吳宇瀅（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

螺桿泵采油井內(nèi)由桿、管、泵等構成工藝管柱。一般的，由于深度變化，溫度隨之改變，導致舉升井液中石蠟的結晶析出并掛在油管內(nèi)壁和抽油桿外壁，此時螺桿泵舉升載荷增大，產(chǎn)量降低[1-3]。依據(jù)現(xiàn)場需求，需要定期洗井，生產(chǎn)中常常面臨洗井溫度低、化蠟效果不好，井筒排量小、排蠟效果差問題，因此，針對溫度和排量進行分析并采取措施，將有利于螺桿泵井洗井效果的改善。

1 溫度控制

目前油田對于螺桿泵井主要采用水洗的方式完成清蠟工作[4-7]。水源采用摻水和罐車拉運。摻水源水溫度只能達到70～80℃，溫度較低，且流量較小，注入套管換熱后融蠟效果較差[8-11]；罐車洗井，源水雖能達到90～100℃，泵車也能實現(xiàn)較大排量注入，但由于較高的投資、人工、耗油和洗井后壓產(chǎn)，年洗井井次僅占總洗井井次的15%～20%，所以目前現(xiàn)場仍以摻水洗井為主。

相比之下，超導車洗井技術具有較高的洗井液溫度、洗井后不壓產(chǎn)等突出特點，較好的彌補了常規(guī)水洗洗井工藝的不足，該種工藝源液溫度可達到120℃，使其在換熱后融蠟效果更好，更有利于確保蠟晶的去除。

1.1 工作原理

超導車熱洗原理見圖1，超導洗井主要通過泵抽壓頭提供能量，在液流采出地面后，通過管線直接接入洗井車進口，經(jīng)車內(nèi)集成的超導加熱器加熱提溫后，重新由套管閘門回注井筒中參與洗井循環(huán)。通過該加熱的高溫洗井液將井筒內(nèi)抽油桿和油管內(nèi)的蠟融化并攜帶至地面。

圖1 超導車熱洗原理圖Fig.1 Schematic diagram of superconducting car hot washing

1.2 導熱分析

洗井液由油套環(huán)空注入，向下首先到達動液面，隨動液面一起向泵吸入口流動，該過程中，油管外環(huán)空洗井液通過油管將溫度傳遞給油管內(nèi)產(chǎn)出液，受管外溫度影響，管內(nèi)液體溫度升高；之后，隨著油管外洗井液的不斷注入，洗井液前端到達泵吸入口，并繼續(xù)順油管內(nèi)部向上運動，此時，洗井液前端至井口和洗井液前端至泵形成兩個單獨的導熱體系，溫度在此處出現(xiàn)斷點，但隨距離井口高度的減少溫度呈上升趨勢；最后，洗井液前端到達井口，油管內(nèi)熱循環(huán)趨于平穩(wěn)，溫度分布穩(wěn)定。

基于以上分析，溫度變化的主要三個階段可根據(jù)洗井液前端位置劃分。階段一，前端在油管外；階段二，前端在油管內(nèi)；階段三，前端返回至井口。

借助《超導熱洗井溫計算程序》，以a井為例（產(chǎn)液40 m3/d，含水88.9%，沉沒度138 m），進行了三個階段油管內(nèi)井液溫度變化模擬，洗井過程中油管內(nèi)井液溫度變化見圖2。

圖2 洗井過程中油管內(nèi)井液溫度變化Fig.2 Temperature change of well fluid during well washing

階段一，洗井液前端在套管內(nèi)向泵流動，通過環(huán)空向油管導熱，隨著熱洗時間推移油管內(nèi)液體的溫度逐漸升高；階段二，洗井液前端到達泵吸入口后在油管內(nèi)向上運動，假設蠟的融化溫度為55℃，熱洗時間為40 min時，結蠟點（約-600 m）的油溫為53℃，尚未到達融蠟油溫，而熱洗時間為45 min時，油溫已經(jīng)達到63℃，超過了融蠟溫度，此時蠟晶融化；階段三：洗井液前端已到井口，換熱基本趨于穩(wěn)定。由前述分析，溫度曲線上斷點位置即為確定洗井液前端位置，通過模擬，熱洗時間達到50 min時洗井液前端已到井口，洗井液完成一個換熱循環(huán)。

根據(jù)模擬結果，獲得了不同產(chǎn)量和沉沒度下，超導洗井一個熱交換所需要的循環(huán)時間，循環(huán)時間隨產(chǎn)量變化圖見圖3。由圖3可知，產(chǎn)量越高、沉沒度越低，一個熱交換時間就越短。分析認為，產(chǎn)量高、沉沒度低時，洗井液能被快速吸入油管內(nèi)部，此時熱交換從單純的管外向管內(nèi)換熱變?yōu)楣軆?nèi)換熱和管外換熱的共同作用，因此管內(nèi)溫度升高越快，循環(huán)所需時間變短。

圖3 循環(huán)時間隨產(chǎn)量變化Fig.3 Variation of cycle time with yield

1.3 耗油量優(yōu)化

根據(jù)能耗轉化計算公式：

式中：N為加熱功率，kW；Q為產(chǎn)量，t/d；η為換熱效率，%；T為溫度，℃；x為含水，%；Cw、Co分別為水和油的比熱，J/kg·℃。

式中：m為單位時間的耗油量，kg/s；α為油料的燃燒值，kJ/kg。

式中：M為熱洗一口井的耗油量，kg；τ為時間，min。

實際洗井中，為徹底化蠟和排蠟，需要進行2～3個周期的化蠟和排蠟。單次化蠟時間可通過查圖3得出，單次排蠟時間20～30 min，因此當進行3個周期的化排蠟時，T出口取120℃，T進口取75℃。

2 排量控制

考慮螺桿泵井洗井排量不大，在熱洗時排蠟效果差問題，采取擴大進排液能力的技術予以解決。實際中，主要采用兩項技術：“擴大進液能力”：SJ-Ⅱ型洗井閥提高進入油管液量；“擴大排液能力”：優(yōu)化桿管配合增大液流通道。

2.1 擴大進液能力

SJ-Ⅱ型洗井閥主要包含上下接頭、主體、彈簧、內(nèi)活塞等幾個主要部分。主體為中空結構，通過上下接頭與油管連接；內(nèi)活塞在主體內(nèi)運動，不工作時被彈簧壓緊，封閉導流孔，洗井液注入油套環(huán)空后，閥體承壓并壓縮彈簧，導流孔打開后實現(xiàn)進液，SJ-Ⅱ型洗井閥見圖4。

圖4 SJ-Ⅱ型洗井閥Fig.4 SJ-Ⅱwell washing valve

核心構件為內(nèi)活塞，由主體、密封圈構成，設計有沉砂槽和密封圈支撐骨架結構，有利于機構的密封和復位。

洗井閥最大工作壓力：15 MPa；啟動壓差：0.3～0.4 MPa；最大工作流量：60 m3/h。

應用時，將SJ-II型洗井閥置于井下螺桿泵的上面，在施工作業(yè)下泵時，隨管柱一起下入井內(nèi)管柱詳細參數(shù)見表1。不工作時，活塞受到上部彈簧擠壓處于原始位置，封閉導流孔，不通水；洗井時，油套環(huán)空壓力升高，內(nèi)外壓差達到工具啟動壓差時，活塞向上，導流孔與主體連通，允許液流通過，實現(xiàn)大排量進液。

表1 管柱詳細參數(shù)Tab.1 Detailed parameters of the tube column

2.2 擴大排液能力

螺桿泵井常用抽油桿為?22 mm和?25 mm兩種，油管有?62 mm和?76 mm兩種，眾所周知，桿徑越小、管徑越大，可供液流通過的空間越大，排液能力越強。測算了?22 mm抽油桿分別和?62 mm、?76 mm兩種油管配合時，油管及與抽油桿配合情況測算見表2?？梢钥闯?，?22 mm和?76 mm油管配合時，相比與?62 mm油管配合過流面積增加1倍以上，導流能力將更好。為驗證效果，對20口應用井進行了效果統(tǒng)計，結果表明：?22 mm抽油桿和?76 mm油管配合時，洗井壓力有顯著降低，與?62 mm油管相比，洗井壓力由4.2 MPa降低至3.6 MPa，降低了14.3%。

表2 油管與抽油桿配合情況測算Tab.2 Calculation of oil pipe and sucker rod matching

3 現(xiàn)場應用

確定了“超導洗井”、“SJ-Ⅱ型洗井閥”+“?22 mm抽油桿、?76mm油管”技術的應用原則，考慮超導洗井在低產(chǎn)液、高沉沒度井應用時，一次化蠟時間過長，導致整個洗井時間長而不利于現(xiàn)場實施的情況，因此主要針對產(chǎn)量高且沉沒度低（目前應用范圍：＞30 t/d、＜250 m）的螺桿泵井應用超導洗井；而對于泵排量較低、管徑較小、平時洗井發(fā)現(xiàn)洗井壓力較高井采用“SJ-II型洗井閥”+“?22 mm抽油桿、?76 mm油管”原則進行助排優(yōu)化。

統(tǒng)計了112井次超導車洗井情況，與原洗井方式相比，洗后電流降低10.3%，平均有功功率由5.72 kW降低到5.13 kW，降低0.59 kW，日耗電減少14.16 kWh，年節(jié)電58.88×104kWh，電費折合經(jīng)濟效益37.5萬元；含水恢復期縮短1.2 d，多產(chǎn)油483 t，折合經(jīng)濟效益101.8萬元，以上總計139.3萬元。

統(tǒng)計了70口“SJ-Ⅱ型洗井閥”+“?22 mm抽油桿、?76 mm油管”擴大進排液量的措施，與措施前對比，平均單井洗井排量由12.5 m3/h提高到16.1 m3/h，提高了3.6 m3/h，洗井時間由2 h縮減為1.5 h，縮短了0.5 h；洗后電流平均降低5.2%，平均有功功率由4.50 kW降低到4.27 kW，降低0.24 kW，日耗電減少5.62 kWh，年節(jié)電14.35×104kWh，電費折算經(jīng)濟效益9.14萬元。

綜上，螺桿泵井熱洗提效措施成效較為顯著，有利于螺桿泵井洗井工藝的開展。

4 結論

1）考慮溫度因素，螺桿泵井應用超導洗井，洗井液溫度更高，換熱效果更好，有利于確保蠟晶的去除；模擬油管內(nèi)換熱表明，產(chǎn)液量越高、沉沒度越低，熱交換時間越短，用熱交換時間推算了耗油量，實現(xiàn)溫度控制和優(yōu)化。

2）“SJ-Ⅱ型洗井閥”+“?22 mm抽油桿、?76 mm油管”組合工藝有利于擴大螺桿泵井油管進液排液能力，措施后洗井排量提高，洗井用時有效縮短。

3）由于超導洗井無洗井液倒灌地層，含水恢復期近似為零，所以洗后壓產(chǎn)影響極小，起到多產(chǎn)油目的，經(jīng)濟效果顯著。

4）通過優(yōu)化螺桿泵洗井的溫度和排量實現(xiàn)了良好的節(jié)電效果，182井次共計節(jié)電73.23×104kWh。