三元复合驱油井节能设计与试验

彭双山（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

三元复合驱油导致采油系统中结垢和腐蚀的产生，造成油井举升过程中载荷、扭矩上升，设备运行能耗增加，生产维护成本大量增加。针对三元复合驱油体系的结垢规律，采用长柱塞泵、小过盈螺杆泵的举升工艺设计，以及除防垢方式和配方的优选，可有效减缓油井结垢，降低运行能耗，延长油井检泵周期。

1 机采举升方式的节能设计

针对三元驱过程中的结垢导致油井载荷上升，电流以及消耗功率增加问题，结合目前举升工艺中的抽油机、螺杆泵、电泵以及提捞等举升工艺，在三元驱油井的举升方式设计上，主要采取长柱塞泵的抽油机工艺、小过盈的螺杆泵工艺以及采用钢丝绳杆柱的提捞工艺。

1.1 抽油机井优选长柱塞抽油泵

长柱塞抽油泵由于采用了长柱塞、短泵筒结构，柱塞上部阀罩始终处于泵筒外面，油液在长柱塞扰动下，其结构使垢质不易在泵筒内沉积造成卡泵。

为满足测试要求，设计直径70 mm长柱塞抽油泵与泵上延长管采用内扣连接方式，改进了常规的外径为107 mm的接箍链接，使测试仪器可以通过。在三元复合驱油中应用了13 台长柱塞抽油泵，均表现出了较好的适应性。

1.2 小过盈螺杆泵

在螺杆泵工艺选择上，主要考虑降低负载扭矩对降低能耗的影响，因此试验应用了小过盈螺杆泵工艺[1]。小过盈螺杆泵的过盈量由常规的0.3 mm减小到0.15 mm，这样，既减小了系统初始负载扭矩，又可保持高泵效。

小过盈设计对泵效有一定影响。现场选用了纳米复合高分子定子橡胶，通过优化定子橡胶材料、加大泵级数降低对泵效的影响。室内挂片试验表明 在模拟采出液浸泡条件下，纳米复合高分子橡胶材料垢质附着率不足0.5%，与普通丁腈橡胶垢质附着率3.2%相比，垢质附着率降低2.7个百分点，其垢质附着率仅为普通丁腈橡胶的1/6，且易于清除擦洗，体现了较好的防垢效果。

现场试验了纳米复合高分子定子橡胶小过盈螺杆泵，试验结果表明，泵效大幅提升，通过减少垢的影响，油井电流下降明显，见表1。

表1 9-AS2711井小过盈螺杆泵应用效果对比

1.3 连续提捞采油技术

柔性抽油杆连续提捞采油技术不易引起结垢，检泵作业频次低，同时不需要采取防垢措施，对三元驱适应性较强[2]。目前，应用智能提捞抽油机井12口，该工艺具有不易出现卡泵现象、运行能耗低的特点。

1.4 电动机与控制箱的选择

为满足三元复合驱举升需求，针对油井不同结垢期的载荷变化，抽油机井应选择双功率电动机，对于螺杆泵举升工艺应设计变频调速装置，随时调整电动机的供给。喇嘛甸油田三元复合驱油现场应用多功率高转差电动机节能效果显著，其负荷压启动、功率因数高、过载能力强等特点适用于三元复合驱油井复杂的负载变化。

2 地面除防垢措施的优化

在不同结垢阶段，三元复合驱油井垢质成分有较大变化。结垢初期以碳酸盐垢为主，碳酸盐垢结垢速度快，但化学反应简单，除防垢效果比较明显，检泵周期比较长；结垢中期以混合垢为主，硅酸盐垢比例逐渐上升，混合垢化学反应复杂，检泵周期明显缩短；结垢后期以硅酸盐垢为主，硅酸盐垢的结垢速度缓慢。针对垢质成分变化，分别就管柱设计、防垢剂配方优选以及酸洗除垢方式进行了优化设计。

2.1 优化设计防垢管柱

由于三元复合驱油井垢卡、蜡卡程度比聚驱井严重，考虑普通油管防垢效果较差，为有效延长采油井热洗及检泵周期，降低燃气消耗，油管选择时侧重于防蜡、防腐、防垢[3]。三元复合驱油井熔蜡点比水驱高10～15 ℃，一般为55 ℃左右，因此油井管柱工艺以合金化纳米聚合涂镀防腐油管防蜡为主。

2.2 优化防垢药剂配方

三元复合驱油井的防垢方式有井口液体点滴加药、井口固体投球加药和井下防垢块等。考虑到反应速度、浓度调节控制的因素，选用井口液体点滴加药方式。其工作原理为 利用柱塞泵将药剂从油套环空注入井内，通过泵流量调节器控制加药量。该方法相对成本低、除防垢降载荷效果好，见表2。

表2 井口加药装置性能参数

在采出井垢质成分分析基础上有针对性地选择清防垢剂。结垢前期，药剂以防碳酸盐垢为主；结垢中后期，硅酸盐垢含量达到70%左右，优化除垢剂配方以盐酸、氢氟酸及部分表面活性剂为主。室内试验除垢率达到了98.6%，优于无机除垢剂。

2.3 确定合理的酸洗除垢时机

针对大庆喇嘛甸油田三元复合驱油井容易出现载荷上升、垢卡泵以及由此引发的能耗上升问题，结合油井除垢前后电流的变化情况，分别确定抽油机井和螺杆泵井的除垢时机。抽油机井的除垢时机为 上行电流上升5 A；出现上冲程过程中载荷增大示功图；螺杆泵井的除垢时机为 电流上升，并出现光杆转速与地下转子转速不同步的曲线。

优化酸洗除垢工艺 将常规的关井反应改为循环除垢流程；施工排垢速率控制在0.5 m3/min 以下，防止将垢质冲入泵筒内造成堵塞；加密酸洗周期，减少垢卡检泵概率。目前现场已实施26 井次，酸洗后均顺利开井生产。

现场实施33井次。油井酸洗除垢后，抽油机井上行电流平均降低5 A，螺杆泵井电流平均降低3 A，测静压关井3 d，均顺利开井，未出现卡泵现象，可保证测压等关井后的开井率，见表3。

表3 酸洗降耗效果统计

抽油机井以9-PS2631为例，该井2010年7月24日酸洗时pH 值为9.34，处于结垢初期。酸洗前测示功图时发现 在上行过程中载荷增大，因此及时采取酸洗除垢措施，措施后，上冲程载荷变平稳，最大载荷由79.93 kN下降到63.43 kN。

螺杆泵井以8-PS2603为例，该井2010年4月12日酸洗时pH值达到11.01，处于结垢后期。酸洗前电流曲线为光杆与井下转子转速不同步，酸洗后电流曲线平直，电流从14.6 A下降到12.76 A，措施效果较为明显。

3 结论

1）三元复合驱油井举升工艺的节能设计应针对油井结垢导致载荷增加的特点。长柱塞抽油泵、小过盈螺杆泵对三元复合驱油具有较强的适应性，是目前较为适合的举升技术。

2）通过优化防垢药剂配方并及时酸洗清垢能有效降低抽油机井、螺杆泵载荷和扭矩，有效降低油井电动机运行能耗。

3）防垢剂足量点滴加入的方法可保持油井电流稳定或不升，有效防垢，改善油井设备工作状况。

[1]徐国民.强碱三元复合驱面临的问题及解决对策[J].油气田地面工程,2008,27(11):70-71.

[2]刘艳平.连续抽油杆采油配套技术[J].石油矿场机械,2003,32(1):19-21．

[3]李金玲,李天德,陈修君,等.强碱三元复合驱结垢对机采井的影响及解决措施[J].大庆石油地质与开发,2008(3):89-91.