螺杆泵井优化软件应用效果浅析

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摘要：随着螺杆泵作为新兴的举升方式在国内各油田大规模的推广，螺杆泵井合理的优化设计成为提高螺杆泵井的管理水平的关键。目前螺杆泵井优化设计方法及软件较多，应用比较成熟的有加拿大C—FER公司推出的PC-PUMP软件和东北石油大学开发的《螺杆泵系统优化设计软件》。可对新投产螺杆泵井和在用螺杆泵井进行单井优化和参数优选，本文主要是针对优化设计软件优化模型建立并对软件的实际应用效果进行分析评价，这对提高螺杆泵设计水平及螺杆泵井系统效率，充分发挥螺杆泵工艺的整体技术优势具有重要指导意义。

关键词：螺杆泵井；优化软件；优化模型；应用效果

1螺杆泵井优化模型的建立

螺杆泵作为新型的人工举升方式具有诸多优点，在国内各大油田得到广泛的推广应用，目前，大庆油田在用螺杆泵井数就超过8000口。提高螺杆泵井系统优化设计水平也显得尤为重要[1].螺杆泵系统优化设计主要是对现有的螺杆泵举升设备和配套工艺进行充分整合和优化配置，通过产能预测、多相管流计算以及螺杆泵、抽油杆、驱动装置等关键工作部件设计及其他配套工具的优化选择方法，并给出优化后的螺杆泵、杆管的组合、工作参数以及容积效率和系统效率。（1）井下泵的选配及工作参数优化油井流入动态分析是举升系统设计的基础[2-3]，在确定了油井的产能变化情况的基础上计算出单井的目标产量，并设计相应的流压水平，从而开展相应的泵型选择、转速设计等[4]，同时设计电机和驱动装置的装机功率。获得油井产能的常用方法为单点测试法和多点测试法。对于单点测试法，可根据油藏特点及完井方式选择不同的IPR计算模型[5-6]。对于油层部分的井壁是完全裸露的完善井，井壁附近的油层未受损害而保持原始状况，可选择Vogel方法；对存在一定的表皮系数的射孔完井选择修正的不完善井Vogel方程或者陈元千法等。对于多点测试法，可以直接绘制IPR曲线。螺杆泵泵型及工作参数优化计算就是根据设计油井的实际生产数据，对现有螺杆泵泵型进行优化选择，并设定动液面、工作转速等工作参数，能够满足油井的产能要求，使经济效益达到最大化。优选泵型及参数的原则①螺杆泵的排量范围能够满足地质预测的产液量要求。②所选螺杆泵的工作点应在高泵效区域范围内，此时泵效高，定、转子之间磨损小，泵的寿命长，是泵的最佳工作区域；③能通过调整螺杆泵系统的参数和调整地层参数来适应油层变化。（2）抽油杆的选配①抽油杆受力分析在地面驱动螺杆泵采油中，抽油杆柱所承受的外载荷主要是两个：扭矩和轴向拉力。可通过计算得到。选择尺寸规格大抽油杆柱的容易造成成本过高，原择尺寸规格小的抽油杆柱容易超出负载，负荷过大，发生杆断的现象，增加生产作业费用。所以，抽油杆柱的设计原则是在一定安全系数内满足所承受载荷的。利用可靠性设计理论可确定抽油杆柱的许用安全系数。主要计算公式：抽油杆选配的原则①当螺杆泵泵型和泵挂深度确定后，根据计算得到抽油杆的扭矩和轴向力的值确定相对应的抽油规格；②校核抽油杆的屈服强度，确定所选抽油杆的安全系数n>1.5。整个优化流程：①通过油井IPR曲线进行产能预测；②确定产量、动液面和泵沉没度；③通过垂直管流计算入口压力，从而选取泵型，验证所选泵型是否达到承压水平；④计算出对应压力、转速下的扭矩及井下泵效；⑤按井下泵效的高低顺序列出适合的泵型号及对应抽油杆柱的规格型号。

2螺杆泵优化设计软件应用情况

（1）《螺杆泵系统优化设计软件》应用情况该软件适用井下常规螺杆泵井的交互设计。油井基础参数主要包括：地层压力、饱和压力、含水率和生产油气比等。生产控制参数包括实际生产中要保持的油压、套压以及螺杆泵运行中的转速范围。产能分析可以通过已经确定的产量、流压（生产动液面）来确产，产能分析方法可选择产液指数法和Vogel方法并绘制曲线。优化计算后软件会给出详细的优化设计报告结果，在界面最下端是螺杆泵优化设计结果汇总表，包括所选螺杆泵泵型，泵设计深度，井下泵效，容积效率设计转速及所适合的抽油杆规格型号等详细数据，其中，彩色重点标注结果为优化推荐值。（2）《PC-PUMP软件》应用情况加拿大《PC-PUMP软件》是中油股份公司从加拿大C-FER公司引进的，用于井下螺杆泵采油系统的交互设计及评价的应用软件，主要功能包括螺杆泵水力特性数据分析、井下及地面设备的选择及评价、抽油杆柱载荷分析和螺杆泵生产参数选择。可对常规井口、斜井和定向井进行优化设计。《PC-PUMP软件》可通过输入各项参数模拟出井下设定动液面情况下的杆柱扭矩、轴向力的数值，下面是对青海某油井的设计评价资料。输出部分包括：能量流、杆柱载荷及多项流分析，流体损失，抽油杆扭矩和轴向力数值等。（3）优化结果对比对大庆油田部分螺杆泵采油井进行了跟踪测试，并将测试结果与《螺杆泵系统优化设计软件》以及《PC-PUMP软件》进行了对比。分析表明，两个软件计算结果和实测结果趋势基本一致，其中，扭矩计算值与实测值相比，《螺杆泵系统优化设计软件》稍偏低；轴向力计算值与实测值相比，《螺杆泵系统优化设计软件》更接近实测值。分析认为，扭矩偏低的原因在于模型中尚未把各区块目的层原油对定子橡胶的温胀和溶胀因素加入，导致实际工作扭矩要大于室内条件下的工作扭矩。

3结论与认识

（1）螺杆泵优化设计模型和软件可以满足大庆油田常规螺杆泵井的单井设计要求，为泵在高效合理范围内运行提供保障。（2）《螺杆泵系统优化设计软件》不但可进行单井优化设计，还可提供较为详细的单井施工报告。（3）《PC-PUMP》可针对斜井和定向井提供抽油杆扶正器的合理布置，为螺杆泵举升在斜井和定向井的大范围推广提供可靠的技术支持。

作者:孙新艳 王伟宁 单位:大庆油田有限责任公司采油工程研究院 黑龙江省油气藏增产增注重点实验室西北工业大学