X11井螺桿泵強(qiáng)排水工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

陳家曉 車常飛 劉明哲 蔡道鋼

（1.中國(guó)石油西南油氣田公司采氣工藝研究院，四川 廣漢 618300；2.中國(guó)石油西南油氣田公司重慶氣礦長(zhǎng)壽運(yùn)銷部，重慶 長(zhǎng)壽 401220）

0 引言

目前隨著氣田的開發(fā)，地層能量衰竭，大批出水井已不能自噴生產(chǎn)，氣井大量產(chǎn)水，嚴(yán)重影響了氣井的正常生產(chǎn)，甚至水淹停產(chǎn)。因此必須借助螺桿泵工藝措施，強(qiáng)助排方能維持生產(chǎn)。螺桿泵強(qiáng)排水的成功應(yīng)用，為川渝氣田開拓了一種新的強(qiáng)排水手段，拓寬了排水采氣工藝的范圍［1］。

1 螺桿泵排水采氣工藝技術(shù)

螺桿泵是利用螺桿的旋轉(zhuǎn)來吸排液體的，由于各螺桿的相互嚙合以及螺桿與襯筒內(nèi)壁的緊密配合，在泵的吸入口和排出口之間就會(huì)被分隔成一個(gè)或多個(gè)密封空間。隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)和嚙合，這些密封空間在泵的吸入端不斷形成，將吸入室中的液體封入其中并自吸入室，沿螺桿軸向連續(xù)地推移至排出端，將封閉在各空間中的液體不斷排出，這種封閉腔的不斷形成、運(yùn)移、消失起到了泵送液體的作用［2-3］。

螺桿泵排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由地面驅(qū)動(dòng)裝置和井下螺桿泵兩部分組成（圖1）。地面驅(qū)動(dòng)裝置將井口動(dòng)力通過抽油桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到井下驅(qū)動(dòng)螺桿泵工作。地面驅(qū)動(dòng)裝置由電控箱、防爆電動(dòng)機(jī)、皮帶輪、錐齒輪箱、機(jī)架、光桿密封裝置和大四通組成，電控箱將電源輸入防爆電動(dòng)機(jī)，通過皮帶輪、錐齒輪箱后將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳給抽油桿和轉(zhuǎn)子，將井下液體舉升到地面。井下部分主要由抽油桿、接頭、轉(zhuǎn)子、導(dǎo)向頭和油管、接箍、定子、尾管等組成，為了防止油管、定子脫扣，在尾管下部裝有固定錨或封隔器。其中井下泵由轉(zhuǎn)子和定子組成，轉(zhuǎn)子是螺桿泵中唯一的運(yùn)動(dòng)部件，它是由高強(qiáng)度鋼經(jīng)精加工而成，定子用高彈性合成橡膠制作而成，根據(jù)流體性質(zhì)選用不同類型橡膠［4］。

圖1 螺桿泵的組成圖

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 氣井概況

X11 井位于新市構(gòu)造高點(diǎn)偏東，1977 年3 月22日鉆至p1m2層中測(cè)時(shí)，177.8 mm 油層套管變形，油管被卡。在處理事故過程中，油管扭斷，套管破裂，被迫完鉆，完鉆層位p1m2，井深3 888.73 m，井下落魚長(zhǎng)度1 052.27 m，魚頂井深2 790.30 m。1995年7 月投產(chǎn)，初期產(chǎn)氣量為3×104m3／d，產(chǎn)水量為65～70 m3／d。2003 年8 月 至2006 年11 月 長(zhǎng) 期 關(guān)井，關(guān)井前在套壓12.83 MPa、油壓3.44 MPa 下，產(chǎn)氣量為2.5×104m3／d，產(chǎn)水量為147 m3／d。2006年12月重新生產(chǎn)，產(chǎn)氣量為（3～4）×104m3／d，產(chǎn)水量為200 m3／d 左右。2008 年1 月繼續(xù)關(guān)井，關(guān)井前日產(chǎn)水量達(dá)到250 m3，關(guān)井套壓12.8 MPa，油壓12.0 MPa。為了繼續(xù)開發(fā)動(dòng)用該井天然氣儲(chǔ)量，2010年2月對(duì)X11 井修井，開展螺桿泵強(qiáng)排水新工藝技術(shù)。X11井井身結(jié)構(gòu)及工藝管串圖如圖2所示。

圖2 X11井井身結(jié)構(gòu)及工藝管串圖

2.2 工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備選型

根據(jù)X11 井井況條件，計(jì)算其工藝參數(shù)（表1），利用節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析方法和pc-pump 軟件，優(yōu)化螺桿泵排水采氣工藝設(shè)計(jì)；開展螺桿泵井下及井口配套工具的研究和選型，滿足螺桿泵排水采氣工藝技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的需要。

3 試運(yùn)行及效果分析

3.1 運(yùn)行概況

對(duì)X11 井進(jìn)行了螺桿泵施工作業(yè)，成功下入螺桿泵工藝管串，泵掛深度為1 523.24 m。X11 井實(shí)施螺桿泵工藝措施前，該井無法生產(chǎn)，長(zhǎng)期關(guān)井，實(shí)施螺桿泵工藝措施后使得該井成功復(fù)產(chǎn)。2011 年11月5日12：00啟動(dòng)螺桿泵，運(yùn)行頻率為25 Hz，轉(zhuǎn)速為100 rpm，2011 年11 月18 日02：20 開始產(chǎn)氣，截至2011年11月28日22點(diǎn)，運(yùn)行了23 d，累計(jì)產(chǎn)水量為2 747 m3，累計(jì)增產(chǎn)天然氣10.83×104m3，日排水量最大達(dá)到197 m3，日增產(chǎn)氣量最大達(dá)到3.1×104m3，平均產(chǎn)水量為120 m3／d，平均產(chǎn)氣量為1 × 104m3／d，工況較為穩(wěn)定，表明螺桿泵排水采氣在該井取得了較好的試驗(yàn)效果，標(biāo)志著川渝氣田螺桿泵強(qiáng)排水取得了初步成功（圖3）。

圖3 X11井螺桿泵工藝實(shí)施后排水采氣曲線圖

3.2 生產(chǎn)階段效果分析

1）抽純水階段。該階段螺桿泵運(yùn)行頻率為25 Hz，平均運(yùn)行功率為14.9 kW，平均運(yùn)行電流為53.1 A，平均運(yùn)行電壓為199 V。期間累計(jì)運(yùn)行時(shí)間為102 h，螺桿泵運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，運(yùn)行功率穩(wěn)定在15 kW 左右，套壓上升緩慢，累計(jì)排水量為467 m3，平均排水量為110 m3／d。因此該階段以抽純水為主，主要作用是快速降低井底流壓，排除井筒和近井地帶的水。

2）參數(shù)波動(dòng)階段。由于螺桿泵里開始混入部分氣體，螺桿泵運(yùn)行參數(shù)開始波動(dòng)，排污口能聞到硫化氫的味道。該階段螺桿泵運(yùn)行頻率為27.5 Hz，由于氣體的影響，螺桿泵運(yùn)行功率、運(yùn)行電流、運(yùn)行電壓開始出現(xiàn)波動(dòng)，運(yùn)行功率為13.1～15.9 kW，運(yùn)行電流為46.3～55.8 A，運(yùn)行電壓為201～229 V。期間累計(jì)運(yùn)行時(shí)間為209 h，套壓上升5.4 MPa，累計(jì)排水量為885 m3，平均排水量為101 m3／d。該階段排出地層水較臟，含大量鉛油等雜質(zhì)，經(jīng)分析認(rèn)為是由于壓井及修井作業(yè)過程中造成井筒附近地層污染，在近井帶附近可能會(huì)形成很多沉淀物質(zhì)，使得地層堵塞，滲流阻力增大，造成地層暫時(shí)供液不足，產(chǎn)水有所下降；另外地層水流入到井筒的同時(shí)氣體也逐步滲流到近井地帶，螺桿泵運(yùn)行時(shí)，經(jīng)分離器未完成分離的氣體隨著地層水進(jìn)入螺桿泵內(nèi)，造成螺桿泵運(yùn)行參數(shù)的波動(dòng)。該階段螺桿泵以27.5 Hz 運(yùn)行，參數(shù)出現(xiàn)波動(dòng)，平均排水量為101 m3／d。

表1 X11螺桿泵系統(tǒng)參數(shù)表

3）氣水同產(chǎn)階段。由于螺桿泵排出井底積液，套壓逐步上升，當(dāng)上升到5.4 MPa時(shí)，開始倒流程生產(chǎn)，該階段為氣水同產(chǎn)階段，螺桿泵運(yùn)行油管排水，套管開井生產(chǎn)。螺桿泵運(yùn)行頻率為27.5 Hz，運(yùn)行功率為8.1～16.1 kW，運(yùn)行電流為37.5～51.5 A，運(yùn)行電壓為159～208 V。期間累計(jì)運(yùn)行時(shí)間為243 h，累計(jì)排水量為1 395 m3，平均排水量為140 m3／d，累計(jì)增產(chǎn)氣量10.83×104m3，平均增產(chǎn)氣量1.069×104m3／d，螺桿泵排水采氣初見成效。該階段由于產(chǎn)氣量增加，油管中混氣增多，氣體發(fā)揮一定舉升作用，螺桿泵排水略有上升。在此期間，螺桿泵以27.5 Hz 運(yùn)行，平均排水量為140 m3／d，平均增產(chǎn)氣量為1.069 ×104m3／d。

4 結(jié)論與建議

1）X11 井進(jìn)行螺桿泵強(qiáng)排水工藝試驗(yàn)取得了較好效果，表明在川渝氣水井實(shí)施螺桿泵強(qiáng)排水工藝技術(shù)是可行的。

2）X11井實(shí)施螺桿泵強(qiáng)排水后，使得該井成功復(fù)產(chǎn)，日均排水量為140 m3，日均增產(chǎn)天然氣1×104m3。

3）為確保螺桿泵強(qiáng)排水效果，施工前根據(jù)氣井壓力、產(chǎn)量等參數(shù)優(yōu)化螺桿泵參數(shù)十分必要。

4）螺桿泵強(qiáng)排水試驗(yàn)取得的成功，為川渝氣水井提供了一種新的可適用的強(qiáng)排水工藝選擇。

［1］張霞，任志臣，陳洪維，等.螺桿泵采油工藝技術(shù)現(xiàn)狀［J］.油氣田地面工程，2007，26（9）：18-21.

［2］馮小紅，白璐，夏民利，等.螺桿泵排水采氣工藝技術(shù)探索［J］.鉆采工藝，2006，29（5）：64-66.

［3］黎彬，李擁軍，廖開貴，等.螺桿泵排水采氣在川渝某氣田的應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2008，31（4）：128-129.

［4］黃琦，黃艷，鐘曉瑜，等.螺桿泵技術(shù)在川渝油氣田的適應(yīng)性研究［J］.鉆采工藝，2009，32（6）：49-51.