螺桿泵井優化軟件應用效果淺析
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摘要：隨著螺桿泵作為新興的舉升方式在國內各油田大規模的推廣，螺桿泵井合理的優化設計成為提高螺桿泵井的管理水平的關鍵。目前螺桿泵井優化設計方法及軟件較多，應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開發的《螺桿泵系統優化設計軟件》。可對新投產螺桿泵井和在用螺桿泵井進行單井優化和參數優選，本文主要是針對優化設計軟件優化模型建立并對軟件的實際應用效果進行分析評價，這對提高螺桿泵設計水平及螺桿泵井系統效率，充分發揮螺桿泵工藝的整體技術優勢具有重要指導意義。
關鍵詞：螺桿泵井；優化軟件；優化模型；應用效果
1螺桿泵井優化模型的建立
螺桿泵作為新型的人工舉升方式具有諸多優點，在國內各大油田得到廣泛的推廣應用，目前，大慶油田在用螺桿泵井數就超過8000口。提高螺桿泵井系統優化設計水平也顯得尤為重要[1].螺桿泵系統優化設計主要是對現有的螺桿泵舉升設備和配套工藝進行充分整合和優化配置，通過產能預測、多相管流計算以及螺桿泵、抽油桿、驅動裝置等關鍵工作部件設計及其他配套工具的優化選擇方法，并給出優化后的螺桿泵、桿管的組合、工作參數以及容積效率和系統效率。（1）井下泵的選配及工作參數優化油井流入動態分析是舉升系統設計的基礎[2-3]，在確定了油井的產能變化情況的基礎上計算出單井的目標產量，并設計相應的流壓水平，從而開展相應的泵型選擇、轉速設計等[4]，同時設計電機和驅動裝置的裝機功率。獲得油井產能的常用方法為單點測試法和多點測試法。對于單點測試法，可根據油藏特點及完井方式選擇不同的IPR計算模型[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。對于多點測試法，可以直接繪制IPR曲線。螺桿泵泵型及工作參數優化計算就是根據設計油井的實際生產數據，對現有螺桿泵泵型進行優化選擇，并設定動液面、工作轉速等工作參數，能夠滿足油井的產能要求，使經濟效益達到最大化。優選泵型及參數的原則①螺桿泵的排量范圍能夠滿足地質預測的產液量要求。②所選螺桿泵的工作點應在高泵效區域范圍內，此時泵效高，定、轉子之間磨損小，泵的壽命長，是泵的最佳工作區域；③能通過調整螺桿泵系統的參數和調整地層參數來適應油層變化。（2）抽油桿的選配①抽油桿受力分析在地面驅動螺桿泵采油中，抽油桿柱所承受的外載荷主要是兩個：扭矩和軸向拉力。可通過計算得到。選擇尺寸規格大抽油桿柱的容易造成成本過高，原擇尺寸規格小的抽油桿柱容易超出負載，負荷過大，發生桿斷的現象，增加生產作業費用。所以，抽油桿柱的設計原則是在一定安全系數內滿足所承受載荷的。利用可靠性設計理論可確定抽油桿柱的許用安全系數。主要計算公式：抽油桿選配的原則①當螺桿泵泵型和泵掛深度確定后，根據計算得到抽油桿的扭矩和軸向力的值確定相對應的抽油規格；②校核抽油桿的屈服強度，確定所選抽油桿的安全系數n>1.5。整個優化流程：①通過油井IPR曲線進行產能預測；②確定產量、動液面和泵沉沒度；③通過垂直管流計算入口壓力，從而選取泵型，驗證所選泵型是否達到承壓水平；④計算出對應壓力、轉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抽油桿柱的規格型號。
2螺桿泵優化設計軟件應用情況
（1）《螺桿泵系統優化設計軟件》應用情況該軟件適用井下常規螺桿泵井的交互設計。油井基礎參數主要包括：地層壓力、飽和壓力、含水率和生產油氣比等。生產控制參數包括實際生產中要保持的油壓、套壓以及螺桿泵運行中的轉速范圍。產能分析可以通過已經確定的產量、流壓（生產動液面）來確產，產能分析方法可選擇產液指數法和Vogel方法并繪制曲線。優化計算后軟件會給出詳細的優化設計報告結果，在界面最下端是螺桿泵優化設計結果匯總表，包括所選螺桿泵泵型，泵設計深度，井下泵效，容積效率設計轉速及所適合的抽油桿規格型號等詳細數據，其中，彩色重點標注結果為優化推薦值。（2）《PC-PUMP軟件》應用情況加拿大《PC-PUMP軟件》是中油股份公司從加拿大C-FER公司引進的，用于井下螺桿泵采油系統的交互設計及評價的應用軟件，主要功能包括螺桿泵水力特性數據分析、井下及地面設備的選擇及評價、抽油桿柱載荷分析和螺桿泵生產參數選擇。可對常規井口、斜井和定向井進行優化設計。《PC-PUMP軟件》可通過輸入各項參數模擬出井下設定動液面情況下的桿柱扭矩、軸向力的數值，下面是對青海某油井的設計評價資料。輸出部分包括：能量流、桿柱載荷及多項流分析，流體損失，抽油桿扭矩和軸向力數值等。（3）優化結果對比對大慶油田部分螺桿泵采油井進行了跟蹤測試，并將測試結果與《螺桿泵系統優化設計軟件》以及《PC-PUMP軟件》進行了對比。分析表明，兩個軟件計算結果和實測結果趨勢基本一致，其中，扭矩計算值與實測值相比，《螺桿泵系統優化設計軟件》稍偏低；軸向力計算值與實測值相比，《螺桿泵系統優化設計軟件》更接近實測值。分析認為，扭矩偏低的原因在于模型中尚未把各區塊目的層原油對定子橡膠的溫脹和溶脹因素加入，導致實際工作扭矩要大于室內條件下的工作扭矩。
3結論與認識
（1）螺桿泵優化設計模型和軟件可以滿足大慶油田常規螺桿泵井的單井設計要求，為泵在高效合理范圍內運行提供保障。（2）《螺桿泵系統優化設計軟件》不但可進行單井優化設計，還可提供較為詳細的單井施工報告。（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支持。
作者:孫新艷 王偉寧 單位:大慶油田有限責任公司采油工程研究院 黑龍江省油氣藏增產增注重點實驗室西北工業大學