螺桿泵與水力噴射泵在水平井排液求產(chǎn)中的適應(yīng)性分析

邱必蘭，聶 鍇，趙小維，屈亞樓，張 軍

(1. 大慶油田有限責(zé)任公司 油藏評(píng)價(jià)部，黑龍江 大慶 143453；2. 大港油田分公司 石油工程研究院，天津300280；3.大港油田礦區(qū)服務(wù)事業(yè)部 安全環(huán)保部，天津 300280))①

螺桿泵與水力噴射泵在水平井排液求產(chǎn)中的適應(yīng)性分析

邱必蘭1，聶 鍇2，趙小維3，屈亞樓2，張 軍2

(1. 大慶油田有限責(zé)任公司 油藏評(píng)價(jià)部，黑龍江 大慶 143453；2. 大港油田分公司 石油工程研究院，天津300280；3.大港油田礦區(qū)服務(wù)事業(yè)部 安全環(huán)保部，天津 300280))①

螺桿泵與水力噴射泵由于活動(dòng)部件少，地面工作制度調(diào)整方便，能適應(yīng)一定量含砂、蠟、高黏度流體的舉升，可從生產(chǎn)井采油延伸到試油井。從螺桿泵與水力噴射泵的工作原理出發(fā)，分析了兩者在水平井試油井中的適應(yīng)性。對(duì)葡平3等三口水平井，通過(guò)先螺桿泵、后水力泵排液求產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，對(duì)兩者的抽吸能力、工作制度調(diào)整、井底流壓、產(chǎn)能求取的準(zhǔn)確性等各自的優(yōu)勢(shì)與不足進(jìn)行了應(yīng)用對(duì)比，為今后優(yōu)選水平井試油排液工藝提供參考。

水平井；螺桿泵；水力噴射泵；應(yīng)用

螺桿泵于1930年發(fā)明后主要用于工業(yè)領(lǐng)域泵送黏稠液體，近20 a來(lái)做為一種人工舉升采油手段用于開采稠油和含砂原油，由于有抽油機(jī)柱塞泵、潛油電泵等機(jī)采方式無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，在開發(fā)井上得到了越來(lái)越廣泛應(yīng)用，僅大慶油田螺桿泵采油井就已突破1 500口。[1]。

水力噴射泵由于無(wú)活動(dòng)部件，適用于定向井。根據(jù)井內(nèi)流體所需，可在動(dòng)力液中加入添加劑，對(duì)地層含砂不敏感，在國(guó)內(nèi)外采油中有一定范圍的使用，在印度尼西亞Sembakung油田應(yīng)用已有30 a歷史[2]。

近年來(lái)，隨著大慶油田勘探開發(fā)進(jìn)程的不斷深入，為了提高油田開發(fā)效果，水平井試油求產(chǎn)井逐年增多。大慶油田勘探事業(yè)部近兩年嘗試著把螺桿泵與水力噴射泵排液工藝應(yīng)用在特低滲區(qū)塊水平井試油求產(chǎn)中，取得了一定的試油效果。本文結(jié)合葡平3等三口水平井，先螺桿泵、后水力泵排液求產(chǎn)情況，對(duì)兩者的抽吸能力、工作制度調(diào)整、井底流壓高低、產(chǎn)能求取等各自的優(yōu)勢(shì)與不足進(jìn)行應(yīng)用對(duì)比，為今后優(yōu)選致密油水平井試油排液工藝提供參考。

1 螺桿泵與噴射泵工作原理

1.1 螺桿泵

螺桿泵主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。地面電機(jī)驅(qū)動(dòng)抽油桿，抽油桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)子，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，在吸入端轉(zhuǎn)子與定子橡膠襯套內(nèi)表面間會(huì)不斷形成密封腔室，并向排出端推移，最后在排出端消失，油液在吸入端壓差的作用下被吸入，并由吸入端推擠到排出端，壓力不斷升高，把地層產(chǎn)液舉升到地面。其工作原理如圖1。

1.2 水力噴射泵

水力噴射泵是利用水力射流原理將注入井內(nèi)的高壓動(dòng)力液能量傳遞給井下油層產(chǎn)出液的水力采油設(shè)備，主要由噴嘴、喉管和擴(kuò)散管組成。高壓動(dòng)力液的壓能通過(guò)噴嘴轉(zhuǎn)換為高速流動(dòng)液體的動(dòng)能，形成噴射，并在噴嘴處形成低壓區(qū)，高速流動(dòng)的動(dòng)力液與被吸入低壓區(qū)的油層產(chǎn)出液在喉管中混合，流經(jīng)截面不斷擴(kuò)大的擴(kuò)散管，流速降低將液體動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓能，混合液壓力升高被舉升到地面。其工作原理如圖2。

圖1 單螺桿泵工作原理

圖2 水力噴射泵工作原理

2 試油適應(yīng)性分析

對(duì)探井而言，由于配套不是很完善，對(duì)井下流體性質(zhì)及儲(chǔ)層產(chǎn)能情況都不是十分清楚，在增產(chǎn)措施后返排，產(chǎn)液量波動(dòng)較大，因此對(duì)試油排液工藝的適應(yīng)性有一定要求，螺桿泵與水力噴射泵在試油井的適應(yīng)性[3-6]如表1。

表1 螺桿泵與噴射泵在試油井的適應(yīng)性分析

表1(續(xù))

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

葡平3、葡平1、齊平3井均為水平井，3口井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表2。3口井均采用大型壓裂進(jìn)行增產(chǎn)措施改造，累計(jì)注入壓裂液及壓裂砂均在10 000 m3以上，壓后放噴結(jié)束，先采用螺桿泵排液，后轉(zhuǎn)水力噴射泵求產(chǎn)。

表2 葡平3、葡平1、齊平3井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

從表2可以看出，由于螺桿泵采用抽油桿傳動(dòng)，擔(dān)心泵掛斜度大抽油桿偏磨，泵掛位置基本在直井段，泵掛深度較淺，影響求產(chǎn)效果，該工藝在直井試油中效果更好。

水力噴射泵由于沒(méi)有運(yùn)動(dòng)件，可以將泵掛在大斜度段，使泵距目的層更近，求取的數(shù)據(jù)更真實(shí)，水平井水力噴射泵試油求產(chǎn)在泵掛深度、泵掛斜度方面大幅優(yōu)于螺桿泵排液工藝。

葡平3、葡平1、齊平3井用螺桿泵與水力噴射泵技術(shù)參數(shù)如表3。

表3 葡平3、齊平5、齊平3井用螺桿泵與噴射泵技術(shù)參數(shù)

從表3可以看出，螺桿泵與水力噴射泵排液求產(chǎn)均可通過(guò)調(diào)整地面電機(jī)轉(zhuǎn)速或地面泵壓，方便獲得不同地層產(chǎn)能，但是螺桿泵有最小排量要求，而水力噴射泵的獨(dú)到之處，不論地層是否產(chǎn)液，不存在燒泵。葡平3井螺桿泵與水力噴射泵排液施工管柱示意如圖3。

圖 3 葡平3井螺桿泵與噴射泵施工管柱示意

從圖3可以看出，螺桿泵排液工藝油套環(huán)空是連通的，因而便于在排液的過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)液面，水力噴射泵排液工藝難以實(shí)現(xiàn)。水力噴射泵排液工藝由于其獨(dú)特結(jié)構(gòu)，可以輕松實(shí)現(xiàn)測(cè)試、措施、壓裂與水力噴射泵工藝一體化施工。

下面以葡平3井日產(chǎn)液、流壓情況為例進(jìn)行分析。葡平3井為一口水平井，施工井段2 473.0～1 888.0 m，放噴結(jié)束采用螺桿泵排液，泵掛深度1 246.31 m，泵掛井斜1.00°，距水平段中線垂深409 m。后轉(zhuǎn)水力噴射泵求產(chǎn)泵掛深度1 532.74 m，井斜37.5°，距目的層垂深140.0 m。相關(guān)的曲線如圖4。

1) 從圖4可以看出，葡平3井采用螺桿泵排液，在轉(zhuǎn)速100 r/min時(shí)，泵的沉沒(méi)度下降很快，為了滿足螺桿泵的沉沒(méi)度要求，降低泵的轉(zhuǎn)速為100、90、80、70 r/min，也無(wú)法準(zhǔn)確獲取產(chǎn)能數(shù)據(jù)；而水力噴射泵求產(chǎn)，根據(jù)需要，調(diào)整地面泵壓16、18、20、22 MPa，可獲得在給定的噴嘴、喉管配比下的準(zhǔn)確產(chǎn)能。在地層供液充足的的情況下，水力噴射泵穩(wěn)定日產(chǎn)液大于螺桿泵，分別為57 m3和45 m3，相差12 m3。分析葡平1、齊平3井日產(chǎn)液數(shù)據(jù)，存在同樣的規(guī)律。

2) 從圖4 看出，葡平3井采用水力噴射泵排液，隨著地面泵壓不斷提高，井底流壓逐漸降低，生產(chǎn)壓差逐漸增大，日產(chǎn)液量隨著井底流壓降低基本上呈正增長(zhǎng)規(guī)律，但是當(dāng)泵壓從20 MPa升高至22 MPa后，雖然地面泵壓提高，但是日產(chǎn)液不再增加，趨于穩(wěn)定為57 m3，說(shuō)明儲(chǔ)層供液能力已達(dá)上限，葡平3井最大產(chǎn)能數(shù)據(jù)準(zhǔn)確求取。螺桿泵與噴射泵兩者求產(chǎn)所獲得的井底流壓值差別十分明顯，水力噴射泵最低流壓為2.156 MPa，而螺桿泵僅為5.347 MPa，流壓相差3.191 MPa，水力噴射泵形成的生產(chǎn)壓差遠(yuǎn)大于螺桿泵。

3) 從圖4看出，在前期螺桿泵轉(zhuǎn)速100 r/min下，泵的沉沒(méi)度下降很快，為了滿足螺桿泵的沉沒(méi)度要求，只能不斷摸索著不斷調(diào)整螺桿泵轉(zhuǎn)速，直至找到合適的轉(zhuǎn)速。葡平3井為70 r/min時(shí)，沉沒(méi)度才趨穩(wěn)定，此時(shí)螺桿泵的排量與儲(chǔ)層供液量達(dá)到平衡，這對(duì)開發(fā)井是合理配產(chǎn)，但對(duì)大型壓裂后返排的探井，影響殘液返排速度；如果不降低轉(zhuǎn)速，沉沒(méi)度將繼續(xù)下降，滿足不了螺桿泵沉沒(méi)度的最低要求，會(huì)出現(xiàn)燒泵。螺桿泵井底流壓呈現(xiàn)先逐漸降低，然后隨著螺桿泵電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，流壓至逐漸升高的趨勢(shì)，地層最大供液能力無(wú)法準(zhǔn)確求取。葡平1、齊平3井井底流壓也呈現(xiàn)同樣的趨勢(shì)。

4) 對(duì)比葡平3、葡平1、齊平3井三口井日產(chǎn)油、井底流壓數(shù)據(jù)(如表4)可以看出，采用水力噴射泵求產(chǎn)，日產(chǎn)油均比螺桿泵高，井底流壓均比螺桿泵低，說(shuō)明水力噴射泵工藝抽汲強(qiáng)度更大，更適合水平井排液求產(chǎn)。

圖4 螺桿泵與水力泵排液求產(chǎn)曲線

井號(hào)螺桿泵排液求產(chǎn)水力噴射泵求產(chǎn)轉(zhuǎn)速/(r·min-1)日產(chǎn)油/(m3·d-1)日產(chǎn)水/(m3·d-1)井底流壓/MPa泵壓/MPa日產(chǎn)油/(m3·d-1)日產(chǎn)水/(m3·d-1)井低流壓/MPa葡平3100、90、80、704．0045．005．34716、18、20、229．0048．002．156葡平1200、150、10020．5718．585．87618、20、22、2441．4436．342．069齊平3250、200、1509．7620．455．43218、20、22、2418．6031．441．707

4 結(jié)論

1) 對(duì)葡平3、葡平1、齊平3井試油數(shù)據(jù)分析看出，在大斜度井或水平井中，螺桿泵由于受下泵深度和井斜度的影響，日產(chǎn)液及形成的生產(chǎn)壓差均不如水力噴射泵。

2) 對(duì)葡平3、葡平1、齊平3井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析看出，由于螺桿泵存在沉沒(méi)度的最低要求，對(duì)水平段比較長(zhǎng)的水平井，可能出現(xiàn)動(dòng)液面深度無(wú)法滿足在下泵深度處泵的沉沒(méi)度要求，從而無(wú)法真實(shí)求取儲(chǔ)層產(chǎn)能，噴射泵由于沒(méi)有這一限制，可以滿足各種沉沒(méi)度下的產(chǎn)能求取。

3) 建議在水平井或大斜度井中，對(duì)致密油水平井排液求產(chǎn)應(yīng)優(yōu)選水力噴射泵排液求產(chǎn)工藝，從而確保求取的數(shù)據(jù)更加真實(shí)可靠。

[1] 黃有泉，何艷，曹剛.大慶油田螺桿泵采油技術(shù)新進(jìn)展[J]．石油機(jī)械，2003，31(11)：65-69．

[2] Ridho R A，Muchammad R A.Experiences，innovations and best practieces of hydraulic jet pump application at remote and swampy brown field in sembakung block Indonesia[R].IPTC，2013-04-26.

[3] 張連山.國(guó)外螺桿泵采油系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].國(guó)外石油機(jī)械，1997(1)：27-33.

[4] 高圣平.井下單螺桿抽油泵發(fā)展綜述[J].國(guó)外石油機(jī)械，1996(1)：46-53.

[5] 許大任.桿式泵和螺桿泵的新技術(shù)[J].國(guó)外石油機(jī)械，1996(1)：54-56.

[6] 孫永濤，馬魁魁，陸愛(ài)華.淺海試油排液工藝的對(duì)比及優(yōu)選[J].油氣井測(cè)試，2010，19(3)：33-35.

Technology Research and Application of Hydraulic Jet Pump Lift Testing in Sidetrack Horizontal Well

QIU Bilan1，NIE Kai2，ZHAO Xiaowei3，QU Yalou2，ZHANG Jun2

(1.Well Testing Company，Daqing Oilfield Co.，Ltd.，Daqing 143453，China；2.Petroleum EngineeringInstitute，DagangOilfieldCompany，Tianjing300280，China；3.SafetyandEnvironmentalProtectionDepartment，DagangOilfieldMineAreaServiceDepartment，Tianjing300280，China)

Progressing cavity pump and hydraulic jet pump are more and more widely used.Because they have few moving parts，high reliability，and could be used to fluid with high viscosity，sand and waxy，and also have increasing incomparable advantage compare with other mechanical oil production.They are used from production wells to oil-test wells.This article contrastive analysis both adaptation in test wells base on the working principle of progressing cavity pump and hydraulic jet pump.They are used in three wells such as Puping 3#，Puping 1#and Qiping 3#.Advantages and disadvantages in suction，system adjustment，well blowing judge，flowing bottom-hole pressure and formation production ability of both are displayed by analyzing production data of the three wells.

horizontal well；hydraulic pump；jet pump；application

1001-3482(2016)12-0055-05

2016-07-15

中國(guó)石油天然氣股份有限公司油氣勘探重點(diǎn)工程技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目“大慶探區(qū)低滲透及海拉爾盆地復(fù)雜巖性低滲透儲(chǔ)層試油(含儲(chǔ)層改造)工藝配套技術(shù)研究”(No.03B411402)

邱必蘭(1968-)，女，江蘇阜寧人，高級(jí)工程師，主要從事油藏評(píng)價(jià)及試油壓裂技術(shù)工作。

TE933.3

A

10.3969/j.issn.1001-3482.2016.12.015