簡(jiǎn)介:,套保油田稠油排砂冷采螺桿泵系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)中國(guó)石油吉林油田分公司,,,排砂冷采是一項(xiàng)新的稠油開(kāi)采方式,它除了要求特定的地質(zhì)條件外,在舉升工藝上要求采用具有高攜砂性能的螺桿泵。吉林油田分公司通過(guò)在套保油田反復(fù)試驗(yàn),總結(jié)出了設(shè)計(jì)應(yīng)用高攜砂螺桿泵各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的方法,即泵排量、轉(zhuǎn)速、揚(yáng)程、地面驅(qū)動(dòng)功率的優(yōu)選和油管、油桿、錨定器等井下工具的合理組合。通過(guò)2002?2003年現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后,本技術(shù)充分發(fā)揮了油井產(chǎn)能,滿足了排砂冷采的需要。,,,,,,,,一、二、三、四、五、,套保稠油油田的基本狀況,螺桿泵在套保稠油油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,排砂冷采方式下螺桿泵舉升工藝的應(yīng)用效果,排砂冷采方式下螺桿泵井下管柱的優(yōu)化,排砂冷采方式下螺桿泵生產(chǎn)管理及小修作業(yè)管理,第一部分套保油田的基本狀況,,,,,,簡(jiǎn)介,套保稠油油田的基本狀況,套保油田位于吉林省白城市到保鄉(xiāng)境內(nèi),西距白城市約20KM。長(zhǎng)白鐵路、公路通過(guò)油田,交通方便。該油田區(qū)域構(gòu)造位于松遼盆地南部西部斜坡區(qū)中部隆起區(qū)的西部緩坡帶上,有薩爾圖、葡萄花兩套層系,主力油層為薩爾圖油層。,一、油田自然狀況,,,,,,簡(jiǎn)介,套保稠油油田的基本狀況,,二、儲(chǔ)層及原油性質(zhì),套保稠油油藏埋藏淺,油層中部320M左右;縱向上油層集中發(fā)育,但油層厚度薄,多數(shù)在3~10M,平均有效厚度65M儲(chǔ)層膠結(jié)疏松;隔夾層薄,一般為1-5M;儲(chǔ)層屬高孔高滲儲(chǔ)層,平均孔隙度35,滲透率平均19ΜM2,含油飽和度為66,凝固點(diǎn)22℃,20℃時(shí)脫氣原油密度0925G/CM3,油層溫度18℃時(shí)脫氣原油粘度為3527MPAS,流體類型為普通稠油,油層平均地層壓力為322MPA。,,,,,,簡(jiǎn)介,套保稠油油田的基本狀況,,三、開(kāi)采歷程,套保油田1999正式投入試采,先后開(kāi)展過(guò)常規(guī)采油、蒸汽吞吐開(kāi)采和排砂冷采三種開(kāi)采方式的試驗(yàn),因開(kāi)采方式不同,采用的舉升設(shè)備由抽油機(jī)配合稠油泵防砂采油到應(yīng)用螺桿泵進(jìn)行排砂冷采,同時(shí)經(jīng)濟(jì)效益也有較大變化。常規(guī)采油產(chǎn)量低,注蒸汽吞吐熱采成本高,這兩種開(kāi)采方式的經(jīng)濟(jì)效益都比較差,而應(yīng)用排砂冷采技術(shù),油井的產(chǎn)能大幅度提高,與常規(guī)采油比日產(chǎn)油提高了近10倍(最高可達(dá)30T/D),取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。目前形成了一套適合開(kāi)發(fā)淺層稠油的排砂冷采配套舉升工藝技術(shù),為疏松砂巖稠油開(kāi)發(fā)最先進(jìn)的技術(shù)。,第二部分螺桿泵在套保稠油油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,螺桿泵在套保稠油油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,采油方式的選擇的合適與否,決定了一個(gè)油田的經(jīng)濟(jì)效益,經(jīng)歷三年多的礦場(chǎng)試驗(yàn),攻克了一系列技術(shù)難關(guān),確定了套保油田采用排砂冷采技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。地層內(nèi)大量砂子的產(chǎn)出是排砂冷采獲得較高產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。怎樣將砂子安全舉升到地面是采油工藝迫切需要解決的問(wèn)題。從采油設(shè)備上來(lái)看,常規(guī)活塞式深井泵在地層產(chǎn)出液含砂較高時(shí),經(jīng)常發(fā)生卡泵現(xiàn)象。礦場(chǎng)實(shí)踐表明,螺桿泵能很好地泵送高含砂量、高黏度原油,調(diào)整排量操作簡(jiǎn)單、精確,適合做為稠油排砂冷采的配套舉升設(shè)備。因此套保油田的采油方式采用地面電動(dòng)機(jī)皮帶傳動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng)配合排砂冷采技術(shù)進(jìn)行開(kāi)采。,,螺桿泵在套保稠油油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,,螺桿泵在套保稠油油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,一、螺桿泵舉升系統(tǒng)各部分的選擇,1、螺桿泵排量確定確定排量的原則(1)、排砂冷采要求生產(chǎn)壓差最好能放到最大;(2)、根據(jù)油井油層性質(zhì)、排砂冷采試驗(yàn)井的生產(chǎn)情況,預(yù)測(cè)排砂冷采井初期產(chǎn)量(套保油田一般為435M3/D);(3)、螺桿泵說(shuō)明書(shū)注明舉升揚(yáng)程400600米時(shí),泵效為6570;(4)、為減輕摩損,螺桿泵一般采用中低轉(zhuǎn)速(50150RPM),在生產(chǎn)時(shí)可上下調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速,及時(shí)改變泵的排量。根據(jù)以上條件,套保油田排砂冷采使用10M3/D100RPM、16M3/D100RPM、28M3/D100RPM三種排量的泵,以滿足不同產(chǎn)量井的需要。,(一)、井下泵及管柱部分,一、螺桿泵舉升系統(tǒng)各部分的選擇,,螺桿泵在套保稠油油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,(一)、井下泵及管柱部分,一、螺桿泵舉升系統(tǒng)各部分的選擇,2、螺桿泵揚(yáng)程的確定考慮螺桿泵的揚(yáng)程受原油液體粘度、含砂量的影響,需要舉升揚(yáng)程相對(duì)高。根據(jù)稠油排砂冷采選泵軟件計(jì)算,日產(chǎn)4M3/D、35M3/D需用揚(yáng)程如下表,注計(jì)算條件含砂20(V/V)、粘度3527MPAS、Φ25MM抽油桿、泵掛350M、沉沒(méi)度10M、回壓015MPA。,,螺桿泵在套保稠油油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,一、螺桿泵舉升系統(tǒng)各部分的選擇,(二)、抽油桿,抽油桿設(shè)計(jì)原則是所選用抽油桿許用扭矩必須大于工作扭矩,并有不小于20的安全系數(shù)。對(duì)于排砂冷采井,含砂增高時(shí)對(duì)扭矩影響極其敏感,含砂超過(guò)5后,驅(qū)動(dòng)扭矩直線上升。下面是AMOCO公司在一口排砂冷采井測(cè)定含砂與驅(qū)動(dòng)扭矩關(guān)系圖。,,螺桿泵在套保稠油油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,(二)、抽油桿,一、螺桿泵舉升系統(tǒng)各部分的選擇,,螺桿泵在套保稠油油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,一、螺桿泵舉升系統(tǒng)各部分的選擇,(二)、抽油桿,HP式中T抽油桿井口處許用扭矩,N﹒M;G抽油桿剪切彈性模量,81104MPA;IP抽油桿截面慣性矩,MM4;HP泵掛深,M;05~1H,抽油桿許用扭矩計(jì)算公式為GIPΦ,T───,Ф許用扭矩角Ф─────,RAD;,314,,螺桿泵在套保稠油油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,一、螺桿泵舉升系統(tǒng)各部分的選擇,(二)、抽油桿,代入Φ22MM和Φ25MM兩種規(guī)格油桿數(shù)據(jù),可算出Φ22MM油桿許用扭矩范圍為296592NM,Φ25MM油桿許用扭矩范圍為494988NM。據(jù)實(shí)測(cè),在泵掛350M、產(chǎn)量20T/D、轉(zhuǎn)速60RPM情況下,含砂為0和30工況下,井口最大驅(qū)動(dòng)扭矩分別為158NM和474NM。選擇Φ25MM油桿能滿足生產(chǎn)需要。實(shí)踐證明,Φ25MM油桿的斷脫幾率要遠(yuǎn)底于Φ22MM油桿。,,螺桿泵在套保稠油油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,(三)、油管,一、螺桿泵舉升系統(tǒng)各部分的選擇,排砂冷采普遍采用Φ889MM油管與Φ25MM油桿配合,目的是減小管桿環(huán)空阻力。,(四)、井口,采用7″簡(jiǎn)易150型井口,驅(qū)動(dòng)頭與井口法蘭連接,同時(shí)考慮排砂冷采環(huán)空測(cè)試的需要,在井口法蘭下部設(shè)計(jì)了偏心測(cè)試頭。,(五)、光桿,依據(jù)生產(chǎn)時(shí)扭矩要求和日常管理經(jīng)常提出轉(zhuǎn)子沖洗需要,選定Φ32MM\10M長(zhǎng)的光桿。,,螺桿泵在套保稠油油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,二、配套工具,螺桿泵井下配套工具主要有油管扭力錨、抽油桿防脫器及桿、管扶正器,套保油田油井是淺直井,螺桿泵轉(zhuǎn)速較低,所以抽油桿防脫器及桿、管扶正器沒(méi)有使用,現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有桿管偏磨及倒轉(zhuǎn)脫扣現(xiàn)象發(fā)生。套保油田試驗(yàn)過(guò)支撐卡瓦錨和扭力錨,試驗(yàn)結(jié)果表明帶扭力錨的管柱受力狀況好,不用專門(mén)解封、座封。工具簡(jiǎn)單,對(duì)排砂冷采井十分適用。常規(guī)的防轉(zhuǎn)錨不能承受油井高含砂時(shí)產(chǎn)生的大扭矩,因此采用加拿大專為排砂冷采井生產(chǎn)的承受大扭矩的翻板式扭力錨。該錨定器使用方便、性能穩(wěn)定,油田目前采用加拿大生產(chǎn)的7″翻板式扭力錨,錨長(zhǎng)3937MM。,,螺桿泵在套保稠油油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,三、地面驅(qū)動(dòng)裝置及電控部分,地面驅(qū)動(dòng)裝置將動(dòng)力傳遞給井下泵轉(zhuǎn)子,使轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)。主要包括電機(jī)、傳動(dòng)皮帶、減速箱、盤(pán)根盒、電控箱五部分。螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)裝置的選擇除考慮與井口連接及減速比等因素外,更重要的是要考慮驅(qū)動(dòng)頭電機(jī)功率的承載能力。,,螺桿泵在套保稠油油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,(一)、電機(jī)功率設(shè)計(jì),三、地面驅(qū)動(dòng)裝置及電控部分,電機(jī)功率設(shè)計(jì)主要考慮油井初產(chǎn)時(shí)的高含砂及措施快速提液要求,各部份的消耗功率如下,15M3/D100R/MIN時(shí)系統(tǒng)功率損耗表,,螺桿泵在套保稠油油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用發(fā)展,,(二)、電控箱,三、地面驅(qū)動(dòng)裝置及電控部分,電控箱控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止,配備變頻調(diào)速裝置,以滿足時(shí)常調(diào)整排量的需要,可以精確控制動(dòng)液面,保持較大的生產(chǎn)壓差,確保排砂冷采的成功,并具有過(guò)載、欠載等異常情況自動(dòng)停機(jī)保護(hù)功能,防止抽油桿斷脫和干磨事故發(fā)生。,第三部分排砂冷采方式下螺桿泵井下工藝管柱的優(yōu)化,,排砂冷采方式下螺桿泵井下工藝管柱的優(yōu)化,,試驗(yàn)初期我們采用的是常規(guī)的管柱結(jié)構(gòu),即油管泵錨定器定位銷尾管。缺點(diǎn)泵的沉沒(méi)度比較低。由于油層壓力低,原油粘度大且含砂高,螺桿泵的吸液能力差,造成泵效低和尾管內(nèi)及其入口積砂,經(jīng)常發(fā)生堵塞。,,排砂冷采方式下螺桿泵井下工藝管柱的優(yōu)化,,為解決砂堵尾管造成頻繁作業(yè)問(wèn)題,我們對(duì)井下管柱進(jìn)行了第一次改進(jìn),將泵吸入口下在油層底界。由于支撐卡瓦錨必須下在油層之上,錨和泵之間用幾根油管相連,為防轉(zhuǎn)脫,將各處絲扣用鋼筋焊接。見(jiàn)下圖。,,排砂冷采方式下螺桿泵井下工藝管柱的優(yōu)化,,,排砂冷采方式下螺桿泵井下工藝管柱的優(yōu)化,,第二次改進(jìn)是改變油管錨固方式,選用翻板式扭力錨,它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、堅(jiān)固耐用。管柱結(jié)構(gòu)是油管螺桿泵定位銷扭力錨,,排砂冷采方式下螺桿泵井下工藝管柱的優(yōu)化,,第二次改進(jìn)后存在問(wèn)題一是油井出砂量大,砂埋泵吸入口二是原油粘度高,進(jìn)泵阻力大,井下泵的充滿程度低。解決方案把普通的定位銷改成側(cè)開(kāi)槽定位銷,第四部分排砂冷采方式下螺桿泵生產(chǎn)管理及小修作業(yè)管理,,排砂冷采方式下螺桿泵生產(chǎn)管理及小修作業(yè)管理,,套保油田在三年多的生產(chǎn)過(guò)程中,摸索、總結(jié)出了一些經(jīng)驗(yàn)作法,初步形成了螺桿泵排砂冷采的八項(xiàng)管理制度。螺桿泵日常管理規(guī)程油井管理制度新投油井的管理生產(chǎn)井異常情況的管理生產(chǎn)井異常情況判斷流程圖高含砂生產(chǎn)井的管理螺桿泵井下作業(yè)施工的管理規(guī)定井下作業(yè)中撈砂作業(yè)管理規(guī)定,,8項(xiàng)制度,第五部分排砂冷采方式下螺桿泵舉升工藝的應(yīng)用效果及幾點(diǎn)認(rèn)識(shí),,排砂冷采方式下螺桿泵舉升工藝的應(yīng)用效果,,套保油田自2000年試驗(yàn)螺桿泵作為稠油舉升的配套設(shè)備以來(lái),對(duì)選泵、桿管泵及井下工具的組合有了一套成型的經(jīng)驗(yàn),最終確定采用高攜砂螺桿泵作為套保油田稠油排砂冷采開(kāi)發(fā)的配套舉升設(shè)備。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明,對(duì)于含砂體積比30~40的油井,在沒(méi)有沉砂口袋的情況下也能正常工作。2003年產(chǎn)能建設(shè)54口井全部應(yīng)用該技術(shù),取得了成功。,,排砂冷采方式下螺桿泵舉升工藝的幾點(diǎn)體會(huì),,第一、螺桿泵舉升系統(tǒng)是最好的稠油舉升設(shè)備,排砂冷采必須采用高攜砂性能的螺桿泵,它適合泵送高粘原油,而不受原油中含砂量的限制。礦場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明,螺桿泵已成功地泵送過(guò)含砂量高達(dá)85、原油粘度為2000MPAS的稠油。第二、螺桿泵舉升系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明,含砂量增大,設(shè)計(jì)稠油排砂冷采井的地面驅(qū)動(dòng)設(shè)備的功率必須比常規(guī)設(shè)計(jì)大。第三、螺桿泵舉升系統(tǒng)中的井下桿、管組合必須滿足高攜砂要求。第四、螺桿泵舉升系統(tǒng)中井下螺桿泵的吸入口下入位置在油層射孔底界下1M以內(nèi),確保最大生產(chǎn)壓差,而又不被砂埋。,,排砂冷采方式下螺桿泵舉升工藝的幾點(diǎn)體會(huì),,第五、螺桿泵舉升系統(tǒng)中電控箱必須配備變頻器,調(diào)整排量簡(jiǎn)單、迅速。螺桿泵的排量與轉(zhuǎn)速成正比,只要旋轉(zhuǎn)調(diào)速旋鈕就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速,可精確調(diào)整油井排量,控制動(dòng)液面,從而控制泵的沉沒(méi)度。第六、螺桿泵舉升系統(tǒng)投資少,運(yùn)行費(fèi)用低。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,設(shè)備造價(jià)低,系統(tǒng)效率高,維護(hù)工作量小,運(yùn)行成本低,與往復(fù)有桿泵系統(tǒng)相比最少節(jié)電15。第七、螺桿泵舉升系統(tǒng)不存在對(duì)地表土壤的依賴,套保油田油井大部分在沼澤及稻田,采用螺桿泵是最好的解決辦法,因?yàn)槁輻U泵驅(qū)動(dòng)頭安裝在井口上,不存在對(duì)地表土壤的依賴。,經(jīng)過(guò)幾年的反復(fù)試驗(yàn),吉林油田分公司摸索出了一套螺桿泵系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù),并在套保油田成功應(yīng)用。隨著油田的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,可能還會(huì)出現(xiàn)這樣那樣的問(wèn)題,需要我們?nèi)ヌ剿鳎覀兊恼J(rèn)識(shí)還比較膚淺,懇請(qǐng)各位領(lǐng)導(dǎo)和專家給予指導(dǎo)和幫助。文中不妥之處,敬請(qǐng)批評(píng)指正。,,中國(guó)石油吉林油田分公司,
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