螺桿泵井熱洗效果分析

張書新（大慶油田有限責任公司第四采油廠）

因螺桿泵井具有占地面積小、能耗低、操作方便等特點而被廣泛應用。截至2012年6月，大慶油田杏一至杏三區西部螺桿泵井共計341口，占機采井總數的25.5%。保證螺桿泵井熱洗質量，已成為提高杏一至杏三區西部機采井泵效、延長檢泵周期的一項重要工作。

1 螺桿泵井熱洗效果

1.1 熱洗工藝原理

大慶油田杏一至杏三區西部主要采用的熱洗清防蠟方式為熱洗泵洗井。熱洗時，高溫的熱洗介質經套管放空閥進入油套環形空間，到達井下泵吸入口后，在熱洗介質的壓力和螺桿泵的舉升作用下，經過油管返回到地面。熱洗介質向下流動過程中，通過油套環空將熱量傳給地層及油管內的液體，熱洗達到一定時間后，沿井筒某一深度的徑向散熱趨于穩定，此時，油套環空中的熱洗介質一方面將熱量傳遞給套管內壁，再從套管內壁傳遞給套管外壁及地層；另一方面將熱量傳遞給油管，再將熱量傳遞給油管內的液體。

由于地溫由地心至地表呈線形降低，為了保證清蠟效果，熱洗介質在井內各點的溫度均應高于蠟的熔化溫度，并且兩者之差越大，化蠟效果越好。計算結果表明，熱洗介質在井內的溫度分布不一定滿足這個條件，對于一些低液面井，洗井液在驅替環空中液體時，熱量損失較大，井底溫度上升較慢，達不到化蠟溫度，主要是靠洗井液沖刷來實現對桿管壁上的蠟進行清理[1]。而在保證熱洗排量的情況下，杏一至杏三區西部普遍采用調高螺桿泵井轉速的方法實現大排量排蠟，理論上，熱洗時螺桿泵井轉速越高、理排越大，排蠟越快、熱洗效果越好，且對地層的污染越小。

1.2 螺桿泵井熱洗化蠟

通過黏度試驗得出水驅化蠟溫度為35℃。采用YL-130型井溫測試儀進行井下溫度測試，分析得知：油管中的結蠟深度在0～520m，在520m到600m之間油管柱的內外溫差最大僅為1.8℃，洗井液的化蠟溫度到達600m時，可以實現油管柱內的清蠟[2]，見圖1。

圖1 X5-20-637井井筒溫度曲線

在罐車水溫50℃時，熱洗車鍋爐在大火的情況下，逐次提高洗井排量，使出口溫度分別控制在120℃、90℃、80℃、70℃時，測得井溫數據。分析得知：在熱洗車機體不產生高溫的情況下，熱洗車排量控制在15m3/h，出口溫度70～80℃，洗井水量15m3以上，可以滿足井下清蠟要求，而且節能，見圖2、表1。

圖2 X5-20-637井洗井（70℃）井筒溫度曲線

表1 熱洗溫度70℃時測試井溫

1.3 螺桿泵井熱洗排蠟

熱洗溫度、排量和洗井時間確定后，熱洗效果的好壞主要取決于排蠟效果。理論上，螺桿泵理排越大，排蠟效果越好。下面從決定排蠟時間的體積、排量入手，計算不同泵型螺桿泵井在不同轉速下的排蠟時間。

1.3.1 體積計算

為了保證螺桿泵井的熱洗效果，在套管灌滿洗井液后必須再完成一個驅替，那么，排蠟體積V可以計算為套管灌滿體積Vg與油套環空體積Vh之和[2]，為防止螺桿泵井液面抽空，結合井筒中的結蠟深度，確定排蠟深度為（h泵-100）m，即：

式中：

D套——套管直徑，mm；

D油——油管直徑，mm；

h液——油井液面深度，m；

h泵——泵深，m。

根據杏北油田不同排量螺桿泵井的平均動液面和泵深，計算出的排蠟體積見表2。

表2 不同排量螺桿泵井排蠟體積計算結果

1.3.2 排量計算

熱洗初期，在套管末灌滿前，套壓值可忽略，熱洗排量等于熱洗泵排量，即：

罐滿套管后，容積式泵的原理決定了此時排量為螺桿泵井排量，通過測量不同泵型的3口井，在熱洗壓力穩定后的產液量，得出排量為螺桿泵井理論排量的70%，即：

式中Q理為螺桿泵井理論排量，t/d。

熱洗時螺桿泵井泵效統計見表3。

表3 熱洗時螺桿泵井泵效統計

根據式（3），可計算出套管罐滿后，不同排量泵在不同轉速下的熱洗排量，見表4。

1.3.3 排蠟時間確定

排蠟時間可以計算為套管灌滿時間tg與完成一個驅替時間th之和，推導出排蠟時間計算公式為：

排蠟時間計算結果統計見表5。

表4 套管罐滿后熱洗排量計算結果統計

表5 排蠟時間計算結果統計

從表5可以看出，轉速越大，排蠟時間越短，但轉速過高會導致螺桿泵井扭矩過大、桿斷概率增加，且通過變頻提高螺桿泵井轉速的幅度有限，因此，建議洗井時壓力穩定后逐級提高螺桿泵井轉速，最高轉速調整到110r/min為宜。

從轉速為110r/min時各排量螺桿泵井需要的排蠟時間看，排量為120mL/r及以下泵盡管排蠟時間縮短到70%以上，但仍需要18h以上排蠟，提高轉速效果不佳。

從螺桿泵井目前運行轉速下的排蠟時間和110 r/min時需要的排蠟時間看，泵排量為200～500mL/r井調高轉速排蠟時間明顯縮短；而泵排量為800 mL/r及以上井，自身排量大，若正常運轉時轉速已在80r/min以上，洗井時不需再提高轉速。

2 現場應用情況

X2-311-27井泵型為KGLBX200__20，生產情況見表6。

表6 X2-311-27井生產情況統計

將該井提高轉速到110r/min，對其進行高壓熱洗。熱洗罐車水溫為80℃，熱洗泵車排量為Ⅲ檔，洗井時間50min，12h后將轉速調回。洗井過程中電流、扭矩變化情況見表7。洗井后，電流下降了3A，扭矩下降了66.7Nm，洗井效果明顯。

表7 X2-311-27井洗井時參數變化情況統計

X3-D2-E929井泵型為GLB800__18，生產情況見表8。

表8 X3-D2-E929井生產情況統計

對其進行高壓熱洗。熱洗罐車水溫為80℃，熱洗泵車排量為Ⅲ檔，洗井時間50min。洗井后，電流下降了3.7A，洗井效果明顯。

通過對71口井的現場應用，平均延長了熱洗周期18d，年減少熱洗58井次，按高壓熱洗用油75L/井次，油價為8元/L計算，每年可節約油料費用3.5萬元。

3 結論

1）螺桿泵井洗井時壓力穩定后應逐級提高轉速，最高轉速調整到110r/min為宜。

2）泵排量為120mL/r及以下井提高轉速洗井效果不佳；泵排量為200～500mL/r井，高轉速洗井效果較好；泵排量為800mL/r及以上井，若運轉時轉速已在80r/min以上，洗井時不需再提高轉速。

[1]范猛.依靠科技進步合理延長熱洗周期[J].中國石油石化標準與質量,2011,31(5)：156-157.

[2]張成.螺桿泵井沉沒度與轉速的研究與應用[J].石油儀器,2011,25(5)：7-11.