螺杆泵井动态控制图合理界限的研究

高艳华（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

螺杆泵井动态控制图合理界限的研究

高艳华（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

与抽油机相比，第六采油厂螺杆泵井动态控制图使用频率较低，且由于地质、含水等条件发生变化，螺杆泵井动态控制图存在判断错误的情况，亟需修订。因此，从两方面对动态控制图的4条曲线逐一修订。首先，应用螺杆泵排量效率理论计算公式、IPR曲线、螺杆泵工作特性曲线结合螺杆泵合理沉没度研究与喇嘛甸油田实际情况，对动态图进行修订。然后，选取各区域螺杆泵井进行现场落实，根据落实结果，对动态图各区域边界进行拟合修订，最终得到适合螺杆泵井的动态控制图。

螺杆泵井 泵况诊断 动态控制图

螺杆泵采油技术由于其能耗低、一次性投资少等优势，在第六采油厂的应用规模不断扩大。为了准确反映螺杆泵井的工作状况，及时采取针对性的治理措施，我们参照抽油机井动态控制图，结合螺杆泵井的工作特性，研究制作了螺杆泵井动态控制图。运用控制图对螺杆泵井实施管理可以方便快捷地对泵工况做出判断，及时采取相应的措施指导生产管理，提高合理率，增加经济效益。从几年来的应用情况看，存在着以下两个方面的问题：一是确定的边界值存在误差，出现判断错误的情况，如一些井判断为变差井，现场落实为泵况正常井；二是由于地质、含水率等条件发生变化，原有的螺杆泵井动态控制图已经不能满足目前生产的要求。所以，亟需对螺杆泵井动态控制图进行修订。

1 螺杆泵井动态控制图合理界限的理论研究

螺杆泵井动态控制图（图1）是以流压作为横轴、排量效率作为纵轴的流压-排量效率“星相图”，被4条曲线分为5个区域，分别为合理区、参数偏大区、参数偏小区、断脱漏失区、待落实区。只有对4条曲线的界限进行合理的制定，才能准确地对螺杆泵井的工况做出判断。

1.1 排量效率下限a和上限b确定

若想确定排量效率下限a和上限b首先要理清流压与排量效率的关系。

螺杆泵井的生产过程是油层的供液能力和泵的排液能力相互影响和不断协调的过程[1]。流压反映供液状态，排量效率反映排液状态，当流压过高时，说明流入井底的流量大于泵排出液量的能力；当排量效率过高时，说明流入井底的流量小于泵排出液量的能力。流压和排量效率不仅存在客观的相关性，而且还存在一定的数学关系，即螺杆泵排量效率的理论计算公式[2]：

式（1）中泵的入口压力P可以用式（2）计算：

将式（2）代入式（1）得

式中：

η——泵效，%；

fw——含水，%；

γo——原油相对密度；

γw——水相对密度；

Bo——原油体积系数；

Rp——油气比，m3/t；

Pb——饱和压力，MPa；

P——泵入口压力，MPa；

Th——泵深的井液温度，K；

Pf——井底流压，MPa；

ρh——井液密度，kg/m3；

a——井温梯度，K/m；

Z——压缩系数；

H——下泵深度，m；

L——动液面深度，m。

排量效率的计算公式给出了流压和排量效率的数学关系，可以用它绘制出螺杆泵井动态控制图中的Pf-η曲线。公式中除排量效率和流压外，对于1口指定的井，其他参数都是已知的。这样，每给出一个流压值，就可以得到与其对应的排量效率，在流压和排量效率二维坐标图中就可以找到对应的点，无数个点就可以连成一条曲线，即Pf-η曲线。该厂的1421口螺杆泵井，可以绘制出无数条Pf-η曲线，只要找到最大和最小的2条曲线即可以确定泵效的理论上限和下限。

根据喇嘛甸油田实际情况，原油相对密度0.86，原始气油比48.5 m3/t，体积系数1.118，饱和压力10.7 MPa，平均油层中部深度1078 m，螺杆泵井最小下泵深度780 m，最低含水35%，代入公式（3）计算得出理论泵效线的下限a线。

同理，取螺杆泵井最大下泵深度1199 m、最高含水99%，代入公式（3）计算得出理论泵效线的上限b线。

1.2 合理流压界限c的确定

根据“机采井合理沉没度的研究”，结合理论计算、现场监测以及数据拟合，考虑它对泵效、系统效率和杆管偏磨的影响，确定该厂螺杆泵井的合理沉没度为250～350 m；将沉没度带入流压计算公式，得到合理流压界限为7 MPa。所以，在控制图上取P=7 MPa的直线作为划分合理区和参数偏小区的界限c线。

1.3 合理泵效界限d的确定

由螺杆泵的工作特性曲线（图2）可知，螺杆泵存在最佳工作区域。经过试验研究把螺杆泵的工作特性曲线分为A、B、C三个区域。

A区：螺杆泵在该区工作虽然泵效较高，但系统效率低[3]，有效扬程低，不但泵的潜能没有得到发挥，而且因生产压差过小，油井的产能也被抑制。

B区：螺杆泵在该区工作，系统效率、泵效都能维持在较高水平，生产稳定性好。

C区：螺杆泵在该区工作，尽管有效扬程较高，但泵漏失严重，排量效率、系统效率低，因此在该区工作很不经济。由以上分析可见，只有B区是最佳工作区域，由此确定泵的容积效率应大于65%。由此，以η=65%的水平线作为划分合理区和参数偏小区的界限d线。

由于泵的工作特性曲线是由清水做实验得出的，而且不同的泵型工作特性曲线会略有差别；尽管油井的介质也是油气水的混合物，但该厂还有很多井为聚合物驱、高浓度驱、三元驱等油井，其黏度、密度及气等因素的影响不同，排量效率会低于理论值。针对这一情况，根据“星相图”井的分布情况，将d线首先下移至η=40%，下步将结合现场情况进一步验证。

这样，就由理论计算初步得到了如图3所示的该厂的螺杆泵井动态控制图。

2 现场验证

2010年共进行897口井的数据录取，全部应用动态控制图进行分析，并对其中的200口井进行了现场落实，见表1。

表1 动态控制图应用及现场落实情况

其中落入合理区、参数偏小区及待落实区分别为451、188、58口井，现场分别落实60、50、10口井，准确率均在90%以上；参数偏大区、断脱漏失区分别为87、113口井，落实后准确率仅为40%和68%。

对参数偏大区不准确的18口井进行分析发现，这18口井的流压全部大于3.5 MPa；对断脱漏失区不准确的16口井进行分析发现，这部分井的泵效都在40%以上。

根据现场落实的结果对动态控制图进行校正，将流压大于3.5 MPa的参数偏大区改为断脱漏失区，将泵效大于40%的断脱漏失区变为参数偏小区；并根据边界数据的分析，确定了参数偏大区与断脱漏失区的边界。

将落实的数据代入修改后的动态控制图（见图4、表2），准确率可以达到99%。

表2 修改后的动态控制图应用及现场落实情况

3 结论

1）运用螺杆泵井动态控制图能方便快捷地对螺杆泵井工况做出判断，及时采取相应的措施指导生产管理，提高合理率，增加经济效益。

2）螺杆泵井动态控制图各条边界线会随着油田开发形式的变化而发生变化。

3）本文确定的控制图各边界曲线基本能够适用于目前喇嘛甸油田螺杆泵井。

[1]邹艳霞．采油工艺原理[M].北京:石油工业出版社，2006:171-177.

[2]韩修廷,王秀玲,焦振强.螺杆泵采油原理及应用[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,1998:213-215.

[3]陈涛平,胡靖邦.石油工程[M].北京:石油工业出版社,2000:328-331.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.10.002

高艳华，2007年毕业于大庆石油学院，助理工程师，从事机采井综合管理工作，E-mail：dqgaoyanhua@petrochina.com.cn，地址：大庆油田采油六厂工程技术大队，163114。

2011-10-29）