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[摘 要]连续杆螺杆泵具有杆柱接头少，抗扭强度高等优点，适合出砂稠油油藏斜井深抽，可有效防止油井结蜡和蜡卡。介绍了连续杆螺杆泵采油工艺技术在胜利海上油田的推广应用情况。针对海上斜井作业和生产需要，对连续杆螺杆泵施工设备进行改造和施工管柱组合优化，提高了管柱强度，减少了偏磨，延长了杆柱寿命，具有广阔的应用前景。
[关键词]海上油田；连续杆螺杆泵；采油工艺；应用
中图分类号：C39 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）15-0367-01
海上油田主要有潜油电泵、地面驱动螺杆泵、自喷3种采油方式。海上油田开发初期地层供液能力较强，螺杆泵完井成本相对较低，因而被大量采用，最多时占到了机械采油的50%以上，适用于直井或造斜点≥600 m的井和油稠、轻度出砂井，并形成了一系列的螺杆泵采油工艺优化技术。
一、开发存在的问题
螺杆泵采油工艺技术在海上油田的发展应用较为成熟，但只能用于直井段，在斜井中由于抽油杆偏磨严重、易断脱、油井检泵周期较短等问题，不能实现斜井深抽。由于地层压力下降，油井液面降低，目前的地面驱动螺杆泵井越来越少。海上油田经过多年的开发，产能建设从主体富集高产油藏转向主体边部低品位油藏，呈现出层薄、地层胶结疏松、油稠、单井产能低、生产易出砂、开发难度较大等特点。a） 油层发育薄油井产能低 单井钻遇油层厚度从主体区块30～50 m大厚层降低到10 m左的薄油层。b） 原油性质变差 区块地面原油粘度从主体区块260 mPa·s左右的常规稠油提高到600～2 000 mPa·s的较稠油。c） 粘土含量高 Nm组平均粘土矿物含量为18%，Ng1+2组平均粘土矿物含量为17%，Ng主体粘土矿物含量为10.7%，Nm组粘土矿物中伊/蒙间层占68.5%，间层比为78.8%，伊利石含量为7.3%，高岭石含量为15%，绿泥石含量为9.2%。d）开发效果差。由于低产、油稠、出砂，电泵和潜油螺杆泵检泵周期短，常规电泵机组不能正常生产，采用潜油螺杆泵技术的检泵周期不200d，严重影响稠油区块的开发效果。而目前使用的螺杆泵采油工艺由于普通抽油杆接箍较多，在斜井段接箍与油管之间的摩擦面积较大，易造成抽油杆偏磨、断脱，致使油井检泵周期短，已不能适应目前海上的开发形式。
二、螺杆泵应用状况
1 泵型优化。从开始采用单头螺杆泵到目前广泛采用双头螺杆泵，进一步改善了井下机组工况条件。双头螺杆泵由双线螺杆转子和三线内螺旋面定子组成，它克服了单头螺杆泵的缺点，在举升井液的
过程中具有：①转子运动偏心小，使抽油杆柱在井下运动相对平稳，受力状况得到改善；②定子橡胶在横截面上分布较均匀，遇油膨胀后不均匀变形较小，可以进一步改善抽油杆受力；③在相同尺寸下，举升扬程和排量较大。由于双头螺杆泵具有优越的工作性能，大大提高了螺杆泵的检泵周期。大部分使用双头螺杆泵。
2 杆柱优化。从开始采用实心抽油杆到目前全面使用空心抽油杆，减少了杆柱的断、脱事故。目前广泛使用的外径 36 mm、内径 25 mm的空心抽油杆（KG36型）采用35CrMo钢调质处理，机械性能达到D级抽油杆水平。将KG36型空心抽油杆与 25.4 mm（1英寸）D级实心杆进行對比发现，在相同载荷下， 36 mm空心抽油杆所受正应力要比 25 mm实心杆小；由于 36 mm空心抽油杆的抗扭截面模量远大于25 mm实心杆，因此，在相同扭转载荷下， 36 mm空心抽油杆所受最大扭转剪应力远小于 25 mm实心杆。
3 管柱优化。完井工艺采用管柱锚定技术，提高了管柱可靠性；采用油气预分离技术，提高了泵效。以前海上螺杆泵井采用的油管锚定装置均为改进的Y211-150型封隔器，这种油管锚的锚定效果较差。为此，研制出适合海上定向井特点的新型油管锚，使上接头直接与卡瓦连接，并增加2片竖牙卡瓦以保证锚定的可靠性。该工具结构简单，操作方便，安全可靠，能有效消除螺杆泵生产管柱的轴向应力和周向旋转载荷，从根本上解决了螺杆泵生产管柱的锚定问题。使用改进型油管锚后，成功率达到100%，再未发生过油管脱落事故。在管柱中加装气锚，使油流在进泵前进行气液分离，提高泵效。
4 配电优化。地面电控系统采用软启停和变频控制技术，延长了管柱寿命。在出砂、稠油、泵挂较深的螺杆泵井上安装了变频装置，使螺杆泵缓启、缓停，有效地抑制了螺杆泵井躺井事故的发生，延长了螺杆泵的免修期。
5 管理优化。井口环空定压放气，提高了泵效，保证了机组和油井的正常工作。螺杆泵典型完井管柱（自下而上）为：喇叭口+传压筒+ 73 mm（2 78英寸）EU油管+双接头丝堵+气锚+ 73 mm（2 78英寸）EU油管+打压球座+机械式油管锚+螺杆泵+油管防旋扶正器+ 88.9 mm（3 12英寸）NU油管+螺杆泵封隔器+ 88.9 mm（3 12英寸）NU油管+悬挂器。抽油杆柱（自下而上）为：螺杆泵转子+ 36 mm D级空心抽油杆+抽油杆防脱器+ 36 mm D级空心抽油杆+抽油杆扶正器+ 36 mm D级空心抽油杆+抽油杆防脱器+ 31.75 mm（1 14英寸）光杆。应用螺杆泵配套完井工艺后，平均检泵周期达到1183 d，创造了国际一流的螺杆泵应用水平。
三、连续杆螺杆泵应用
由于螺杆泵对低产、稠油、出砂井开采有显著的优越性，因此，油田一直在开展螺杆泵斜井深抽的技术攻关，主要有2条技术路线：①完善传统的抽油杆柱，提高抽油杆的抗扭强度，斜井段增加可弯曲的万向接头；②采用连续杆施工。从机理上分析，连续杆更适合斜井深抽。
3.1 引用和创新
在海上应用需要进行海上施工适应性改造，即，将施工设备由车载式改为撬装式，由驱动
夹持部分、液压站、发电机、闪光对焊机、卷盘5部分组成。连续抽油杆是在专用生产线上加工成的具有特定形状、没有接头的抽油杆，其长度可根据下井深度任意选定。a） 施工设备改造 将陆地车载设备改为撬装设备，便于海上船舶施工。b） 管柱优化。针对斜井连续杆与油管偏磨问题，采用超高强度的抽油杆，提高管柱强度，减少偏磨，延长杆柱寿命；针对斜井采用在管柱中加装扶正器的方案，对于斜度特别大的井采用内衬油管，减少杆管之间的偏磨。
3.2 连续抽油杆的优点
a）由于采用优质合金钢和表面正火及抛丸处理，其抗拉强度σb≥794 MPa，屈服点σs≥690 MPa，具有良好的综合机械性能，可以满足深抽及有杆大泵的需求。b） 可以减少抽油杆与油管之间的磨损。与普通杆和空心杆对比，由于只有上、下2个接箍焊接点，增加了杆管接触面积，特别是在斜井中可大幅度降低油管和抽油杆之间单位面积上的摩擦力，能有效减缓偏磨，减少因偏磨造成的杆断脱事故，延长油井检泵周期，减少工人劳动强度。c）连续抽油杆可以降低杆柱应力。由于没有接箍，连续抽油杆比同样长度的普通杆质量轻8%～10%，另外，由于是用计算机设计的锥形杆柱，合理地运用了7种不同直径的连续杆，因此可以降低杆柱应力。d） 现场焊接的工序与工厂相同，锻压和热处理后，保持焊口和原杆的强度一样。e）连续杆无接箍，直接与 73 mm油管配套，可节省成本。
3.3 应用效果
**井是1997年投产的一口 139.7mm（512英寸）套管螺杆泵直井，2005-08由于光杆
断脱停井，2010由胜利作业一号平台承担该井的施工作业任务，对该井实施下连续抽油杆工艺，泵挂1 000 m，转速124 r/min，1 000 m的连续抽油杆下井作业仅用了2 h，投产后日产液28 t，日产油16 t。表明连续杆螺杆泵技术应用于海上油田是完全可行的，为海上油田的进一步应用奠定了基础。
参考文献
[1] 邵振军.螺杆泵采油工艺及其配套技术的研究与应用[D].北京：中国地质大学，2007.
[关键词]海上油田；连续杆螺杆泵；采油工艺；应用
中图分类号：C39 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）15-0367-01
海上油田主要有潜油电泵、地面驱动螺杆泵、自喷3种采油方式。海上油田开发初期地层供液能力较强，螺杆泵完井成本相对较低，因而被大量采用，最多时占到了机械采油的50%以上，适用于直井或造斜点≥600 m的井和油稠、轻度出砂井，并形成了一系列的螺杆泵采油工艺优化技术。
一、开发存在的问题
螺杆泵采油工艺技术在海上油田的发展应用较为成熟，但只能用于直井段，在斜井中由于抽油杆偏磨严重、易断脱、油井检泵周期较短等问题，不能实现斜井深抽。由于地层压力下降，油井液面降低，目前的地面驱动螺杆泵井越来越少。海上油田经过多年的开发，产能建设从主体富集高产油藏转向主体边部低品位油藏，呈现出层薄、地层胶结疏松、油稠、单井产能低、生产易出砂、开发难度较大等特点。a） 油层发育薄油井产能低 单井钻遇油层厚度从主体区块30～50 m大厚层降低到10 m左的薄油层。b） 原油性质变差 区块地面原油粘度从主体区块260 mPa·s左右的常规稠油提高到600～2 000 mPa·s的较稠油。c） 粘土含量高 Nm组平均粘土矿物含量为18%，Ng1+2组平均粘土矿物含量为17%，Ng主体粘土矿物含量为10.7%，Nm组粘土矿物中伊/蒙间层占68.5%，间层比为78.8%，伊利石含量为7.3%，高岭石含量为15%，绿泥石含量为9.2%。d）开发效果差。由于低产、油稠、出砂，电泵和潜油螺杆泵检泵周期短，常规电泵机组不能正常生产，采用潜油螺杆泵技术的检泵周期不200d，严重影响稠油区块的开发效果。而目前使用的螺杆泵采油工艺由于普通抽油杆接箍较多，在斜井段接箍与油管之间的摩擦面积较大，易造成抽油杆偏磨、断脱，致使油井检泵周期短，已不能适应目前海上的开发形式。
二、螺杆泵应用状况
1 泵型优化。从开始采用单头螺杆泵到目前广泛采用双头螺杆泵，进一步改善了井下机组工况条件。双头螺杆泵由双线螺杆转子和三线内螺旋面定子组成，它克服了单头螺杆泵的缺点，在举升井液的
过程中具有：①转子运动偏心小，使抽油杆柱在井下运动相对平稳，受力状况得到改善；②定子橡胶在横截面上分布较均匀，遇油膨胀后不均匀变形较小，可以进一步改善抽油杆受力；③在相同尺寸下，举升扬程和排量较大。由于双头螺杆泵具有优越的工作性能，大大提高了螺杆泵的检泵周期。大部分使用双头螺杆泵。
2 杆柱优化。从开始采用实心抽油杆到目前全面使用空心抽油杆，减少了杆柱的断、脱事故。目前广泛使用的外径 36 mm、内径 25 mm的空心抽油杆（KG36型）采用35CrMo钢调质处理，机械性能达到D级抽油杆水平。将KG36型空心抽油杆与 25.4 mm（1英寸）D级实心杆进行對比发现，在相同载荷下， 36 mm空心抽油杆所受正应力要比 25 mm实心杆小；由于 36 mm空心抽油杆的抗扭截面模量远大于25 mm实心杆，因此，在相同扭转载荷下， 36 mm空心抽油杆所受最大扭转剪应力远小于 25 mm实心杆。
3 管柱优化。完井工艺采用管柱锚定技术，提高了管柱可靠性；采用油气预分离技术，提高了泵效。以前海上螺杆泵井采用的油管锚定装置均为改进的Y211-150型封隔器，这种油管锚的锚定效果较差。为此，研制出适合海上定向井特点的新型油管锚，使上接头直接与卡瓦连接，并增加2片竖牙卡瓦以保证锚定的可靠性。该工具结构简单，操作方便，安全可靠，能有效消除螺杆泵生产管柱的轴向应力和周向旋转载荷，从根本上解决了螺杆泵生产管柱的锚定问题。使用改进型油管锚后，成功率达到100%，再未发生过油管脱落事故。在管柱中加装气锚，使油流在进泵前进行气液分离，提高泵效。
4 配电优化。地面电控系统采用软启停和变频控制技术，延长了管柱寿命。在出砂、稠油、泵挂较深的螺杆泵井上安装了变频装置，使螺杆泵缓启、缓停，有效地抑制了螺杆泵井躺井事故的发生，延长了螺杆泵的免修期。
5 管理优化。井口环空定压放气，提高了泵效，保证了机组和油井的正常工作。螺杆泵典型完井管柱（自下而上）为：喇叭口+传压筒+ 73 mm（2 78英寸）EU油管+双接头丝堵+气锚+ 73 mm（2 78英寸）EU油管+打压球座+机械式油管锚+螺杆泵+油管防旋扶正器+ 88.9 mm（3 12英寸）NU油管+螺杆泵封隔器+ 88.9 mm（3 12英寸）NU油管+悬挂器。抽油杆柱（自下而上）为：螺杆泵转子+ 36 mm D级空心抽油杆+抽油杆防脱器+ 36 mm D级空心抽油杆+抽油杆扶正器+ 36 mm D级空心抽油杆+抽油杆防脱器+ 31.75 mm（1 14英寸）光杆。应用螺杆泵配套完井工艺后，平均检泵周期达到1183 d，创造了国际一流的螺杆泵应用水平。
三、连续杆螺杆泵应用
由于螺杆泵对低产、稠油、出砂井开采有显著的优越性，因此，油田一直在开展螺杆泵斜井深抽的技术攻关，主要有2条技术路线：①完善传统的抽油杆柱，提高抽油杆的抗扭强度，斜井段增加可弯曲的万向接头；②采用连续杆施工。从机理上分析，连续杆更适合斜井深抽。
3.1 引用和创新
在海上应用需要进行海上施工适应性改造，即，将施工设备由车载式改为撬装式，由驱动
夹持部分、液压站、发电机、闪光对焊机、卷盘5部分组成。连续抽油杆是在专用生产线上加工成的具有特定形状、没有接头的抽油杆，其长度可根据下井深度任意选定。a） 施工设备改造 将陆地车载设备改为撬装设备，便于海上船舶施工。b） 管柱优化。针对斜井连续杆与油管偏磨问题，采用超高强度的抽油杆，提高管柱强度，减少偏磨，延长杆柱寿命；针对斜井采用在管柱中加装扶正器的方案，对于斜度特别大的井采用内衬油管，减少杆管之间的偏磨。
3.2 连续抽油杆的优点
a）由于采用优质合金钢和表面正火及抛丸处理，其抗拉强度σb≥794 MPa，屈服点σs≥690 MPa，具有良好的综合机械性能，可以满足深抽及有杆大泵的需求。b） 可以减少抽油杆与油管之间的磨损。与普通杆和空心杆对比，由于只有上、下2个接箍焊接点，增加了杆管接触面积，特别是在斜井中可大幅度降低油管和抽油杆之间单位面积上的摩擦力，能有效减缓偏磨，减少因偏磨造成的杆断脱事故，延长油井检泵周期，减少工人劳动强度。c）连续抽油杆可以降低杆柱应力。由于没有接箍，连续抽油杆比同样长度的普通杆质量轻8%～10%，另外，由于是用计算机设计的锥形杆柱，合理地运用了7种不同直径的连续杆，因此可以降低杆柱应力。d） 现场焊接的工序与工厂相同，锻压和热处理后，保持焊口和原杆的强度一样。e）连续杆无接箍，直接与 73 mm油管配套，可节省成本。
3.3 应用效果
**井是1997年投产的一口 139.7mm（512英寸）套管螺杆泵直井，2005-08由于光杆
断脱停井，2010由胜利作业一号平台承担该井的施工作业任务，对该井实施下连续抽油杆工艺，泵挂1 000 m，转速124 r/min，1 000 m的连续抽油杆下井作业仅用了2 h，投产后日产液28 t，日产油16 t。表明连续杆螺杆泵技术应用于海上油田是完全可行的，为海上油田的进一步应用奠定了基础。
参考文献
[1] 邵振军.螺杆泵采油工艺及其配套技术的研究与应用[D].北京：中国地质大学，2007.