螺杆泵井的选泵与单井设计.ppt

螺杆泵井的选泵与单井设计 根据油井产能大小合理选择泵型 ， 使其满足油井排量 、 举升扬程的需要 ， 油井供排达到协调 ， 确保螺杆泵采油系 统长寿命高效运行 。 螺杆泵井单井选泵 螺 杆 泵 井 的 选 泵 与 单 井 设 计 选泵遵循的原则是什么？ (1)泵工作点在最佳工作区域内 ,获得较高的机械效率； (2）应满足油田开发方案的要求 ,把流压抽到规定的范围内； （ 3）在泵的压头、排量足够的前提下，尽量增加下泵深度，尽 量降低流压，放大生产压差，提高油井产量； （ 4）在油井条件确定后，泵的压头、排量不能超过的太多，否 则螺杆泵工作点离开最佳工作区域； （ 5）气液比较大的井，应采取套管放气，尽量增加下泵深度， 减小气体影响程度； （ 6）螺杆泵在排量、压头、抽油杆扭矩、径向尺寸满足的条件下， 一般采用 80 100r/min；在其它条件受到约束时，可通过提高泵的转 速，以提高泵的排量和压头； （ 7）当油井地层条件发生变化时，可通过调整系统参数来适应。 另外，螺杆泵的最大外径，应满足在套管内起下顺利。转子 应能顺利通过油管，转子旋转时，最大直径不应磨油管。 选泵遵循的原则是什么？ 螺杆泵井单井选泵步骤 1、确定满足实际液量要求的泵型 2、确定满足实际扬程要求的泵级数 3、确定适合的转速 4、确定泵的基本参数 5、泵型及整体参数的选择 实现对泵型的优化选择 螺 杆 泵 井 的 选 泵 与 单 井 设 计 当泵吸入口压力低于原油饱和压力时，原油脱出的游离 气在螺杆泵腔内占据一定的空间，使液体的容积效率降低。 ww wo b h b b poo ww ow rf frZ P T P PPRrB rf rf )1(288 273 )1( 1 泵吸 容 螺杆泵的容积效率，小数； 原油体积系数， m3 /m3； 原油生产油气比， m3 /m3； Z 天然气压缩因子； 油井综合含水率，小数。 、 分别表示抽汲的原油、地层水重度， t/m3； Th泵 泵挂处的温度， 。 容容 ne D TQQ th 57 60 容 oB pR wf or wr 1 2 1、 螺杆泵的 实际排量计算 泵口压力低于原油饱和压力时： 在泵口压力高于原油饱和压力时： 容 thQQ 2 、 确定满足实际扬程要求的泵级数 螺杆泵下泵深度越大，所需泵的举升压头越大，对螺杆泵级 数要求就越多。计算式为： 45 1002 d ik P P LZ 螺杆泵定子级数，级； 螺杆泵单级承压能力， m； 地面输油管线回压 , MPa; 动液面深度， m； ikP dP L 在高含砂油井，磨损是限制泵转速的又一重要因素。在磨蚀 工况下，定子橡胶的磨损量与转速的平方成正比。因此，在高含 砂油井，螺杆泵不宜高速运转。在普通油井，泵寿命决定于定子 橡胶的磨损和疲劳。由于定子和转子间有一定过盈值，转子在定 子内旋转时，定子橡胶受到周期性压缩，产生摩擦面的自动升温 和疲劳。摩擦面的自动升温，加快了橡胶分子链的重新组合，使 弹性模量减小，从而降低疲劳特性及金属套和橡胶结合面上粘接 强度，自动升温值和压缩疲劳是转速的函数，随转速的增加而增 加，因此降低泵的转速是合理的。 近年来设计的地面驱动采油螺杆泵，最高转速均在 120r/min 左右，部分达到了 200r/min以上 ,而最常用的转速为 80-100r/min。 3、 确定适合的转速 给定的初始过盈值 1； 热膨胀造成的过盈值 2(由于井温一般高出室内温度，定 子外壳是钢套，衬里是橡胶，橡胶的热膨胀系数是钢的热膨 胀系数的 50倍以上，不同的热膨胀系数使定子橡胶内腔变小， 即增加了过盈值 )； 橡胶在原油中，尤其在高芳香烃原油中，会产生较大溶胀， 使定子内腔变小，这部分由溶胀造成的过盈值为 3 。因此， 螺杆泵在井下工作时总过盈值 为： 螺杆泵在井下工作时，其过盈值由三部分组成： =1+2+3 3 1 2 4.1、过盈值的确定 4、确定泵的基本参数 总过盈值 应根据泵的外特性确定，热膨胀和油 溶胀造成的过盈值 2、 3可用试验的方法求得。这 样根据上式便可求出初始过盈值 1。 讨论这个问题的现实意义是： 可以用改变转速的方法改变泵的最高压力点 (扬程 )和 最佳工作区域；另外，在某些场合，可用小过盈、高速运 转实现高压头工作。一般来说：小排量螺杆泵过盈量为 .3 0.5 mm；大排量螺杆泵为 0.1-0.3 mm。 螺杆泵定子橡胶对温度较敏感 。 温度越高 ， 溶胀越大 。 更要注意的是 温度越高 ， 橡胶老化的速度越快 ， 影 响定子寿命 。 因此 ， 不同井深的油井 要选择不同耐温级别的定子橡胶 。 4.2、确定定子橡胶耐温级别 4、确定泵的基本参数 下泵深度对螺杆泵橡胶温 度要求计算式为： )100 1.0(10015 naLtt o 分别表示螺杆泵橡胶适应的 温度和地表四季平均温度， ； 下泵深度， m； 螺杆泵转速， r/min； 地温梯度， /100m。 ott、 L a 还考虑了螺杆泵 运转自身生热，据经 验和室内实测，每举 升 100米，每 100转 温度升高 1 。当排 量小于 20%时，或小 于 10%时，温升较快。 螺杆泵容积效率应大 于 30%，否则长期运 转会烧泵。 n 5、泵型选择及参数设计 在 螺 杆泵应 用 设计中 ， 合理评价 的指标是 ， 工作点 是否在最佳工作区 。 在设计螺杆泵时 ， 要找出它的最佳工 作区域 ， 推荐给用 户 。 典型的螺杆泵外特性曲线 1 容积效率曲线 ;2 机械效率曲线 ; 3 总效率曲线 左则区域 最佳工作区域 右则区域 压力 1 2 3 容积效率， % 从上图中可以看出 ， 泵的容积效率随压力升高而降低 。 因 为在压力较低时 ， 橡胶密封性能较好 ， 液体漏失很少 ， 转子和 定子橡胶几乎直接接触摩擦 。 由于橡胶的摩擦系数较大 ， 摩擦 损失也较大 ， 机械效率低；当压力升高到有一些液体漏失时 ， 容积效率缓慢降低 ， 干摩擦变为有润滑的摩擦 ， 机械效率升高； 当压力继续升高 ， 有大量液体漏失时 ， 容积效率开始大幅度下 降 ， 定 、 转子间的摩擦变为液体之间的摩擦 ， 摩擦损失很小 ， 机械效率很高 。 螺杆泵总效率的高效区较宽 ， 它的最高点大约 在容积效率曲线的拐弯处附近 。 在这一区域 ， 泵开始被 “ 击 穿 ” ， 容积效率开始急剧下降 ， 但还不是大量下降 ， 机械效率 已接近最大值 ， 总效率最高 。 这一区域为泵的最佳工作区域 。 泵在这一区域效率最高 ， 而且寿命长 。 泵在井下工作时，若工作点落在容积效率曲线 的右侧区域，泵的容积效率很低，甚至抽不出油， 失去了螺杆泵高效节能的优势。这种现象在现场使 用中时有发生。另一种情况是，泵的工作点落在容 积效率曲线左侧区域，这时虽然容积效率几乎为 100%，但润滑不充分，机械效率非常低，摩擦损失 很大，总效率也较低，而且易于使泵过早失效。 设计人员必须找出螺杆泵的最佳工作区域，推荐给现场 使用人员，才能使螺杆泵得到合理的使用，减少故障，延长 泵的寿命。 1 容积效率曲线 ;2 机械效率曲线 ; 3 总效率曲线 左则区域 最佳工作区域 右则区域 压力 1 2 3 容积效率， % 现场实际应用中 ,根据现场实际经验，以上参数的 选择确定一般按照以下原则进行 : 1、泵型选择应以待选择泵型在泵效 75左右 、 转速 80 100转 满足生产液量要求为宜； 2、最大下泵深度选择时应考虑井口回压及液体沿程阻力影响，一般推荐最大下泵深度 为泵理论扬程加 100m（ 200方以上超大排量螺杆泵考虑杆柱强度情况，最大下泵深度受 限） 泵型 理论排量（ 100转 /分） 考虑 75泵效 理论扬程 m 推荐最大下泵深度 转子最大径 mm 120-36 17.3 12.975 1500 1600 55 LB230DT40 33.12 24.84 1800 1900 54 LB375DT40 54 40.5 1800 1900 58 LB580DT27 83.5 62.625 1300 1400 58 LB800DT24 115.2 86.4 1200 1300 58 LB1100-16 158.4 118.8 800 900 61 LB1200DT14 172.8 129.6 700 800 62 LB1400DT14 201.6 151.2 700 800 64 LB1600-14 230.4 172.8 700 800 64 LB1600DT24 230.4 172.8 1200 1100 62 LB2000DT24 288 216 1200 1000 67 优选泵型及参数的原则是什么 ？ 在油井下泵时选择思路有两个： 一种 是由井选泵；另一种情况是由泵选井。 正常 情况下是由井选泵，即在油井条件已知的情 况下选泵，设计工作参数。 螺 杆 泵 井 的 选 泵 与 单 井 设 计 螺杆泵井的设计目的是什么？ 一是 要满足油井的产能需求， 二是 确保举升系统高效运行。 同时达到达到供排协调。 设计步骤 5、完成设计编写 1、根据地质设计数据及要求确定是否适合使用螺杆泵 否 不允许下螺杆泵 2、根据作业井史及井身数据情况确定是否适合使用螺杆泵 否 不允许下螺杆泵 3、优选泵型及生产参数 4、优选杆管配套 螺 杆 泵 井 的 选 泵 与 单 井 设 计 设计中关键数据 1、地质关键数据 动液面情况 落实设计发出前半年内动液面的变化情 况，确保动液面数据稳定可靠；对于液面波 动较大和液面临时上升油井，不建议使用螺 杆泵工艺。 螺 杆 泵 井 的 选 泵 与 单 井 设 计 设计中关键数据 1、地质关键数据 动液面情况 设计液量 与动液面结合，进行设计液量及动液面 要求泵挂条件下泵型的初选，若无满足设计 要求螺杆泵型号则不予下入螺杆泵。 螺 杆 泵 井 的 选 泵 与 单 井 设 计 设计中关键数据 1、地质关键数据 静液面情况 落实油井停井后的静液面情况，看液面 是否恢复，不恢复的话应采取相应治理措施， 否则不建议使用螺杆泵。 动液面情况 设计液量 螺 杆 泵 井 的 选 泵 与 单 井 设 计 设计中关键数据 1、地质关键数据 落实预改造油井是否有对应水井及对应 水井工作情况，若无对应水井或对应水井不 正常，应慎重考虑下泵深度，同时，出现此 情况油井不建议使用螺杆泵进行大液量提液 生产。 对应水井工 作情况 静液面情况 设计液量 动液面情况 螺 杆 泵 井 的 选 泵 与 单 井 设 计 设计中关键数据 1、地质关键数据 落实水泥返高深度以确定适合的完井油 管锚定方式 水泥返高 对应水井工 作情况 静液面情况 设计液量 动液面情况 螺 杆 泵 井 的 选 泵 与 单 井 设 计 设计中关键数据 1、地质关键数据 落实油井出砂情况，对于出砂严重井应 采取一定治理措施后方可下入螺杆泵。 水泥返高 对应水井工 作情况 静液面情况 设计液量 动液面情况 2、井况关键数据 出砂情况 螺 杆 泵 井 的 选 泵 与 单 井 设 计 设计中关键数据 1、地质关键数据 泵若下在拐点以下，必须采取相应治理 措施。 水泥返高 对应水井工 作情况 静液面情况 设计液量 动液面情况 2、井况关键数据 出砂情况 拐点位置 螺 杆 泵 井 的 选 泵 与 单 井 设 计 杆管配套 该杆柱配套模式可与各排量螺杆 泵配套使用，尤其适用于原井杆管偏 磨较为严重、液量要求较高的油井。 在与排量 150m3以上大排量螺杆泵配 套使用时，推荐使用反扣油管进行管 柱配套。 28mm 梯形扣全井扶正 76mm 油管配套模式 现场监控要点： （）、 28mm 梯形扣杆使用中必须配套梯形扣专用扶正器使用。梯形扣 专用扶正器要求从泵上第二根开始，每根杆加一个，现场应监控扶正器数量 及安装位置是否按照设计要求执行； （）、油管必须配套油管外扶正器使用。油管外扶正器要求泵上根油 管每根安装一个油管外扶正器，其余根据情况泵上油管每根添加一个外扶 正器。 （）、原井杆管情况。及时记录原井杆管、扶正器的磨损情况并制定相 应的更换措施，原井扶正器本体未出现磨损情况而扶正块出现磨损情况的以 更换扶正块为主； （）、下杆速度。下抽油杆时速度不得太快，防止转子在下放过程中与 管壁磕碰，当转子接近定子时，下放速度低于 2m/min，防止损坏定子橡胶； 螺 杆 泵 井 的 选 泵 与 单 井 设 计 螺 杆 泵 井 的 选 泵 与 单 井 设 计 杆管配套 连续杆 76mm 内衬管配套模式 该杆柱配套模式可与各排 量螺杆泵配套使用，尤其适用 于原井杆管偏磨十分严重（前 三次平均免修期小于 200天）、 液量要求较高的油井 螺 杆 泵 井 的 选 泵 与 单 井 设 计 现场监控要点： （）、内衬管起下情况。对于新送的内衬管要及时进行现场检验，出现 内衬变形、损坏的内衬管不得下井，同时起下内衬管必须使用专用工具，不 得使用撬杠抬动内衬管； （）、原井杆管情况。及时记录原井杆管的磨损情况并制定相应的更换 措施，对于出现内衬损坏、脱落的内衬管必须进行更换； （）、下杆速度。下抽油杆时速度不得太快，防止转子在下放过程中与 管壁磕碰，当转子接近定子时，下放速度低于 2m/min，防止损坏定子橡胶； 螺 杆 泵 井 的 选 泵 与 单 井 设 计 管柱配套 现场监控要点： 1、完井管柱组配。其必须按照设计要求组配，不合格时禁止其下井并及时通知工艺所； 2、配套内衬管使用时泵上加长管长度 5m ； 3、注聚区螺杆泵井考虑胶堵影响，不使用试压装置；新下内衬管配套管柱不使用试压装置 4、配套上提下方式固定装置管柱座封位置必须在油井水泥返高位置 50m以下 5、螺杆泵固定器的座封负荷。其必须按照设计要求执行； 6、完井油管试压情况。使用普通试压装置及旋转试压装置的油井，完井座封前必须进行油管 试压，使用高原试压装置的油井，完井座封后必须进行油管试压，试压 8-10Mpa，稳压 min不降合 格； 7、对于原井装有普通试压装置的油井，在提管过程中无法泄油时，可在提到油管液面后再次 座封，进行泄油。 8、对于水泥返高 600m以上且需要在泵挂在该位置附近的油井，可以选择以下方式进行管柱锚 定： 一是使用上提下方式固定装置下部加一定数量尾管按照正常座封负荷锚定；（尾管数量视座封 力及泵挂深度而定） 二是使用反扣油管搭配上提下方式固定装置使用，降低固定装置座封负荷（座封负荷 40KN）； 三是使用旋转式固定装置进行管柱锚定。 螺杆泵单井设计 螺杆泵井单井设计的最终目的是通过合理 配置设备规格和工作参数，实现系统效率和经 济效益最大化。下面以 ST3-4X152为例，讲解 一下螺杆泵单井设计。 螺 杆 泵 井 的 选 泵 与 单 井 设 计 作业时间 2006.12.07 作 业 井 史 及 作 业 目 的 作业原因 管漏，全井杆管 偏磨严重 免修期 266 作业时间 2007.7.13 作业原因 管漏，全井杆管 偏磨严重 免修期 212 本次设计发 出时间 2008.04.03 作业原因 杆断 免修期 258 作业目的 抽改螺 从以上介绍可以看出， 该井实行螺杆泵替代的主要 目的就是工艺转向，解决由 于杆管偏磨造成的免修期较 短的问题 生产参数 95*5*4 日产液 181m3 日产油 3.2m3 动液面 147m3 静液面 54m 对应水井日 注水量 160m3 沉砂速度 0.74米 /月 水泥返高 320m 拐点位置 2.75 1663.72 基 础 数 据 生产参数 95*5*4 日产液 181m3 日产油 3.2m3 动液面 147m3 静液面 54m 对应水井日 注水量 160m3 沉砂速度 0.74米 /月 水泥返高 320m 拐点位置 2.75 1663.72 首先，分析该井是否适合下螺杆泵 高液量下，液面稳定 静液面恢复、对应水井正常 工作，注采平衡 出砂不严重、拐点在泵深以 下，井况良好 该 井 适 合 螺 杆 泵 生 产 其次，进行泵型及参数的初步选择 生产参数 95*5*4 日产液 181m3 日产油 3.2m3 动液面 147m3 静液面 54m 对应水井日 注水量 160m3 沉砂速度 0.74米 /月 水泥返高 320m 拐点位置 2.75 1663.72 泵型 设计转速 该转速 下理论 排量 考虑 75 泵效 理论扬 程 m 推荐最 大下泵 深度 转子最 大径 mm LB1400 DT14 120 241.92 181.4 700 800 64 LB1600 -14 100 230.4 172.8 700 800 64 LB2000 DT24 80 172.8 216 1200 1000 67 针对该井的液量要求及液面情况， 有以下泵型可满足其生产要求： 考虑合理转速生产 泵型 设计转速 该转速 下理论 排量 考虑 理论扬 程 推荐最 大下泵 深度 转子最 大径 作业时间 2006.12.07 作业原因 管漏，全井杆管 偏磨严重 免修期 266 作业时间 2007.7.13 作业原因 管漏，全井杆管 偏磨严重 免修期 212 本次设计发 出时间 2008.04.03 作业原因 杆断 免修期 258 作业目的 抽改螺 泵型 设计转速 该转速 下理论 排量 考虑 75 泵效 理论扬 程 m 推荐最 大下泵 深度 转子最 大径 mm LB1600 -14 100 230.4 172.8 700 800 64 LB2000 DT24 80 172.8 216 1200 1000 67 根据初选结果结合作业井史确定杆管 配套 该井的主要替代目的就是治理杆管偏磨，目 前杆管偏磨最好的治理手段就是内衬管配套连续 杆治理工艺。 根据以上结果，最终确定设计方 案如下： 总结： 本章主要讲解了螺杆泵的选型的原则及步骤 ， 螺杆泵设计的编写的目的及步骤 ， 着重介绍了设计 编写中应注意的重点数据 ， 并通过单井示例讲解了 螺杆泵设计的编写方法