螺桿泵井優(yōu)化軟件應(yīng)用效果淺析
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摘要：隨著螺桿泵作為新興的舉升方式在國內(nèi)各油田大規(guī)模的推廣，螺桿泵井合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)成為提高螺桿泵井的管理水平的關(guān)鍵。目前螺桿泵井優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及軟件較多，應(yīng)用比較成熟的有加拿大C—FER公司推出的PC-PUMP軟件和東北石油大學(xué)開發(fā)的《螺桿泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件》。可對新投產(chǎn)螺桿泵井和在用螺桿泵井進(jìn)行單井優(yōu)化和參數(shù)優(yōu)選，本文主要是針對優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化模型建立并對軟件的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析評價(jià)，這對提高螺桿泵設(shè)計(jì)水平及螺桿泵井系統(tǒng)效率，充分發(fā)揮螺桿泵工藝的整體技術(shù)優(yōu)勢具有重要指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞：螺桿泵井；優(yōu)化軟件；優(yōu)化模型；應(yīng)用效果
1螺桿泵井優(yōu)化模型的建立
螺桿泵作為新型的人工舉升方式具有諸多優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)各大油田得到廣泛的推廣應(yīng)用，目前，大慶油田在用螺桿泵井?dāng)?shù)就超過8000口。提高螺桿泵井系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)水平也顯得尤為重要[1].螺桿泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是對現(xiàn)有的螺桿泵舉升設(shè)備和配套工藝進(jìn)行充分整合和優(yōu)化配置，通過產(chǎn)能預(yù)測、多相管流計(jì)算以及螺桿泵、抽油桿、驅(qū)動裝置等關(guān)鍵工作部件設(shè)計(jì)及其他配套工具的優(yōu)化選擇方法，并給出優(yōu)化后的螺桿泵、桿管的組合、工作參數(shù)以及容積效率和系統(tǒng)效率。（1）井下泵的選配及工作參數(shù)優(yōu)化油井流入動態(tài)分析是舉升系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)[2-3]，在確定了油井的產(chǎn)能變化情況的基礎(chǔ)上計(jì)算出單井的目標(biāo)產(chǎn)量，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的流壓水平，從而開展相應(yīng)的泵型選擇、轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)等[4]，同時(shí)設(shè)計(jì)電機(jī)和驅(qū)動裝置的裝機(jī)功率。獲得油井產(chǎn)能的常用方法為單點(diǎn)測試法和多點(diǎn)測試法。對于單點(diǎn)測試法，可根據(jù)油藏特點(diǎn)及完井方式選擇不同的IPR計(jì)算模型[5-6]。對于油層部分的井壁是完全裸露的完善井，井壁附近的油層未受損害而保持原始狀況，可選擇Vogel方法；對存在一定的表皮系數(shù)的射孔完井選擇修正的不完善井Vogel方程或者陳元千法等。對于多點(diǎn)測試法，可以直接繪制IPR曲線。螺桿泵泵型及工作參數(shù)優(yōu)化計(jì)算就是根據(jù)設(shè)計(jì)油井的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對現(xiàn)有螺桿泵泵型進(jìn)行優(yōu)化選擇，并設(shè)定動液面、工作轉(zhuǎn)速等工作參數(shù)，能夠滿足油井的產(chǎn)能要求，使經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最大化。優(yōu)選泵型及參數(shù)的原則①螺桿泵的排量范圍能夠滿足地質(zhì)預(yù)測的產(chǎn)液量要求。②所選螺桿泵的工作點(diǎn)應(yīng)在高泵效區(qū)域范圍內(nèi)，此時(shí)泵效高，定、轉(zhuǎn)子之間磨損小，泵的壽命長，是泵的最佳工作區(qū)域；③能通過調(diào)整螺桿泵系統(tǒng)的參數(shù)和調(diào)整地層參數(shù)來適應(yīng)油層變化。（2）抽油桿的選配①抽油桿受力分析在地面驅(qū)動螺桿泵采油中，抽油桿柱所承受的外載荷主要是兩個(gè)：扭矩和軸向拉力。可通過計(jì)算得到。選擇尺寸規(guī)格大抽油桿柱的容易造成成本過高，原擇尺寸規(guī)格小的抽油桿柱容易超出負(fù)載，負(fù)荷過大，發(fā)生桿斷的現(xiàn)象，增加生產(chǎn)作業(yè)費(fèi)用。所以，抽油桿柱的設(shè)計(jì)原則是在一定安全系數(shù)內(nèi)滿足所承受載荷的。利用可靠性設(shè)計(jì)理論可確定抽油桿柱的許用安全系數(shù)。主要計(jì)算公式：抽油桿選配的原則①當(dāng)螺桿泵泵型和泵掛深度確定后，根據(jù)計(jì)算得到抽油桿的扭矩和軸向力的值確定相對應(yīng)的抽油規(guī)格；②校核抽油桿的屈服強(qiáng)度，確定所選抽油桿的安全系數(shù)n>1.5。整個(gè)優(yōu)化流程：①通過油井IPR曲線進(jìn)行產(chǎn)能預(yù)測；②確定產(chǎn)量、動液面和泵沉沒度；③通過垂直管流計(jì)算入口壓力，從而選取泵型，驗(yàn)證所選泵型是否達(dá)到承壓水平；④計(jì)算出對應(yīng)壓力、轉(zhuǎn)速下的扭矩及井下泵效；⑤按井下泵效的高低順序列出適合的泵型號及對應(yīng)抽油桿柱的規(guī)格型號。
2螺桿泵優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用情況
（1）《螺桿泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件》應(yīng)用情況該軟件適用井下常規(guī)螺桿泵井的交互設(shè)計(jì)。油井基礎(chǔ)參數(shù)主要包括：地層壓力、飽和壓力、含水率和生產(chǎn)油氣比等。生產(chǎn)控制參數(shù)包括實(shí)際生產(chǎn)中要保持的油壓、套壓以及螺桿泵運(yùn)行中的轉(zhuǎn)速范圍。產(chǎn)能分析可以通過已經(jīng)確定的產(chǎn)量、流壓（生產(chǎn)動液面）來確產(chǎn)，產(chǎn)能分析方法可選擇產(chǎn)液指數(shù)法和Vogel方法并繪制曲線。優(yōu)化計(jì)算后軟件會給出詳細(xì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)果，在界面最下端是螺桿泵優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表，包括所選螺桿泵泵型，泵設(shè)計(jì)深度，井下泵效，容積效率設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速及所適合的抽油桿規(guī)格型號等詳細(xì)數(shù)據(jù)，其中，彩色重點(diǎn)標(biāo)注結(jié)果為優(yōu)化推薦值。（2）《PC-PUMP軟件》應(yīng)用情況加拿大《PC-PUMP軟件》是中油股份公司從加拿大C-FER公司引進(jìn)的，用于井下螺桿泵采油系統(tǒng)的交互設(shè)計(jì)及評價(jià)的應(yīng)用軟件，主要功能包括螺桿泵水力特性數(shù)據(jù)分析、井下及地面設(shè)備的選擇及評價(jià)、抽油桿柱載荷分析和螺桿泵生產(chǎn)參數(shù)選擇。可對常規(guī)井口、斜井和定向井進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。《PC-PUMP軟件》可通過輸入各項(xiàng)參數(shù)模擬出井下設(shè)定動液面情況下的桿柱扭矩、軸向力的數(shù)值，下面是對青海某油井的設(shè)計(jì)評價(jià)資料。輸出部分包括：能量流、桿柱載荷及多項(xiàng)流分析，流體損失，抽油桿扭矩和軸向力數(shù)值等。（3）優(yōu)化結(jié)果對比對大慶油田部分螺桿泵采油井進(jìn)行了跟蹤測試，并將測試結(jié)果與《螺桿泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件》以及《PC-PUMP軟件》進(jìn)行了對比。分析表明，兩個(gè)軟件計(jì)算結(jié)果和實(shí)測結(jié)果趨勢基本一致，其中，扭矩計(jì)算值與實(shí)測值相比，《螺桿泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件》稍偏低；軸向力計(jì)算值與實(shí)測值相比，《螺桿泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件》更接近實(shí)測值。分析認(rèn)為，扭矩偏低的原因在于模型中尚未把各區(qū)塊目的層原油對定子橡膠的溫脹和溶脹因素加入，導(dǎo)致實(shí)際工作扭矩要大于室內(nèi)條件下的工作扭矩。
3結(jié)論與認(rèn)識
（1）螺桿泵優(yōu)化設(shè)計(jì)模型和軟件可以滿足大慶油田常規(guī)螺桿泵井的單井設(shè)計(jì)要求，為泵在高效合理范圍內(nèi)運(yùn)行提供保障。（2）《螺桿泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件》不但可進(jìn)行單井優(yōu)化設(shè)計(jì)，還可提供較為詳細(xì)的單井施工報(bào)告。（3）《PC-PUMP》可針對斜井和定向井提供抽油桿扶正器的合理布置，為螺桿泵舉升在斜井和定向井的大范圍推廣提供可靠的技術(shù)支持。
作者:孫新艷 王偉寧 單位:大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院 黑龍江省油氣藏增產(chǎn)增注重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西北工業(yè)大學(xué)