qū)動(dòng)扭矩大造成了螺桿泵或抽油桿柱的損壞。 此外，埕島油田還安裝了從德國引進(jìn)的4.0-120DT54型和4.0-180DT54型兩種型號(hào)的螺桿泵，其技術(shù)參數(shù)如下：外徑101.6毫米；揚(yáng)程1200/1800米；理論排量（100轉(zhuǎn)/分鐘下）54立方米/日。2.3 抽油桿類型目前埕島油田主要使用了CYG25(D級(jí))型和KG36型兩種抽油桿，其中CYG25型D級(jí)實(shí)心抽油桿81井次，KG36型空心桿43井次，另外還有3口井下有接頭特制的螺桿泵專用空心抽油桿KG42。各種抽油桿性能對(duì)比見表2。 表2 抽油桿性能對(duì)比表抽油桿類型CYG25KG36KG42桿體外徑（mm）253642桿體內(nèi)徑

11、（mm）02530接箍外徑（mm）565660桿體抗扭截面模量（10-6m3）3.077.0310.75屈服應(yīng)力（MPa）6206206202.4 封隔器類型及作用 埕島油田螺桿泵井所用封隔器主要有RHD型和47“D-ESP”型螺桿泵封隔器 封隔器一般下深120150米，用于封隔油套環(huán)空。封隔器上裝有排氣閥，用來釋放套管氣。2.5 螺桿泵井口 埕島油田所用螺桿泵井口是HKY21-65型采油井口，其主閥位置裝有一個(gè)主閥門和一個(gè)膠皮閥門，翼閥位置一側(cè)并排裝有一個(gè)翼閥和一個(gè)井口安全閥，另一側(cè)裝有一個(gè)翼閥。額定壓力21兆巴，井口通徑65毫米。2.6 油管錨埕島油田螺桿泵管柱所用油管錨主要是LMD型機(jī)械

12、式油管錨，抗扭強(qiáng)度3.5kN。另外還有一口井裝有液壓油管錨。3 存在問題及原因分析自1996年至1999年5月，埕島油田共進(jìn)行螺桿泵檢泵作業(yè)57井次，通過對(duì)檢泵作業(yè)的統(tǒng)計(jì)，暴露出的問題可歸結(jié)為：桿柱故障、作業(yè)洗井不通、環(huán)空封隔器大修三類，見表3。另外，管柱結(jié)構(gòu)上還存在著安全控制系統(tǒng)不完善和部分井不能進(jìn)行壓力監(jiān)控的問題。表3 螺桿泵問題統(tǒng)計(jì)表檢泵原因 非桿柱故障9井次，占15.9% 桿柱故障48井次，占84.2%作業(yè)障礙 洗井不通8井次，占14% 封隔器大修5井次，占8.8%3.1 桿柱故障 根據(jù)作業(yè)資料統(tǒng)計(jì)，在48井次抽油桿柱故障中，故障分布如下： 抽油桿脫扣10井次，占20.8%； 桿柱工具

13、（包括扶正器、防脫器、轉(zhuǎn)子）脫扣13井次，占27.1%； 抽油桿、抽油桿短節(jié)、光桿斷裂7井次，占14.6%； 抽油桿工具損壞（包括防脫器損壞和扶正器斷）18井次，占37.5%。通過對(duì)桿柱故障的分析得出以下結(jié)論： 雖然各種抽油桿柱故障表現(xiàn)形式不一樣，但均可歸結(jié)為超載損壞或疲勞破壞。從起出桿柱上看，桿柱脫扣主要是超載滑扣。 抽油桿防脫器雖有效地防止了抽油桿的反轉(zhuǎn)脫扣，但防脫器本身又成為了桿柱的薄弱環(huán)節(jié)。 光桿、抽油桿短節(jié)、抽油桿扶正器、防脫器、轉(zhuǎn)子脫扣和斷裂在桿柱故障中占有較大的比例，其主要原因是超載破壞，同時(shí)也與工具本身質(zhì)量關(guān)系密切。 各種類型的超載破壞主要集中在了CYG25型實(shí)心抽油桿上，因此

14、，提高桿柱強(qiáng)度，減少桿柱工具是減少桿柱故障的有效途徑。3.2 作業(yè)洗井不通 從圖1的螺桿泵管柱結(jié)構(gòu)可以看出，無論正反壓井或洗井，洗井液都要經(jīng)過泵內(nèi)腔和環(huán)空封隔器上的排氣閥。當(dāng)螺桿泵轉(zhuǎn)子卡于定子中時(shí)，無論正反洗井都是洗不通的。僅當(dāng)排氣閥不通時(shí)，一般正洗井正常，反洗井不通；當(dāng)二者同時(shí)出現(xiàn)時(shí)就造成了作業(yè)無法壓井的局面。 泵轉(zhuǎn)子卡于定子中是由于沉砂或定子橡膠破碎將轉(zhuǎn)子擠死造成的； 排氣閥不通的，個(gè)別是由于死油堵塞了排氣孔，而大多數(shù)是由于排氣閥錐體從閥桿上脫落造成的。排氣閥閥桿與錐體用平扣連接在一起，在生產(chǎn)放氣過程中，由于氣流的渦流和振動(dòng)可造成錐體的脫落（這是非常有害的，在緊急狀態(tài)下油井不能正常關(guān)斷）；

15、在作業(yè)過程中，洗井液的渦流和振動(dòng)也可造成錐體的脫落。另外，也有多次因排氣閥閥桿斷裂造成洗井不通的情況。環(huán)保是海上油井作業(yè)極為重要的工作，作業(yè)壓井和洗井是防止井噴和保證起出桿、管不帶原油的基本工序。若不能正常壓井或洗井，會(huì)給作業(yè)帶來很大困難，不僅延長了作業(yè)周期，而且可能造成環(huán)境污染和井噴事故的發(fā)生。因此解決作業(yè)洗井問題，使螺桿泵生產(chǎn)井既有可靠的安全控制，又有暢通的洗井、壓井通道，是該工藝技術(shù)的關(guān)鍵。3.3 環(huán)空封隔器大修為了保證海上油井的安全生產(chǎn)，根據(jù)海上油井作業(yè)法規(guī)，目前埕島油田螺桿泵井裝有DHR型和47“D-ESP”型環(huán)空封隔器，另外還安裝有少量油井過電纜封隔器。埕島油田最先使用的是DHR型

16、環(huán)空封隔器，檢泵作業(yè)過程發(fā)現(xiàn)，這種封隔器不僅解封力變化大，而且多口井出現(xiàn)了因解不了封而大修的情況。DHR型封隔器產(chǎn)品說明書標(biāo)明解封力為160千牛頓，而實(shí)際解封力大都超過250千牛頓，有的達(dá)到400千牛頓。個(gè)別井解封力又太小，僅為2030千牛頓。另外還有5口井因解不了封而大修，因大修而增加的作業(yè)時(shí)間少則三天，多則十幾天，按平均五天計(jì)算，所增加的作業(yè)費(fèi)用每口井約30萬元。分析其原因，一是封隔器本身結(jié)構(gòu)所致；二是部分零部件工作不正常所致。通過分析DHR型封隔器結(jié)構(gòu)，該型封隔器存在如下問題：     膠筒位于液缸和卡瓦牙之間，坐封時(shí)，膠筒先脹出，再推出卡瓦牙卡緊

17、套管，這種結(jié)構(gòu)當(dāng)膠筒與套管之間磨擦力較大時(shí)，卡瓦牙不能卡緊套管。     解封剪釘在坐封過程中受液壓力，一旦坐封壓力太高會(huì)剪斷解封剪釘。     膠筒在油井中長期浸泡，解封剪釘剪斷后一旦膠筒不能完全縮回而與井壁磨擦?xí)r，下錐體就頂住卡瓦牙使之不能收回。     封隔器的承拉臺(tái)肩太小，當(dāng)中心管上拉負(fù)荷超過400千牛頓時(shí)，就會(huì)發(fā)生封隔器落井而只提出中心管。3.4 安全控制系統(tǒng)不完善按照海洋石油作業(yè)法規(guī)，生產(chǎn)井應(yīng)下環(huán)空封隔器和油管安全閥。從圖1的管柱結(jié)構(gòu)上可以看出，埕島油田的螺桿泵管

18、柱上均未安裝油管安全閥。埕島油田在開采初期大都有自噴能力，曾有多口螺桿泵井不開泵進(jìn)行自噴生產(chǎn)。以后才逐漸失去自噴能力而開泵生產(chǎn)。在目前地層虧空的情況下，轉(zhuǎn)子和定子間的密封可以控制油管內(nèi)液體。經(jīng)注水地層壓力回升后，油井又將具有自噴自溢能力，在緊急狀態(tài)下，一旦油井不能自動(dòng)緊急關(guān)斷，油將會(huì)從油管內(nèi)噴出或溢出。另外，現(xiàn)在在用的排氣閥在使用中出現(xiàn)了一些問題：     錐體脫落，經(jīng)采取措施仍不能完全防止。     多次出現(xiàn)閥桿斷裂問題。     通道都太小，洗井節(jié)流嚴(yán)重。因此有必要盡快完

19、善埕島油田的螺桿泵安全控制系統(tǒng)，并改進(jìn)排氣閥結(jié)構(gòu)。4 螺桿泵采油技術(shù)改進(jìn)4.1 引進(jìn)雙頭螺桿泵與單螺桿泵相比，由于雙頭螺桿泵具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。     轉(zhuǎn)子偏心距小，運(yùn)轉(zhuǎn)相對(duì)平穩(wěn)。     定子橡膠橫截面上分布較均勻，遇油膨脹后不均勻變形較小?？梢韵鄬?duì)改善桿管受力狀況。     由于多出了一條密封線和一組密閉腔室，在相同尺寸下，雙頭泵的揚(yáng)程和排量都較大。自1998年3月以來，埕島油田共安裝了15臺(tái)雙頭螺桿泵，目前都運(yùn)轉(zhuǎn)正常，最長的已達(dá)450天。4.2 推廣應(yīng)用空心抽油桿為提高

20、桿柱的機(jī)械強(qiáng)度，減少桿柱故障，埕島油田自1997年8月以來推廣使用了KG36型空心抽油桿，到1999年5月，共有43口井下有空心抽油桿，占螺桿泵井總數(shù)的51.8%。從現(xiàn)在作業(yè)的情況看，有一口井空心桿斷裂。4.3 配套工具的研制     扶正式防脫扣空心抽油桿針對(duì)抽油桿的脫扣問題研制出如圖1所示扶正式防脫扣空心抽油桿。該種抽油桿接頭部位將拉力和扭力完全分開，極大改善了接頭部位的受力狀態(tài)，同時(shí)增加了絲扣鎖定裝置和桿體的扶正塊，使得這種抽油桿具有抗拉、抗扭能力強(qiáng)，不會(huì)倒扣和具有扶正作用的優(yōu)點(diǎn)，從而可以省去桿柱上的所有配套工具，從而最大限度地減少桿柱故障。該抽油

21、桿連接裝置已獲得國家專利，專利號(hào)：ZL 98 2 20976.2。      圖1 扶正式防脫扣空心抽油桿      液壓油管錨的研制目前埕島油田廣泛使用的是機(jī)械式油管錨，這種油管錨靠上提下放加壓錨定。在井斜較大、老井、油稠的條件下有時(shí)錨定困難。為此研制出了液壓式油管錨，如圖2所示，這種油管錨可以下入較大井斜和稠油井中使用。現(xiàn)場(chǎng)使用效果良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。     圖2 液壓油管錨    

22、0; 錨定式泄油器的研制這種工具在陸上油田已經(jīng)成功應(yīng)用，它不僅能錨定管柱，在上提管柱時(shí)還可打開泄油器。工具結(jié)構(gòu)如圖3所示。     圖3 錨定式泄油器      洗井閥的研制 如圖4所示，這種洗井閥用于當(dāng)排氣閥不通時(shí)建立自油管內(nèi)到油管外的壓井通道，具有結(jié)構(gòu)簡單，密封可靠，打開簡便，易于操作的優(yōu)點(diǎn)。圖5 帶排氣閥的封隔器圖5 帶排氣閥的封隔器      圖4 洗井閥  環(huán)空封隔器及排氣閥的改進(jìn)如本文上邊所述，當(dāng)井斜較大，螺桿泵管

23、柱應(yīng)使用液壓油管錨，而液壓油管錨需有80千牛頓的解封力，如果在管柱的上邊再裝一個(gè)環(huán)空封隔器，其解封力又需160千牛頓，二者合在一起將會(huì)使作業(yè)解封很困難。另外，對(duì)于159毫米76毫米環(huán)空，下壓差10兆巴的上頂力為153千牛頓，1000米的管柱自重為130千牛頓，不用卡瓦就可保證油井安全，因此可以使用一種Y341型環(huán)空封隔器。再者，在用排氣閥由于幾何尺寸的限制再增加洗井通道是限困難的。為此，研制出排氣閥與封隔器二合一的環(huán)空封隔器，如圖5所示。該封隔器上部為排氣閥，下部為Y341封隔器，具有洗井通道大，解封力小而可靠的優(yōu)點(diǎn)。 改進(jìn)的帶排氣閥的環(huán)空封隔器不但大大增大了排氣洗井通道，還可消除閥桿斷裂和錐體脫落事故。Y341封隔器雖是目前成熟技術(shù)，但由于此封隔器是多管的，加工存在一定難度。本封隔器一旦研制成功，將會(huì)大大節(jié)約引進(jìn)資金。4.4 改進(jìn)桿柱及管柱結(jié)構(gòu)為完善螺桿泵井安全控制系統(tǒng)，解決作業(yè)洗井問題、封隔器解封問題、井下壓力監(jiān)測(cè)問題，以及桿柱故障多問題，提出如下二種改進(jìn)方案。方案一管柱組合（自下而上）：絲堵+油管錨+傳壓筒+27/8EU油管+氣錨+井下安全閥+螺桿泵+31/2NU油管+減震扶正器+錨定式泄油器+31/2NU油管+洗井閥+環(huán)空封隔器+31/2NU油管+油管掛。桿柱組合（自