X11井螺桿泵強排水工藝技術研究與應用

陳家曉 車常飛 劉明哲 蔡道鋼

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

0 引言

目前隨著氣田的開發，地層能量衰竭，大批出水井已不能自噴生產，氣井大量產水，嚴重影響了氣井的正常生產，甚至水淹停產。因此必須借助螺桿泵工藝措施，強助排方能維持生產。螺桿泵強排水的成功應用，為川渝氣田開拓了一種新的強排水手段，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

螺桿泵是利用螺桿的旋轉來吸排液體的，由于各螺桿的相互嚙合以及螺桿與襯筒內壁的緊密配合，在泵的吸入口和排出口之間就會被分隔成一個或多個密封空間。隨著螺桿的轉動和嚙合，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、運移、消失起到了泵送液體的作用［2-3］。

螺桿泵排水系統結構主要由地面驅動裝置和井下螺桿泵兩部分組成（圖1）。地面驅動裝置將井口動力通過抽油桿的旋轉運動傳遞到井下驅動螺桿泵工作。地面驅動裝置由電控箱、防爆電動機、皮帶輪、錐齒輪箱、機架、光桿密封裝置和大四通組成，電控箱將電源輸入防爆電動機，通過皮帶輪、錐齒輪箱后將旋轉動力傳給抽油桿和轉子，將井下液體舉升到地面。井下部分主要由抽油桿、接頭、轉子、導向頭和油管、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。其中井下泵由轉子和定子組成，轉子是螺桿泵中唯一的運動部件，它是由高強度鋼經精加工而成，定子用高彈性合成橡膠制作而成，根據流體性質選用不同類型橡膠［4］。

圖1 螺桿泵的組成圖

2 現場應用

2.1 氣井概況

X11 井位于新市構造高點偏東，1977 年3 月22日鉆至p1m2層中測時，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，井下落魚長度1 052.27 m，魚頂井深2 790.30 m。1995年7 月投產，初期產氣量為3×104m3／d，產水量為65～70 m3／d。2003 年8 月 至2006 年11 月 長 期 關井，關井前在套壓12.83 MPa、油壓3.44 MPa 下，產氣量為2.5×104m3／d，產水量為147 m3／d。2006年12月重新生產，產氣量為（3～4）×104m3／d，產水量為200 m3／d 左右。2008 年1 月繼續關井，關井前日產水量達到250 m3，關井套壓12.8 MPa，油壓12.0 MPa。為了繼續開發動用該井天然氣儲量，2010年2月對X11 井修井，開展螺桿泵強排水新工藝技術。X11井井身結構及工藝管串圖如圖2所示。

圖2 X11井井身結構及工藝管串圖

2.2 工藝設計及設備選型

根據X11 井井況條件，計算其工藝參數（表1），利用節點系統分析方法和pc-pump 軟件，優化螺桿泵排水采氣工藝設計；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現場試驗的需要。

3 試運行及效果分析

3.1 運行概況

對X11 井進行了螺桿泵施工作業，成功下入螺桿泵工藝管串，泵掛深度為1 523.24 m。X11 井實施螺桿泵工藝措施前，該井無法生產，長期關井，實施螺桿泵工藝措施后使得該井成功復產。2011 年11月5日12：00啟動螺桿泵，運行頻率為25 Hz，轉速為100 rpm，2011 年11 月18 日02：20 開始產氣，截至2011年11月28日22點，運行了23 d，累計產水量為2 747 m3，累計增產天然氣10.83×104m3，日排水量最大達到197 m3，日增產氣量最大達到3.1×104m3，平均產水量為120 m3／d，平均產氣量為1 × 104m3／d，工況較為穩定，表明螺桿泵排水采氣在該井取得了較好的試驗效果，標志著川渝氣田螺桿泵強排水取得了初步成功（圖3）。

圖3 X11井螺桿泵工藝實施后排水采氣曲線圖

3.2 生產階段效果分析

1）抽純水階段。該階段螺桿泵運行頻率為25 Hz，平均運行功率為14.9 kW，平均運行電流為53.1 A，平均運行電壓為199 V。期間累計運行時間為102 h，螺桿泵運行參數穩定，運行功率穩定在15 kW 左右，套壓上升緩慢，累計排水量為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）參數波動階段。由于螺桿泵里開始混入部分氣體，螺桿泵運行參數開始波動，排污口能聞到硫化氫的味道。該階段螺桿泵運行頻率為27.5 Hz，由于氣體的影響，螺桿泵運行功率、運行電流、運行電壓開始出現波動，運行功率為13.1～15.9 kW，運行電流為46.3～55.8 A，運行電壓為201～229 V。期間累計運行時間為209 h，套壓上升5.4 MPa，累計排水量為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，經分析認為是由于壓井及修井作業過程中造成井筒附近地層污染，在近井帶附近可能會形成很多沉淀物質，使得地層堵塞，滲流阻力增大，造成地層暫時供液不足，產水有所下降；另外地層水流入到井筒的同時氣體也逐步滲流到近井地帶，螺桿泵運行時，經分離器未完成分離的氣體隨著地層水進入螺桿泵內，造成螺桿泵運行參數的波動。該階段螺桿泵以27.5 Hz 運行，參數出現波動，平均排水量為101 m3／d。

表1 X11螺桿泵系統參數表

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

4 結論與建議

1）X11 井進行螺桿泵強排水工藝試驗取得了較好效果，表明在川渝氣水井實施螺桿泵強排水工藝技術是可行的。

2）X11井實施螺桿泵強排水后，使得該井成功復產，日均排水量為140 m3，日均增產天然氣1×104m3。

3）為確保螺桿泵強排水效果，施工前根據氣井壓力、產量等參數優化螺桿泵參數十分必要。

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

［1］張霞，任志臣，陳洪維，等.螺桿泵采油工藝技術現狀［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.螺桿泵技術在川渝油氣田的適應性研究［J］.鉆采工藝，2009，32（6）：49-51.