螺杆泵井动态控制图技术

武云石高宇虹施军

（1.大庆油田有限责任公司第一采油厂；2.大庆油田有限责任公司第五采油厂）

螺杆泵井动态控制图技术

武云石1高宇虹1施军2

（1.大庆油田有限责任公司第一采油厂；2.大庆油田有限责任公司第五采油厂）

对螺杆泵的工作特性进行分析，确定处于生产状态下的螺杆泵井流压和容积效率之间的对应关系，制作成螺杆泵井动态控制图。通过螺杆泵井在动态控制图中所处位置，直观地衡量螺杆泵井的工作状况是否合理。进一步通过调参、检泵、换泵、压裂、酸化以及调整注入井的注入量等措施改善螺杆泵井的生产状况，有针对性地进行科学管理与上产挖潜，这对于提高螺杆泵井系统效率，发挥螺杆泵特有的举升优势有着重要的实际意义。

螺杆泵 动态控制图 容积效率

螺杆泵采油技术具有低成本、低能耗和适应介质能力强的特点，近几年来工业化规模不断扩大。但其管理模式与抽油机井和电泵井相比，还不够完善。为了反映区块油层供液能力与地面产出能力的协调关系，抽油机井生产管理过程中，普遍采用动态控制图技术对抽油机进行宏观管理。直观反映单井泵效与流压的关系以及区块整体生产状况的合理性，及时发现异常井，提高油井生产时率，使抽油机井在合理的参数下运行。

油井的生产过程是油层的“供液”能力和抽汲设备“采液”能力相互影响和不断协调的过程。理想的螺杆泵井工作状况是在一定压力条件下，油层的供液能力和井下螺杆泵的抽汲能力相适应，达到一个供采平衡状态。

螺杆泵井的容积效率（泵效）是衡量“采液”状况的技术指标，其高低受采出液中游离气、溶解气及泵本身结构特点等因素的影响。这些影响因素都与井下螺杆泵的进出口压差密切相关，即进出口压差越小（沉没度越高），容积效率越高；进出口压差越大（沉没度越低），容积效率越低。流压是衡量油井生产状况合理的条件，其大小反映油层的供液能力。在泵挂深度一定的条件下，容积效率和流压存在一种依附关系。只有合理的容积效率与流压相对应，才能提高油井的系统效率，充分发挥油井的生产能力，达到油田长期高产稳产的目的。

1 螺杆泵井容积效率的影响因素

采油用螺杆泵是单螺杆式水利机械的一种，是摆线内啮合螺旋齿轮副的一种应用。螺杆泵的转子、定子副是利用摆线的多等效动点效应，在空间形成封闭腔室，并当转子和定子作相对转动时，封闭腔室能作轴向移动，使其中的液体从一端移向另一端，实现机械能和液体能的相互转化，从而实现举升液体的作用。

1.1 螺杆泵本身结构的影响

螺杆泵本身结构的影响主要是指定子与转子间配合间隙对螺杆泵效率的影响，主要包括结构参数误差的影响、过盈量的影响和定子橡胶溶胀、温胀及磨损的影响。

1.2 螺杆泵工作环境的影响

砂粒的尺寸含量硬度和速度对螺杆泵的使用寿命有较大的影响。环境温度越高，使油流特性变好，结蜡减缓，黏度降低，油流沿程损失降低，使螺杆泵的举升压头降低。但是也会增加定子与转子之间的摩擦力，减少螺杆泵的使用寿命。

1.3 螺杆泵下泵深度和转速的影响

从螺杆泵工作特性曲线可以看出，螺杆泵的系统效率随着举升高度的增加而升高，当系统效率达到最大时，再增加举升高度，泵的容积效率和系统效率呈现出迅速下降的趋势。为此，为保持较高的系统效率，下泵深度应维持在合理范围。

对于已经处在生产状态中的螺杆泵井来说，在螺杆泵结构参数（包括导程、转子直径、偏心距、过盈量）、定子橡胶确定的条件下，以及生产过程中井下条件、生产设备基本一定的条件下，螺杆泵工作参数的调整，即转速的调整就成为影响螺杆泵容积效率和系统效率的最主要因素。

2 螺杆泵井动态控制图技术研究

2.1 螺杆泵井容积效率和流压的理论关系

螺杆泵的容积效率（泵效）ηv，可由下式计算：

式中分子Q为螺杆泵井的实际产液量，成分是分离溶解气后的油水混合物；分母Qth为螺杆泵井的理论排量，由本身结构参数决定。由此可知影响螺杆泵井容积效率的主要因素是：采出液中气体的含量和螺杆泵本身特有的结构，即：

上式经过理论研究和室内实验可以转化成下面公式：

式中：

Pwf——井底流压，MPa；

ρ——液体密度，kg/m3；

g——重力加速度，9.8N/kg；

h——泵入口到油层中部的距离，m；

fw——含水，%；

Rp——生产油气比，%；

Rsp——校正溶解气油体积比；

Bo——原油的体积系数；

Th——泵所在地层温度，K；

P0——地面大气压力，0.10325MPa；

Z——天然气压缩系数，一般在0.81～0.91；

e——偏心距，m；

D——转子截面直径，m；

超前探水是在隧道掘进之前采用钻探设备对隧道将掘进段地质情况和岩层渗水涌水情况进行全面了解，为治水方案的选择奠定基础。

T——定子导程，m；

n——转子转速，r/min；

Kv——容积损失系数；

ΔP——泵进出口压差，MPa；

A——对一定的单螺杆泵为常数值，主要取决于衬套橡胶层厚度；

E——衬套用橡胶的弹性模数；

β——常数值，主要取决于橡胶的弹性模数；δo——初始过盈量，m；

L——螺杆-衬套副长度，m。

乘积的左边是采出液中气体的含量对容积效率的影响：分子项代表螺杆泵抽汲到地面液体（油、水）的相对体积，分母项代表井下进入螺杆泵的油、气、水三项的相对体积之和。乘积的右边是螺杆泵特有结构对容积效率的影响：体现了随着泵进出口压差的改变、转速的不同螺杆泵漏失量的变化规律。

2.2 绘制螺杆泵井动态控制图

以流压为横坐标，容积效率为纵坐标，建立动态控制图模板。

对于大庆油田有限责任公司第一采油厂的全部螺杆泵井而言，开采层位不同、泵型各异、配套工艺有别，其容积效率和流压的对应关系之间也必将不同。综合考虑公式（3）中各参数的极限取值，可以得到井下螺杆泵的容积效率关于流压的最大值曲线A B和最小值曲线D C，曲线A BCD范围内就是全部螺杆泵井处于正常抽汲状态时容积效率和流压的对应关系。根据油井最大合理沉没度可以确定最大合理流压FI值。根据最低合理沉没度可以确定最小容积效率G H值，见图1。

各区域的物理意义：

1）合理工作区（FG H I）：泵况正常，泵效与油层的供液能力相协调。对于该区内的油井应加强管理，使其保持正常生产，并针对性地对一些油井优化设计，提高系统效率。

2）参数偏小区（BCIF）：流压高，泵效高，供液能力充足。可采取调大抽汲参数、换大泵、增加泵级数（提高扬程）等措施，增加产液量。该区内的油井是上产挖潜的主要对象。

3）参数偏大区（A D H G）：流压低，泵效低，因油层条件差和抽汲参数偏大引起。可采取调小抽汲参数、提高连通注入井的注入量、压裂、补孔、酸化等措施，使该区内的油井达到注采平衡。

4）断脱漏失区（D CJ）：流压高，泵效低。通过电参数测试、憋泵等手段综合分析，判断井下存在问题，采取热洗、捞杆、检泵等相应措施，使该区内的油井恢复正常生产。

5）待落实区（A BE）：泵效接近、超过100%，因录取资料不准确引起。应核实产液量、转速、检查流程、计量仪表等问题，确定该区内油井的真实生产情况。为保障小排量螺杆泵热洗效果，500m L/r（含500m L/r）以下泵型均采用空心转子设计，有通道使油层和油管相通。因此在开采供液能力强的油层时，这类螺杆泵井的泵效可以达到、超过100%。

3 现场应用

截至2012年5月底，累计应用48950井次，措施符合率达到90.78%。合理区比例由应用前的72.77%提高到83.05%，提高了10.28个百分点；断脱漏失区比例由应用前的7.47%下降到2.48%，下降了4.99个百分点。

螺杆泵井动态控制图已经在第一采油厂全面应用，覆盖率达到100%，已成为提高螺杆泵井生产管理水平、提升螺杆泵井系统效率的重要手段。

4 结论

螺杆泵井动态控制图能够实现螺杆泵井的工作状况判断，直观反映供液与采液关系的协调性、抽汲参数的合理性，以及异常井的判别。为了提高螺杆泵井系统效率，在制定技术措施（调参、检泵、换泵、压裂、堵水等）时，提供了有效手段。

10.3969/j.i ssn.2095-1493.2012.011.008

武云石，高级工程师，1993年毕业于齐齐哈尔轻工学院，从事采油工程工作，E-mail：zhanglp0903@126.com，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司第一采油厂工程技术大队工具室，163001。

2012-08-13）