井下双螺泵无杆采油技术
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[摘 要]海洋平台井距较小，现有地面采油设备空间受限，海上稠油油田没有自喷能力，须借助采油设备，井下双螺泵以高压液体为载体，将地面能量传输至井下，带动井下双螺泵组将原油提至地面，减少地面抽油设备，有效节约空间。同时，井下双螺泵完善了无杆泵功能，泵下深可达2200m，耐高温达120℃，举升液量在10～100m3/d之间。适合海上丛式井、大斜度井、水平井，以及深井、出砂井和稠油井，尤其对于月东海上稠油油田将有其广阔应用空间。
[关键词]海上油田；稠油；螺杆泵；无杆泵
中图分类号：TE933 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0059-02
1 井下双螺泵结构及工作原理
井下双螺泵由液压马达、联结总成及下部螺杆泵三部分组成。（如图）
工作原理：地面动力液驱动马达转子旋转，力矩传递给下部螺杆泵的转子，驱动螺杆泵的转子旋转。随着螺杆泵转子转动，螺杆泵密封腔室由泵的吸入端向排除端轴向移动，井下液体在泵吸口压力作用下被压入螺杆采油泵敞开的腔室，并随着腔室的关闭、上移不断地排至泵出口。在螺杆泵的排出口处，采出液与上部马达的乏动力液汇合，并随螺杆泵的增压举升沿管柱上返至井口，从而完成井下液体举升的目的。
2 井下双螺泵举升系统优化设计方法
井下双螺泵油井生产系统分为四个子系统：油层供液子系统、井筒流动（中心油管和外管流动）子系统、液压驱动单螺杆泵子系统和井口子系统。将各个子系统相互连接的界面称为节点，共设3个节点，泵入口节点①、泵出口节点②、井口节点③。只有充分研究并掌握各个子系统的固有规律后，才能有效地确定出各个节点处的参数变化规律或值的大小。如图2所示。
1）基本模型建立简介
（1）油层供液子系统
油层供液子系统可简化用泵的沉没度和井液的密度来确定泵的入口压力。
（2）井筒流动子系统
井筒流动子系统包括动力液从井口经中心油管流到井下机组和泵抽取的原油与马达工作过的废旧动力液一起由井下经中心油管与外管形成的环形空间输送到井口。
对井筒多相管流子系统分析研究的直接目的在于确定泵上的载荷，简称泵载和马达载荷。泵载就等于泵出口压力与入口压力之差；马达载荷等于马达入口与其出口压力之差。
（3）井下液压驱动单螺杆泵子系统
根据厂家提供的井下单螺杆泵和螺杆马达的结构参数来推算出泵和马达的特性参数，以备整个系统运行参数匹配优化设计用。
（4）地面（井口）子系统
地面子系统中，主要是动力液在井口处的压力值、流量值和环空上返混合液在井口处的回压值和流量值。
2）系统优化设计模型
井下双螺泵井系统运行参数匹配优化设计任务，以系统最高泵效和满足给定油井产量的条件下，以井口动力液压力最低作为优化目标，以系统消耗的能量最低作为优化设计目标，确定最优工作参数（1）。
3 井下双螺泵举升系统设计结果及主要技术参数
1）井下双螺泵举升系统的应用范围
①适合海上或陆上丛式井、大斜度井、水平井、稀油井、稠油井、排砂井、含蜡井。
②套管内径尺寸：>150mm
③泵下深：2200m
④耐压能力：25MPa
2）双螺泵举升系统的主要技术参数
①举升液量：10～100m3/d
②泵下深度：2200m
③转数：50～350r/min
④液动比： 1：4
⑤电机功率：35～55kW。
⑥地面泵压力：5～15Mpa
4 井下双螺泵举升系统组成
井下双螺泵举升系统由地面部分、井下管柱两部分组成。地面部分包括4部分：
①井口
②原油处理系统
③控制管汇
④动力液处理系统（开式、闭式两种）
井下管柱由泵组、管柱、辅助工具组成，分开式、闭式两种管柱，如图4、图5：
5 井下双螺泵举升系统现场试验
井下双螺泵举升系统于2004年10～12月在辽河滩海油田HN16-20井进行了现场试验。
试验主要内容包括：
①功能性试验，测试常规状态下螺杆泵的举升能力的；
②地面不同压力及排量状况下，螺杆泵的举升压力、排量及转数的测定；
③系统功率的测定。
④液马达与螺杆泵的匹配情况.
⑤系统功率的测定.
现场试验效果：
1）通过这次工业性试验，双螺泵的功能达到了设计目的：
①克服了抽油杆偏磨、易断裂的不足，携砂能力强，适合丛式井、大斜度井、水平井、稠油井和排砂井；
②可依据井下液量由地面控制地面泵的压力与排量达到井下液量按需产出；
③双螺泵下深范围为2200m，扩展了下井深度；
2）通过试验分析，双螺泵液动力余量大，可继续降低液马达的动力，提高能源利用率。
3）压力平衡系统及系统达到了设计要求。
6 结论
1）井下双螺泵井系统经过单项、室内及现场试验，从结构、理论计算及实用性上，达到了设计要求，具备将原油举升至地面的功能；
2）占用平台空间小，可以一个地面动力系统驱动多口油井生产，符合海上采油特点；
3）管柱结构不受井斜影响，取消抽油杆柱，彻底避免了管杆偏磨问题，并因取消抽油杆柱，而节省了资金投入，以及因抽油杆断脱、磨损而带来的作业和修井费用；
4）井下双螺泵井系统将经过3～5口不同井深应用与完善，可扩大应用范围，有广泛的使用前景及良好的经济效益。