延长螺杆泵采油系统井下泵的使用寿命

前言

锦611块螺杆泵自2001投产以来, 共检泵20口井、40井次, 平均检泵周期441天。其中因泵问题检泵的有14口井, 18井次, 平均检泵周期530天。泵问题检泵井次占总检泵井次的45%, 尤其是2005年以来, 泵问题比例更是增加到50%。

从统计数据可以看出, 螺杆泵泵问题主要发生在两个部位, 一个是转子, 另一个是定子。因定子问题检泵的有14口井, 占泵问题检泵井的77.8%, 是造成泵问题检泵的主要原因。

一、对影响螺杆泵井下泵使用寿命的理论分析

1. 转速

研究表明, 泵的定子橡胶磨损量与工作转速的平方成正比。由于转子沿衬套表面作行星运动, 有相对滑动, 转速越高, 滑动速度越大, 定子橡胶所受的循环载荷的频率也越大, 接触区的温升也越高, 这就加剧了摩擦磨损及疲劳磨损的程度。

泵的转速越高, 流道内液流的轴向速度越大, 油液就不能很快充满吸入腔, 使泵的容积效率急剧下降, 由于油液不能完全充满泵的密封腔室以及油液中大量气泡的产生, 造成转子和定子橡胶之间的局部干摩擦, 会对泵的寿命产生严重的影响。

2. 沉没压力

当沉没压力过低时, 泵吸入口气油比过高, 将有大量气体进入泵内, 对定子橡胶造成气浸溶胀, 增加摩擦扭矩后, 产生大量热又不易被含气量较高的流体带走, 引起泵温升高;同时定、转子得不到充分润滑, 易损坏定子橡胶。

3. 温度

橡胶的硬度随着温度升高逐渐变低, 耐磨性能变差。因此使用寿命也随着温度的提高而明显变低。据经验统计, 井底温度每提高10℃, 橡胶的使用寿命就缩短近一半。

4. 出砂

砂粒对转子和定子长期磨损, 使定、转子表面破坏。另外转子和定子吻合面之间砂粒被挤压到橡胶面内, 使定子橡胶表面加速破坏。

二、锦611块螺杆泵井使用寿命的主要影响因素

1. 转速和沉没度

统计12口泵漏井和从未检泵的8口井, 平均沉没度534m, 平均转速80r/min。

(1) 相近沉没度时, 转速对井下泵使用寿命的影响

在一定的沉没度范围内, 转速对泵使用寿命的影响不大。分析认为, 由于锦611块螺杆泵的运行转速都相对较低, 在这样一个较低范围内, 转速的升高, 还不足以使橡胶温度升高、磨损加剧或使泵的容积效率急剧下降造成局部干摩擦而影响到泵的使用寿命。

(2) 相近转速时, 沉没度对井下泵的使用寿命的影响

对比转速在70r/mim至90r/mim之间的10口井, 在一定转速范围内, 随着沉没度的降低, 泵的使用寿命有逐渐缩短的趋势。分析认为, 随着沉没压力的降低, 泵吸入口气油比升高, 进泵气体量增加, 加剧了橡胶气浸溶胀, 增加了摩擦扭矩, 产生大量热又不易被含气量较高的流体带走, 引起泵温升高;同时定、转子间的润滑程度降低, 也加速了定子橡胶的损坏。

2. 井下泵的二次使用

锦611块螺杆泵的泵深在900米左右, 泵口压力9Mpa左右。定子橡胶气侵现象出现的起泵时。一般情况下, 起泵前油井停产, 压力恢复较高。泵起到地面, 环境压力0.1Mpa, 降低了90倍, 橡胶内部的气体要膨胀90倍, 内外压差增大9Mpa。橡胶内气体释放不出来, 泵定子表面起泡, 虽然在一定时间内可恢复原状, 但起泡内部已有伤痕, 将严重影响定子的使用寿命。

3. 泵挂深度

锦611块螺杆泵没有根据单井情况进行合理优化泵挂深度, 泵挂深度都在900米左右。参考有关资料, 如果地温梯度按3℃/100m计算, 泵深每上提100米, 泵周围温度将降低3℃, 此时橡胶的使用寿命将延长六分之一。反之, 随着泵挂的加深, 泵的沉没度增加, 减少了油气分离, 气体影响程度减小, 橡胶寿命将延长。

4. 出砂

锦611块由于油层渗透性差, 投产时对部分井采取了限流压裂措施, 易造成地层出砂。虽然螺杆泵具有一定的携砂能力, 对含砂有较好的适应性, 但砂粒对转子和定子的长期磨损, 同样使定、转子表面破坏, 使螺杆泵过早漏失, 使用寿命缩短。

三、锦611块延长螺杆泵井下泵使用寿命的技术管理措施

1. 合理调整沉没度

(1) 最低沉没度值的确定

从统计情况看, 随着沉没度的逐渐增加, 泵的使用寿命有逐渐延长的趋势。由此可知, 如仅从延长井下泵使用寿命的角度考虑, 使井下泵具有尽可能高的沉没度, 泵的使用寿命就能得到延长。沉没度影响井下泵使用寿命的最根本原因是原油的脱气。

(2) 合理调整沉没度

统计目前从未检过泵的8口螺杆泵井, 沉没度都在280米以上, 平均沉没度509米, 平均检泵周期达1350天, 这进一步证明了高沉没度对泵使用寿命的积极影响。因此, 对于低沉没度井, 应以最低沉没度值作为参考, 及时采取调小转速、间抽和换小泵等措施。

2. 采取防砂措施

为了减小砂粒对橡胶的磨损, 对于易出砂井采取必要的防砂措施。共在2口采用限流法压裂的井应用了防砂筛管。

从统计数据可以看出, 采取防砂措施对于延长井下泵的使用寿命有一定的效果, 采取防砂措施井泵的使用寿命较未措施井延长了132天。

3. 避免泵的二次使用

统计了新旧泵的使用时间情况, 8口新泵较4口二次使用泵的检泵周期长167天。

4口重复使用泵的第二次使用时间平均217天, 即4口二次使用泵的平均实际寿命为748天, 仅较8口新泵寿命长50天, 却要增加一次检泵。泵的成本按1.6万元计算, 单井平均日产油4.5吨, 每口井从泵漏严重待作业到下次检泵开井含水正常的时间按10天计算, 吨油效益按1350元计算, 单井作业费用按2.05万元计算。计算下来, 一井次泵的二次使用, 将带来8.7万元的经济损失, 所以螺杆泵不易重复下井使用。