X11井螺杆泵强排水工艺技术研究与应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国石油西南油气田公司采气工艺研究院 作者:陈家晓

  目前螺杆泵在国内主要应用于油井,气水井应用较少,其定子橡胶难以适用于气水井工况。近年来,通过开展川渝螺杆泵排水采气工艺现场试验,优选出了适用于川渝气水物性参数的螺杆泵,并在川渝气田X11井成功应用,该井实施螺杆泵强排水后,成功复产,日均排水量达140m3,日均增产天然气1×104m3,标志着一种新的强排水方式的出现,这将成为川渝气田治水采气新的有效手段之一。

  目前随着气田的开发,地层能量衰竭,大批出水井已不能自喷生产,气井大量产水,严重影响了气井的正常生产,甚至水淹停产。因此真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为必须借助螺杆泵工艺措施,强助排方能维持生产。螺杆泵强排水的成功应用,为川渝气田开拓了一种新的强排水手段,拓宽了排水采气工艺的范围。

1、螺杆泵排水采气工艺技术

  螺杆泵是利用螺杆的旋转来吸排液体的,由于各螺杆的相互啮合以及螺杆与衬筒内壁的紧密配合,在泵的吸入口和排出口之间就会被分隔成一个或多个密封空间。随着螺杆的转动和啮合,这些密封空间在泵的吸入端不断形成,将吸入室中的液体封入其中并自吸入室,沿螺杆轴向连续地推移至排出端,将封闭在各空间中的液体不断排出,这种封闭腔的不断形成、运移、消失起到了泵送液体的作用。

  螺杆泵排水系统结构主要由地面驱动装置和井下螺杆泵两部分组成(图1)。地面驱动装置将井口动力通过抽油杆的旋转运动传递到井下驱动螺杆泵工作。地面驱动装置由电控箱、防爆电动机、皮带轮、锥齿轮箱、机架、光杆密封装置和大四通组成,电控箱将电源输入防爆电动机,通过皮带轮、锥齿轮箱后将旋转动力传给抽油杆和转子,将井下液体举升到地面。井下部分主要由抽油杆、接头、转子、导向头和油管、接箍、定子、尾管等组成,为了防止油管、定子脱扣,在尾管下部装有固定锚或封隔器。其中井下泵由转子和定子组成,转子是螺杆泵中唯一的运动部件,它是由高强度钢经精加工而成,定子用高弹性合成橡胶制作而成,根据流体性质选用不同类型橡胶。

螺杆泵的组成图

图1 螺杆泵的组成图

2、现场应用

  2.1、气井概况

  X11井位于新市构造高点偏东,1977年3月22日钻至p1m2层中测时,177.8mm油层套管变形,油管被卡。在处理事故过程中,油管扭断,套管破裂,被迫完钻,完钻层位p1m2,井深3888.73m,井下落鱼长度1052.27m,鱼顶井深2790.30m。1995年7月投产,初期产气量为3×104m3/d,产水量为65~70m3/d。2003年8月至2006年11月长期关井,关井前在套压12.83MPa、油压3.44MPa下,产气量为2.5×104m3/d,产水量为147m3/d。2006年12月重新生产,产气量为(3~4)×104m3/d,产水量为200m3/d左右。2008年1月继续关井,关井前日产水量达到250m3,关井套压12.8MPa,油压12.0MPa。为了继续开发动用该井天然气储量,2010年2月对X11井修井,开展螺杆泵强排水新工艺技术。X11井井身结构及工艺管串图如图2所示。

X11井井身结构及工艺管串图

图2 X11井井身结构及工艺管串图

  2.2、工艺设计及设备选型

  根据X11井井况条件,计算其工艺参数(表1),利用节点系统分析方法和pc-pump软件,优化螺杆泵排水采气工艺设计;开展螺杆泵井下及井口配套工具的研究和选型,满足螺杆泵排水采气工艺技术现场试验的需要。

3、试运行及效果分析

  3.1、运行概况

  对X11井进行了螺杆泵施工作业,成功下入螺杆泵工艺管串,泵挂深度为1523.24m。X11井实施螺杆泵工艺措施前,该井无法生产,长期关井,实施螺杆泵工艺措施后使得该井成功复产。2011年11月5日12:00启动螺杆泵,运行频率为25Hz,转速为100rpm,2011年11月18日02:20开始产气,截至2011年11月28日22点,运行了23d,累计产水量为2747m3,累计增产天然气10.83×104m3,日排水量最大达到197m3,日增产气量最大达到3.1×104m3,平均产水量为120m3/d,平均产气量为1×104m3/d,工况较为稳定,表明螺杆泵排水采气在该井取得了较好的试验效果,标志着川渝气田螺杆泵强排水取得了初步成功(图3)。

X11井螺杆泵工艺实施后排水采气曲线图

图3 X11井螺杆泵工艺实施后排水采气曲线图

  3.2、生产阶段效果分析

  1)抽纯水阶段。该阶段螺杆泵运行频率为25Hz,平均运行功率为14.9kW,平均运行电流为53.1A,平均运行电压为199V。期间累计运行时间为102h,螺杆泵运行参数稳定,运行功率稳定在15kW左右,套压上升缓慢,累计排水量为467m3,平均排水量为110m3/d。因此该阶段以抽纯水为主,主要作用是快速降低井底流压,排除井筒和近井地带的水。

表1 X11螺杆泵系统参数表

X11螺杆泵系统参数表

  2)参数波动阶段。由于螺杆泵里开始混入部分气体,螺杆泵运行参数开始波动,排污口能闻到硫化氢的味道。该阶段螺杆泵运行频率为27.5Hz,由于气体的影响,螺杆泵运行功率、运行电流、运行电压开始出现波动,运行功率为13.1~15.9kW,运行电流为46.3~55.8A,运行电压为201~229V。期间累计运行时间为209h,套压上升5.4MPa,累计排水量为885m3,平均排水量为101m3/d。该阶段排出地层水较脏,含大量铅油等杂质,经分析认为是由于压井及修井作业过程中造成井筒附近地层污染,在近井带附近可能会形成很多沉淀物质,使得地层堵塞,渗流阻力增大,造成地层暂时供液不足,产水有所下降;另外地层水流入到井筒的同时气体也逐步渗流到近井地带,螺杆泵运行时,经分离器未完成分离的气体随着地层水进入螺杆泵内,造成螺杆泵运行参数的波动。该阶段螺杆泵以27.5Hz运行,参数出现波动,平均排水量为101m3/d。

  3)气水同产阶段。由于螺杆泵排出井底积液,套压逐步上升,当上升到5.4MPa时,开始倒流程生产,该阶段为气水同产阶段,螺杆泵运行油管排水,套管开井生产。螺杆泵运行频率为27.5Hz,运行功率为8.1~16.1kW,运行电流为37.5~51.5A,运行电压为159~208V。期间累计运行时间为243h,累计排水量为1395m3,平均排水量为140m3/d,累计增产气量10.83×104m3,平均增产气量1.069×104m3/d,螺杆泵排水采气初见成效。该阶段由于产气量增加,油管中混气增多,气体发挥一定举升作用,螺杆泵排水略有上升。在此期间,螺杆泵以27.5Hz运行,平均排水量为140m3/d,平均增产气量为1.069×104m3/d。

4、结论与建议

  1)X11井进行螺杆泵强排水工艺试验取得了较好效果,表明在川渝气水井实施螺杆泵强排水工艺技术是可行的。

  2)X11井实施螺杆泵强排水后,使得该井成功复产,日均排水量为140m3,日均增产天然气1×104m3。

  3)为确保螺杆泵强排水效果,施工前根据气井压力、产量等参数优化螺杆泵参数十分必要。

  4)螺杆泵强排水试验取得的成功,为川渝气水井提供了一种新的可适用的强排水工艺选择。

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