高温螺杆泵低成本开采工艺技术探讨

高温螺杆泵低成本开采工艺技术探讨

武连永黄建于增杰

(中油辽河油田分公司曙光采油厂辽宁盘锦124010)

摘要：随着国际原油价格的持续低迷，减少开采成本成了公司首要考虑的问题。螺杆泵采油技术作为一种新兴的机械举升工艺，存在投资低、体系效力高、节能效果显明等诸多长处。螺杆泵采油技术具有投资低、系统效率高、节能效果显明等优点。针对普照通螺杆泵耐温性能差，致使注汽后不能直接下泵生产，螺杆泵应用受到很大限制的问题，提出了采用高温螺杆泵在热采井和注采一体化井的应用解决方案，介绍了稠油基本情况、高温螺杆泵采油技术、高温螺杆泵的研制和主要特点，并对现场应用效果作了分析等。实践证明，高温螺杆泵采油技术是一项低成本开采工艺技术，具有节能增产增效优点，特别适合于稠油区块的热采井开发应用，具有良好的推广应用价值。

关键词：机械举升工艺；高温螺杆泵；采油技术特点；增产增效

1引言

近年来随着专家对采油技术的不断研究研发出了螺杆泵采油技术，该技术的成功应用能够大大的减少投入成本，且装置操作简单性能比较稳定，被越来越多的油田所使用。该项技术已推广利用，获得良好的节能增产后果。而在稠油井开发区块，油井下泵初期，井底温度超过200°C，而惯例螺杆泵采用的定子橡胶耐温极限仅为120°C，因而开展高温螺杆泵采油技术耐高温应用试验研究成为油田课题攻关的重点。为此，我们在调查研究的基础上，提出了高温螺杆泵采油技术在油田生产中的应用课题，并取得了良好的现场应用效果。

2油区稠油基本情况

油区稠油埋藏深度一般在1050-1450米，油层厚度一般在3-15米，油层岩石胶结疏松、易出粉细砂，渗透率一般在0.2-2.0μm2，原油分布平面上顶稀边稠、纵向上上稀下稠、地面原油粘度一般在2000-20000mPa.s，按稠油划分标准分类，属于“中深层、薄层、普通—特稠”类型稠油油藏。随着油区整体进入特高含水期深度开发阶段，稠油开发已经成为重要产能接替阵地，做好稠油块稳产注汽开发工作对于油区实现可持续发展具有重要现实意义。

3高温螺杆泵采油技术

由于采油厂稠油井以蒸汽吞吐开采为主，注汽后井温较高，为200摄氏度以上，而普通螺杆泵耐温极限仅为120摄氏度，致使注汽后不能直接下泵生产，螺杆泵应用受到很大限制。而高温螺杆泵采油技术是普通螺杆泵采油技术在油田生产应用的基础上，针对稠油热采工艺技术的配套机械举升工艺的需要而提出来的。高温螺杆泵采油技术是针对自然保护区无法安装抽油机稠油热采井和高地温井开采需求而设计的，同时可以替代动液面不稳定的普通橡胶螺杆泵井。新型高温螺杆泵定子采用耐高温橡胶，通过室内试验，耐高温可达到350°C，长期耐温260°C左右，可适应热采井和注采一体化井，能耗低且节能效果好，具有较好的推广价值。

4高温螺杆泵的研制

4.1高温橡胶的研制

高温螺杆泵的研制其核心就是高温橡胶的研制，稠油热采对橡胶的耐温要求至少在150°C以上，普通的丁腈橡胶在90°C以下物理机械性能稳定是螺杆泵理想的衬套材料，超过120°C普通的丁腈橡胶物理机械性能急速下降，在3#标准油120°C条件下其拉伸强度几乎没有，扯断伸长率为零，说明其完全老化。氟橡胶是既耐油又耐高温的橡胶材料，在350°C条件下其拉伸强度、扯断伸长率没有明显变化，耐磨性能很好。但由于其内聚力较大，门尼粘度较高，在制造螺杆泵橡胶衬套时必须经过其他配合剂的改性，降低门尼粘度。在普通丁腈橡胶的基础上，经改性使之成为高饱和度的氢化丁腈橡胶既保持了普通丁腈橡胶优良的耐油及耐水蒸气性能，又使氢化丁腈橡胶的耐高温性能提高到350°C以上，在油类介质中更能耐至270°C以上，氢化丁腈橡胶还具有耐硫化氢的性能。综合两种橡胶的性能，油井温度在270°C以下，氢化丁腈橡胶是高温螺杆泵理想的衬套材料，其物理机械性能与普通丁腈橡胶在90°C以下的性能相差无几。

4.2定转子配合间隙的研究

蒸气注采初期井底温度很高达到200度左右，工作一段时间后，温度逐渐下降，这对螺杆泵定转子的配合提出一个问题，由于橡胶与金属的热膨胀系数不一样，氟橡胶的热膨胀系数为0.021cm/度，氢化丁腈橡胶的热膨胀系数为0.006cm/度，而金属转子的膨胀系数可以不计，按常规定转子的配合，在现场运用中很可能出现前期泵抱死和后期泵漏失严重等现象，针对这种情况在实际运用中通过采取一台泵配两根转子的方法可以有效避免以上两种情况的发生。

4.3室内检测

主要对螺杆泵在不同温度、不同压力、不同转速下泵的流量、轴功率及扭矩，通过压力变送器、流量变送器和扭矩传感器把信号传到计算机计算出泵的容积效率和总效率。在高油温下进行泵性能试验。

5高温螺杆泵的主要特点

（1）高扬程。最大扬程达到2200米的要求，克服了定子弯曲、转子加工、橡胶压注等技术难题，在100rpm转速下产液量为12m3/d，性能指标达到设计要求。（2）安全可靠。早期的螺杆泵地面驱动装置只是起到传递动力的功能，因此，在实际使用中经常发生抽油杆脱扣及停机后光杆甩弯和安全事故。驱动装置阻尼反转释放能量机构是螺杆泵地面驱动装置的一种新型结构，它通过阻尼元件在螺杆泵停机过程中达到缓慢倒转、释放能量、防止抽油杆脱扣的功能。改变了原来刚性防倒转无法释放能量的缺点。该结构在使用过程中安全、可靠，不需要操作者特别维护及操作，便于采油作业，解决了螺杆泵在深井运用的技术难题。（3）密封效果更佳、更可靠。设计改进了减速箱输出轴下端密封技术改原来的动密封为静密封，很好地解决了减速箱漏油问题。采用新型组合盘根盒光杆密封技术，当地层压力较高或地面回压较高时采用单级密封时有渗油现象出现，影响了井场安全和卫生。而组合盘根是在单级密封的基础上又加一组盘根使得密封效果更佳、更可靠。（4）变频控制。采用螺杆泵扭矩传感及变频控制系统，具有无级调速、扭矩数据传输、柜体防盗报警、故障报警及各种保护功能。（5）软启动功能。在-30°C-40°C环境温度下实现螺杆泵软启动，减少启动冲击电流带来的危害。螺杆泵转速可无级调节。内置PID，简易PLC能实现智能控制。可采集扭矩传感器信号、存储、远传。（6）耐高温。耐高温达到350°C，长期耐温260°C左右，可适应热采井和注采一体化井，能耗低且节能效果好。（7）自动功率因数补偿，节电率＞10%。整个控制柜具有防风雨、防盗功能。具有各种保护、报警功能，并能记录发生故障时的运行工况状态。（8）检泵周期性长。系统运行稳定可靠，设备使用寿命长，维修费用低，其最大检泵周期可超过400天，具有良好的性价比。

6现场应用情况

高温螺杆泵在稠油区域现场运用，该油田稠油粘度达到5000到20000mpa.s，采用蒸汽吞吐螺杆泵采油，井下温度达到200°C以上，我们用氢化丁腈高温螺杆泵现场试验，检泵周期达到400天，各项性能指标达到用户要求。通过开展高温螺杆泵采油技术应用试验，经对试验井第13周期吞吐蒸汽落后行井温测试，测试成果油层中部温度为198°C。现场应用结果表明，该井日均产液38.1吨，日均产油3.3吨，井口温度由开井初期的78°C降落到62°C，已渡过蒸汽吞吐油井的高温期。试验应用结果表明，高温螺杆泵采油技术现场应用取得良好试验应用效果。

7结束语

实践证明，高温螺杆泵采油技术是一项低成本开采工艺技术，具有节能增产增效优点，特别适合于稠油区块的热采井开发应用。高温螺杆泵的研制成功拓宽了螺杆泵的使用范围，为油田特稠油开发提供了一种理想的低成本采油工艺技术，也为螺杆泵的进一步推广使用打下了坚实的基础。

参考文献：

[1]吕彦平,吴晓东,李远超等.螺杆泵井系统效率分析模型及应用[J].石油钻采工艺,2016,28(1):64-68.