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【摘要】川渝气田有水气藏开发日趋依赖排水采气工艺。螺杆泵排水采气成功应用于川渝产水气井助排生产，拓宽现有工艺范围。本文介绍了螺杆泵排水采气应用情况以及针对存在的井下管杆断脱、井口密封泄漏、定子橡胶配伍等问题的技术对策，对该工艺技术推广具有重要的指导作用。
【关键词】排水采气；螺杆泵；管杆断脱；井口密封；定子橡胶
受井深、排量、压力影响，现有工艺不能完全满足川渝气田气井排水采气[1]。螺杆泵因结构简单、不易气锁、经济等优点，通过适应性分析[2]确定川渝油气田螺杆泵排水采气适应范围：泵挂2000m以内，产水30～100m3/d的低压气井助排与停产井复产应用。
1、螺杆泵工艺技术原理
川渝气田排水采气采用地面驱动单螺杆泵系统，通过地面装置将电动力转为机械能，以扭矩形式传递至方卡-光杆，带动抽油杆转动运行螺杆泵，将井底液相吸入并沿油管内举升，在井底形成压差，驱使气相通过油套环空产出，形成“油管排水、套管产气”。螺杆泵主要由转子与定子组成，转子作为唯一运动部件由合金钢制成，转子作为核心敏感部件，采用合成橡胶衬套与钢套构成。定转子采用过盈式配合，伴随运动连续啮合在泵体内形成多个密封腔体，依靠密封腔体周期性形成-推送-消失来举升流体介质。
2、现场应a用与存在难点
2.1现场应用情况
（1）H8井—先导性试验
产层段1262～1278m，产水，机抽、气举效果欠佳，施工前关井停产。采用PCM公司螺杆泵，井下故障频发导致多次停泵，检泵为抽油杆本体及转子扭断，起泵发现定子橡胶明显溶胀脱胶，对应实际井下螺杆泵扭矩异常；改用NDB公司螺杆泵（90ST50型，泵挂960m，转速80～200rpm），连续排水后复产，排水量45～53m3/d，产气量3000m3/d。
（2）D4井—低压井复产
产层段1590m～1630m，地层能量衰竭，压力由19.84MPa降为6.44MPa，施工前产气量1800m3/d。选用NDB公司螺杆泵（200ST25型，泵挂1599m，转速40～160rpm）实施后产量增为4900m3/d；但井下近转子处抽油杆多次断裂与油管锚失效引起油管脱扣漏失极大影响了井下螺杆泵连续运行。
（3）X11井—强排水增产
产层段2310m～2356m，地层水活跃，产水达250～300m3/d，因井底积液水淹停产。选用NDB公司螺杆泵（120ST150型，泵挂1503m，转速200～220rpm）施工后，平均排水120m3/d，产气104m3/d，标志螺杆泵作为强排水手段取得成功。不同生产阶段多次出现停机；下泵中油管锚提前锚定与井口密封填料出现泄漏，制约了该工艺进一步应用。
2.2存在难点分析
鉴于不同生产阶段气水产出影响，螺杆泵扭矩存在一定波动，定子橡胶受地层水与气体影响[3]下表现出的溶胀性加剧了泵运行的不稳定性；传统油管锚径向承载能力较差；摩擦焊接抽油杆强度不能满足工艺需要，易在运行或停机中出现断脱；川渝气井多含H2S，现有装置运行中井口带压密封能力有限；造成连续运行周期较短，成为制约螺杆泵排水采气工艺技术推广应用的瓶颈。
3、工艺技术改进措施
3.1气水井定子橡胶适应性分析
采用氢化丁腈橡胶（HNBR），通过优选添加剂形成专用螺杆泵定子橡胶：极限含砂量6%，良好橡胶渗透设计避免“突然性压降”引起起泡破裂[4]，弱化地层水盐类影响，提高抗H2S腐蚀能力。利用室内WG220B高温带压试验箱装置模拟井下流体环境，对螺杆泵定子橡胶溶胀性进行分析，通过实验结果优选定子橡胶以及优化工艺设计参数。
3.2运行分析与工作制度完善
采用低频低转速启泵模式，运行初期，每天结合运行参数与动液面、产液量监测数据，调整工作转速以确保一定沉没度（300～500m）；待运行稳定后，基于节点分析确保螺杆泵始终在协调节点附近工作。针对大水量井提高转速连续排水减少水体影响，提液增产；对小水量井用小泵排水，制定合理间抽制度；对股水股气井，保证沉没度下采用低转速，避免大气量带出烧泵；对于出砂井优化分离器，以低转速连续运行，避免卡泵。
3.3螺杆泵油管锚与抽油杆优选
优选专用凸轮式油管锚，泵启动后，扶正块与套管摩擦使中心管与旋转外套相对转动，锚定卡瓦随中心管凸轮旋转面旋转伸出锚定；停泵时卡瓦自动收回。启动扭矩（400N.m）设置防止提前锚定，凸轮旋转面设计对应卡瓦工作行程变大，扭矩波动下锚定具有一定补偿范围。选用35CrMo材质的28.6mm整体式高抗扭抽油杆，额定屈服应力825MPa，额定扭矩3450N.m，锥螺纹结构设计能够传递较大轴向载荷与扭矩。
3.4高压机械密封系统研制
针对川渝气田产水气井特点，研制高压机械密封系统，采用增压罐独特结构设计，流体经分流体截止阀进入增压罐的低压腔，推动罐内活塞，使增压罐高压腔内密封液增压，通过高压密封液管进入机械密封油腔，使油腔产生压力，推动机械密封的动环向静环施力，与弹簧的弹力一起将静环压紧密封。通过参数校核与动密封实验[5]，该装置密封可靠，满足现场井口密封（8.5MPa）要求。将上述改进应用到G126井，施工前关井停产；采用NDB螺杆泵（200ST25型，泵挂1800m，转速120～200rpm），稳定运行400天创下螺杆泵排水采气工艺国内连续运行周期记录，成功复产，累计增产气57×104m3/d，效果显著。
4、认识与结论
（1）螺杆泵排水采气工艺技术应用瓶颈为地层流体产出引起运行载荷波动，在定子橡胶配伍以及井下管杆承载以及井口密封影响下，现场连续运行周期较短
（2）基于工艺优化与配套工具完善制定相应技术措施，整体上提高了螺杆泵排水采气工艺技术现场运行周期与安全性，现场应用效果明显。
（3）川渝气田螺杆泵排水采气的成功应用为国内排采领域提供了新的可靠工艺技术。
参考文献
[1]黎彬，李拥军等.螺杆泵排水采气技术在川渝某气田的应用[J].钻采工艺，2008，31：128-129.
[2]黄琦，黄艳等.螺杆泵技术在川渝油气田的适应性研究[J].钻采工艺，2009：49-51.
[3]Bratu C， Pompes P. Progressing cavity pump （PCP） behavior in multiphase conditions[J].paper SPE， 2005，95272.
[4]曾德智，李坛等.橡胶O型圈耐CO_2腐蚀测试及适用性评价[J].西南石油大学学报（自然科学版）， 2014：145-151.
[5]陈家晓，向雪琳等.螺杆泵高压驱动头工艺技术研究[J].钻采工艺，2014，37：80-82.
作者简介
康琳洁（1989-），女，西南石油大学在读硕士研究生，从事排水采气研究.
【关键词】排水采气；螺杆泵；管杆断脱；井口密封；定子橡胶
受井深、排量、压力影响，现有工艺不能完全满足川渝气田气井排水采气[1]。螺杆泵因结构简单、不易气锁、经济等优点，通过适应性分析[2]确定川渝油气田螺杆泵排水采气适应范围：泵挂2000m以内，产水30～100m3/d的低压气井助排与停产井复产应用。
1、螺杆泵工艺技术原理
川渝气田排水采气采用地面驱动单螺杆泵系统，通过地面装置将电动力转为机械能，以扭矩形式传递至方卡-光杆，带动抽油杆转动运行螺杆泵，将井底液相吸入并沿油管内举升，在井底形成压差，驱使气相通过油套环空产出，形成“油管排水、套管产气”。螺杆泵主要由转子与定子组成，转子作为唯一运动部件由合金钢制成，转子作为核心敏感部件，采用合成橡胶衬套与钢套构成。定转子采用过盈式配合，伴随运动连续啮合在泵体内形成多个密封腔体，依靠密封腔体周期性形成-推送-消失来举升流体介质。
2、现场应a用与存在难点
2.1现场应用情况
（1）H8井—先导性试验
产层段1262～1278m，产水，机抽、气举效果欠佳，施工前关井停产。采用PCM公司螺杆泵，井下故障频发导致多次停泵，检泵为抽油杆本体及转子扭断，起泵发现定子橡胶明显溶胀脱胶，对应实际井下螺杆泵扭矩异常；改用NDB公司螺杆泵（90ST50型，泵挂960m，转速80～200rpm），连续排水后复产，排水量45～53m3/d，产气量3000m3/d。
（2）D4井—低压井复产
产层段1590m～1630m，地层能量衰竭，压力由19.84MPa降为6.44MPa，施工前产气量1800m3/d。选用NDB公司螺杆泵（200ST25型，泵挂1599m，转速40～160rpm）实施后产量增为4900m3/d；但井下近转子处抽油杆多次断裂与油管锚失效引起油管脱扣漏失极大影响了井下螺杆泵连续运行。
（3）X11井—强排水增产
产层段2310m～2356m，地层水活跃，产水达250～300m3/d，因井底积液水淹停产。选用NDB公司螺杆泵（120ST150型，泵挂1503m，转速200～220rpm）施工后，平均排水120m3/d，产气104m3/d，标志螺杆泵作为强排水手段取得成功。不同生产阶段多次出现停机；下泵中油管锚提前锚定与井口密封填料出现泄漏，制约了该工艺进一步应用。
2.2存在难点分析
鉴于不同生产阶段气水产出影响，螺杆泵扭矩存在一定波动，定子橡胶受地层水与气体影响[3]下表现出的溶胀性加剧了泵运行的不稳定性；传统油管锚径向承载能力较差；摩擦焊接抽油杆强度不能满足工艺需要，易在运行或停机中出现断脱；川渝气井多含H2S，现有装置运行中井口带压密封能力有限；造成连续运行周期较短，成为制约螺杆泵排水采气工艺技术推广应用的瓶颈。
3、工艺技术改进措施
3.1气水井定子橡胶适应性分析
采用氢化丁腈橡胶（HNBR），通过优选添加剂形成专用螺杆泵定子橡胶：极限含砂量6%，良好橡胶渗透设计避免“突然性压降”引起起泡破裂[4]，弱化地层水盐类影响，提高抗H2S腐蚀能力。利用室内WG220B高温带压试验箱装置模拟井下流体环境，对螺杆泵定子橡胶溶胀性进行分析，通过实验结果优选定子橡胶以及优化工艺设计参数。
3.2运行分析与工作制度完善
采用低频低转速启泵模式，运行初期，每天结合运行参数与动液面、产液量监测数据，调整工作转速以确保一定沉没度（300～500m）；待运行稳定后，基于节点分析确保螺杆泵始终在协调节点附近工作。针对大水量井提高转速连续排水减少水体影响，提液增产；对小水量井用小泵排水，制定合理间抽制度；对股水股气井，保证沉没度下采用低转速，避免大气量带出烧泵；对于出砂井优化分离器，以低转速连续运行，避免卡泵。
3.3螺杆泵油管锚与抽油杆优选
优选专用凸轮式油管锚，泵启动后，扶正块与套管摩擦使中心管与旋转外套相对转动，锚定卡瓦随中心管凸轮旋转面旋转伸出锚定；停泵时卡瓦自动收回。启动扭矩（400N.m）设置防止提前锚定，凸轮旋转面设计对应卡瓦工作行程变大，扭矩波动下锚定具有一定补偿范围。选用35CrMo材质的28.6mm整体式高抗扭抽油杆，额定屈服应力825MPa，额定扭矩3450N.m，锥螺纹结构设计能够传递较大轴向载荷与扭矩。
3.4高压机械密封系统研制
针对川渝气田产水气井特点，研制高压机械密封系统，采用增压罐独特结构设计，流体经分流体截止阀进入增压罐的低压腔，推动罐内活塞，使增压罐高压腔内密封液增压，通过高压密封液管进入机械密封油腔，使油腔产生压力，推动机械密封的动环向静环施力，与弹簧的弹力一起将静环压紧密封。通过参数校核与动密封实验[5]，该装置密封可靠，满足现场井口密封（8.5MPa）要求。将上述改进应用到G126井，施工前关井停产；采用NDB螺杆泵（200ST25型，泵挂1800m，转速120～200rpm），稳定运行400天创下螺杆泵排水采气工艺国内连续运行周期记录，成功复产，累计增产气57×104m3/d，效果显著。
4、认识与结论
（1）螺杆泵排水采气工艺技术应用瓶颈为地层流体产出引起运行载荷波动，在定子橡胶配伍以及井下管杆承载以及井口密封影响下，现场连续运行周期较短
（2）基于工艺优化与配套工具完善制定相应技术措施，整体上提高了螺杆泵排水采气工艺技术现场运行周期与安全性，现场应用效果明显。
（3）川渝气田螺杆泵排水采气的成功应用为国内排采领域提供了新的可靠工艺技术。
参考文献
[1]黎彬，李拥军等.螺杆泵排水采气技术在川渝某气田的应用[J].钻采工艺，2008，31：128-129.
[2]黄琦，黄艳等.螺杆泵技术在川渝油气田的适应性研究[J].钻采工艺，2009：49-51.
[3]Bratu C， Pompes P. Progressing cavity pump （PCP） behavior in multiphase conditions[J].paper SPE， 2005，95272.
[4]曾德智，李坛等.橡胶O型圈耐CO_2腐蚀测试及适用性评价[J].西南石油大学学报（自然科学版）， 2014：145-151.
[5]陈家晓，向雪琳等.螺杆泵高压驱动头工艺技术研究[J].钻采工艺，2014，37：80-82.
作者简介
康琳洁（1989-），女，西南石油大学在读硕士研究生，从事排水采气研究.