螺桿泵井測試無波問題分析及治理對策

王競崎（大慶油田有限責任公司第四采油廠）

引言

隨著油田開發的不斷深入，高品質儲層區塊的日益開采，原油地質儲量和儲層供液能力的不斷下降，導致機采井產液量減少，能耗增加，系統效率降低。螺桿泵井因具有高泵效、高系統效率和節能等特性，在油田上的應用逐漸增多，已成為生產開發過程中僅次于抽油機井的一種重要機械采油方式[1]。但是相比于抽油機井，螺桿泵井在液面測試工作方面還存在一定的差距，目前，螺桿泵井開井總數約為抽油機井的1/7，但測試無波的螺桿泵井數占開井總數的比例平均為抽油機井的2.65倍（表1）。

表1 2017年1—7月抽油機、螺桿泵無波井數量對比

動液面是表征機采井生產能力和地層供液能力的重要生產參數，雖然測試無波的抽油機井數比螺桿泵井多，但是這些無波抽油機井還可以通過示功圖進行管理。而螺桿泵井無法測試示功圖，主要通過動液面數據來進行螺桿泵井的動態管理。目前，34口測試無波的螺桿泵井的平均單井系統效率為16.51%，噸液耗電量為9.17 kWh/t，嚴重影響螺桿泵井的節能效果。由此可見，研究無波螺桿泵井的治理方法，提高無波螺桿泵井的系統效率具有重要意義。

1 螺桿泵井測試無波原因分析和治理

1.1 動液面測試原理

在動液面測試時，井口連接器的聲響發生器產生的聲波沿油套環形空間向井下傳播，當遇到油管接箍和液面等障礙物時產生反射波，在井口由接收器接收并將聲波轉換成電信號，經信號處理后，形成以液面深度為橫坐標，信號強度為縱坐標的曲線圖[2]。最后通過曲線的兩次波峰間隔計算出油井的動液面深度。圖1示出正常螺桿泵井的液面測試曲線。

圖1 1#井動液面測試曲線

1.2 螺桿泵井測試無波原因分析

對34口測試無波的螺桿泵井進行調研發現，螺桿泵井測試無波的原因包括液面接近井口、套管無氣或氣量少、井筒異物和機械振動四種（表2）。其中，液面接近井口是導致螺桿泵井測試無波的主要原因，占比高達73.5%。下面將詳細分析四種原因對螺桿泵井動液面測試的影響。

表2 無波螺桿泵井情況統計

1）液面接近井口。生產參數不合理、泵況、故障停機等原因導致螺桿泵井液面接近井口；測試過程中聲波遇障礙物馬上返回，波多而亂，無法判斷液面波而形成無波井。

研究后發現液面接近井口是導致螺桿泵井測試無波的主要原因。該情況的無波井往往在之后的液面測試中出現液面在井口的現象。液面接近井口導致測試儀發出的聲波和液面返回的聲波在近井口位置產生疊加，測試曲線在近井口位置會出現振幅很大的波峰和波谷，然后曲線趨于平緩。

2）油套環空內氣體含量。液面測試儀發出的聲波在油套環形空間內的傳播主要取決于環空中的氣體，環空中氣體的含量直接影響到液面波的測試質量[3]。調研中遇到兩種情況：當油套環空中沒有氣體時，由于沒有傳播介質，聲波無法在井筒內傳播，最后測得曲線是一條直線；當油套環空中的氣體含量較少時，聲波在井筒內的傳播較弱，導致無法產生回波形成液面波，最后測得曲線只含有井口波。

3）油套環空內存在異物。螺桿泵井生產過程中油套環空內液面不斷變化，導致一些不規則的蠟和死油殘存在油套環空中的管壁上，此時進行動液面測試，聲波在向下傳播過程中遇到這些蠟和死油也會返回聲波，導致測出的曲線比較零亂，不易找到真正的液面波。該種類型的無波井，一般在洗井后再進行測試即可測到動液面。

4）機械振動。機械振動影響測試的情況主要出現在普通驅動螺桿泵井上，普驅螺桿泵井的驅動方式導致其在生產過程中振動較大，會產生很大的噪聲，影響接收器對聲波的采集。該類型的螺桿泵井聲波曲線較為混亂，不易找到真實的液面波，在停機后進行測試即可測試到動液面。

1.3 無波螺桿泵井治理對策

通過對無波螺桿泵井的液面測試曲線分析，結合無波螺桿泵井現場狀況，對四種原因產生的34口無波螺桿泵井采取相應的治理措施。

1）對于液面接近井口導致測試無波的螺桿泵井，采用在設備允許的條件下調大生產參數的方式進行治理，如生產參數已達到最大上限，則申請更換大泵徑的螺桿泵。對于泵況和故障導致液面接近井口的螺桿泵井要及時處理，使其盡快恢復生產和液面測試。

2）對于套管無氣或氣量少導致測試無波的螺桿泵井，采用關閉套管閥門或者油套連通閥門的方式進行憋氣然后進行測試，或者利用充氣設備通過套管閥門向套管內進行充氣再進行液面測試。

3）對于井筒異物導致測試無波的螺桿泵井，采用根據測試時間調整熱洗周期的方式，加密該類型螺桿泵井的熱洗次數，減少蠟等井筒異物對液面測試的影響。對于結蠟較為嚴重的螺桿泵井，選擇高壓熱洗的方式進行洗井，熱洗后待生產穩定再進行液面測試。

4）機械振動導致測試無波的螺桿泵井數較少，僅有1口。對于該類型的無波螺桿泵井，只能采取停機測試的方式。

通過對測試無波的螺桿泵井采取相應的治理對策，成功治理31口無波螺桿泵井（表3）。

表3 無波螺桿泵井治理情況統計

通過對無波螺桿泵井測試無波原因分析和采取相應的現場治理措施，測試無波的螺桿泵井數大幅度減少，已由上半年的月均46口下降為3口（圖2）。

圖2 2017年各月無波螺桿泵井數量統計

2 提高無波螺桿泵井系統效率

螺桿泵采油系統舉升流體所必須的有效功率與輸入功率的比值為螺桿泵采油井的系統效率[4]。在生產管理中，影響螺桿泵井系統效率的最大因素是井下螺桿泵的效率。螺桿泵的效率主要包括容積效率和機械效率兩部分[5]，計算公式如下：

式中：ηv——螺桿泵容積效率，%；

ηm——螺桿泵機械效率，%；

η——螺桿泵效率，%；

Qt——泵理論排量，m3/d；

QP——泵實際排量，m3/d；

Δp——泵出口和吸入口壓差，MPa；

Ma——泵軸力矩，N·m；

n——螺桿泵轉速，r/min。

由上述公式可知，影響螺桿泵效率的最主要因素為螺桿泵井的泵出口與吸入口壓差和螺桿泵轉速。在無波螺桿泵井治理中，發現液面接近井口是導致螺桿泵井測試無波的主要原因，液面接近井口同時使螺桿泵的泵出口與吸入口壓差過小，導致無波螺桿泵井的螺桿泵效率偏低，嚴重影響螺桿泵井的系統效率。

在螺桿泵井正常生產過程中，在井下條件、生產設備一定的情況下，轉速是影響螺桿泵井系統效率的最重要參數[6]。合理的轉速可以增加螺桿泵井的泵出口與吸入口壓差和螺桿泵效率，進而提高螺桿泵井的系統效率。在無波螺桿泵井經過治理恢復正常的液面測試后，根據動液面測試數據和實際生產情況，對31口生產參數不合理的螺桿泵井進行參數優化。調整轉速后平均單井系統效率提高12.6%，平均單井噸液耗電量下降2.79 kWh/t，節能30.43%，節約電費9.73萬元。

3 結論

1）動液面是進行螺桿泵井動態管理的重要生產參數，缺少管理依據導致無波螺桿泵井的系統效率偏低，研究無波螺桿泵井的治理方法，提高無波螺桿泵井的系統效率具有重要意義。

2）根據無波螺桿泵井的測試曲線和現場落實情況分析導致其測試無波的原因，及時采取相應的治理措施，能夠有效治理無波螺桿泵井。

3）無波螺桿泵井恢復正常液面測試后，可以根據動液面數據對存在問題的螺桿泵井進行參數優化。31口測試無波的螺桿泵井在調整后，平均單井系統效率提高12.6%，噸液耗電量平均下降2.79 kWh/t，節能30.43%。

[1]肖菊蘭.螺桿泵井測試工藝技術在杏南油田的應用及認識[J].內蒙古石油化工，2014（19）：121-122.

[2]徐凱，李小榮，李加偉，等.影響回聲儀監測動液面的因素分析及解決對策[J].石化技術，2016（4）：126-127.

[3]劉英.無波井產生原因及治理對策[J].內蒙古石油化工，2011（11）：45-46.

[4]趙海麟.利用測試分析提高螺桿泵井系統效率[J].石油石化節能，2013，3（6）：9-11.

[5]呂彥平，吳曉東，李遠超，等.螺桿泵井系統效率分析模型與應用[J].石油鉆采工藝，2006，28（1）：64-68.

[6]武云石.提高螺桿泵井系統效率的測試研究[J].油氣田地面工程，2009，28（7）：7-8.

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