自20 世纪八十年代初期的第一批螺杆泵采油 方式在油田开发中取得了良好效果，美国、法国和 德国等相继开始了该领域的研究开发，螺杆泵的排 量和扬程进一步提高，并在这一时期得到了广泛发 展和应用。我国自九十年代中期开始螺杆泵采油 系统的研发工作，虽然起步较晚，但是经过多年的 持续攻关已经形成了具有一定特色的螺杆泵系列 产品，在国内各大油田应用后均取得了较好的反 响，仅大庆油田螺杆泵采油井就已突破1 500 口。 国内外专家对螺杆泵在一些油田的应用情况 进行了阐述［1］，并列举了相应实例。师国臣等介绍 了1998 年以前大庆油田应用螺杆系列采油技术及 配套工艺技术、螺杆泵的开发与检测等方面所取得 的科研成果和成功经验［2］。黄有泉等报道了2003 年6 月底以前大庆油田在用螺杆泵采油井共916
口，螺杆泵采油技术已基本成熟配套，提出了螺杆
泵亟需攻关的方向［3］。随着大庆油田聚合物驱和 复合驱的开展，王国庆等报道了大庆油田在聚合物 驱采油井开展的大排量螺杆泵采油系统推广应用 试验［4］。梁亚宁等将螺杆泵井综合防垢举升工艺 技术应用到大庆油田三元复合驱采油井中，截止到 2010 年底累计应用425 井次［5］。但是，螺杆泵多用 于常规直井。水力泵由于无活动部件，适用于大斜 度井及水平井，根据井内流体所需，可在动力液中 加入添加剂，对地层含砂不敏感，在国内外采油中 有一定范围的使用。大庆油田自2004 年引进水力 泵以来，累计使用450 余口井。陈悦祥针对大庆油 田水平井大规模压裂后低回压求产的需要，开发出 适用于水平井大规模压后返排的水力泵排液工 艺［6］。董万百等首次成功将水力泵举升工艺用在 大庆油田齐平1 井，取得了良好的试油效果，在特低 渗区块资料求取方面取得重大突破［7］。金镇龙等 在海拉尔油区稠油井上成功实施了动态负压射孔+ 跨隔MFE 测试+短型滑套式水力喷射泵快速排液求 产三联作测试工艺［8］，邱金平也报道了水力泵在该 地区的应用［9］。帅培勤等和代晓东等报道了水力 泵排液工艺在蒙古塔木察格油区的应用［10－11］。 近年来，随着致密油勘探开发的不断深入，大 规模压裂水平井逐年增多，水平井压后排液初期产 液量大、后期需达到低流压求产目的，这就要求泵 排量大、参数调整灵活，大庆油田尝试把螺杆泵与 水力泵排液工艺应用在水平井压后试油排液求产 中，取得了较好的效果［12－13］。本文结合PP3 井、 QP5 井先采用螺杆泵、后采用水力泵排液求产情 况，通过对两者的排液能力、工作制度调整、井底流 压高低、产能求取等能够直接影响泵排效果的因素 进行对比，为低渗透储层水平井试油排液工艺的选 取工作提供了依据。
1 螺杆泵与水力泵工作原理
主要介绍螺杆泵与水力泵的工作原理，以及工 作特性曲线［14］。
1. 1 螺杆泵工作原理
螺杆泵主要靠地面电机驱动来提供动力，由定 子和转子两个部分组成［15］，如图1 所示。电机位于 地面，连接抽油杆，接通电源后，电机带动抽油杆中 的转子(图1)，转子转动过程使得其和定子衬套内 表面之间形成密闭空间，向排出端推移时形成压 差，这样井内液体就会在形成压差时被吸入，从吸 入端推挤到排出端。而且这个过程是连续不断的， 随着压力的不断升高，地层产出液被均匀举升到 地面。
螺杆泵的工作特性曲线是指在不同的工作状 态下，有不同的工作参数，其中泵的容积效率、系统 效率及扭矩与举升高度之间的关系就是其工作特 性曲线［16］。该曲线反映了泵的工作特性，工作特性 曲线如图2 所示。图2 中的①是排量或容积效率与 压力关系曲线;②是扭矩与压力关系曲线;③是泵 的效率与压力关系曲线。通过图2 可以看出，泵效 在60%以上处于稳定区。因此在实际施工过程中， 通过调整螺杆泵转速，确保泵效在60%以上，可实 现螺杆泵安全稳定求产。
1. 2 水力泵工作原理 水力泵工作原理如图3 所示。从图3 可以看 出，地面柱塞泵中注入流体，通过动力作用开始使 液体循环流动，从而通过水力泵进行能量转化，油 藏流体能量由注入井内的高压动力液提供，通过施 加压力，动力液流经喷嘴处产生高速的喷射速度， 由空气动力学原理，喷嘴周边附近产生低压区域， 由于压力差的原因地层中的流体进入喉管中，喉管 起到传递能量的作用，地层流体具有的高能量由喉 管经动力液传输，地层流体和动力液在压力作用下 混合，然后进入扩散管中。经过扩散管，流速降低， 利用剩余的动能推动混合液通过油套环空被举升 到地面［17－19］，再经过地面流程进行油气水分离、 计量。
水力泵工作特性曲线反映了水力泵喷喉面积 比Ｒ 取不同值时，流量比M 和压力比H 的对应关系 以及不同泵效与M 的对应关系(图4)。
射流泵，常用的面积比Ｒ 值在0. 235 ～ 0. 400 之间。 对于深井或因井底压力低而需要举升扬程高的井， 一般选用Ｒ 值大于0. 400 的泵;当井较浅或因井底 压力低而需要大排量举升的井，一般选择Ｒ 值小于 0. 235 的泵。(2)为了防止发生气蚀现象(M＜Mc )， 选泵时要格外注意。( 3) 选泵时力求获得最大 效率。
1. 3 螺杆泵与水力泵在试油中的适应性 对探井而言，由于配套不是很完善，对井下流 体性质及储层产能情况都不是十分清楚，在实施增 产措施后，产量波动较大的情况普遍存在。因此， 对试油排液工艺的适应性有一定要求，螺杆泵与水 力泵在试油井的适应性［20］见表1。从表1 可以看 出，螺杆泵除了泵效和出砂井方面的优越性以外， 在泵深、井斜和适应性方面均不如水力射流泵。
2 现场应用对比
以PP3 井和QP5 井两口体积压裂水平井为例， 分析螺杆泵和水力泵的适用性。
2. 1 PP3 井和QP5 井基本情况
PP3 井、QP5 井均采用体积压裂改造，压裂后放 喷结束后，先采用螺杆泵排液，后采用水力泵排液。 两口井的基础数据见表2。从表2 可以看出，由于 螺杆泵采用抽油杆传动，抽油杆偏磨程度随泵挂斜 度增加而加大，因此泵挂位置基本在直井段;水力 泵由于没有运动件，可以将泵挂在大斜度段。两者 相比，水力泵在水平井试油排液求产中泵挂深度、 斜度方面优于螺杆泵。
2. 2 PP3、QP5 井螺杆泵与水力泵技术参数 表3 为PP3 井、QP5 井螺杆泵、水力泵排液求 产的技术参数。
从表3 可以看出，螺杆泵与水力泵均可通过调 整地面电机转速或地面泵压实现排量控制，方便获 取不同地层产能。但螺杆泵有最小排量限制，而水 力泵不论地层产液高低，不存在“烧泵”风险。
2. 3 PP3 井螺杆泵与水力泵求产管柱 两种泵的求产管柱如图5 和图6 所示。从图 5、图6 可以看出，螺杆泵排液工艺油套环空是连通 的，在排液过程可通过实时监测动液面了解井底流 压情况。
水力泵尽管不能实时监测井底流压，但在不动 管柱的前提下可以通过反洗泵芯回放压力计，获取 井底流压，更加准确。
2. 4 PP3 井和QP5 井试油求产分析 PP3 井的排液求产曲线如图7 所示。从图7 可 以看出，2014 年4 月3 ～ 10 日先采用螺杆泵排液求 产6 d，转速110～65 r /min，日产液100～45 m3，稳定 日产油4. 4 m3，流压6. 53 MPa。随着产液量降低逐 渐降低转速，避免烧泵。4 月13 ～ 23 日换用水力泵 排液求产10 d，泵压12～22 MPa，日产液90～50 m3， 稳定日产油9. 22 m3，流压3. 3 MPa。随着地面泵压 逐步提高，流压逐渐降低，日产油量逐渐增加，水力 泵求产流压比螺杆泵低了一倍，日产油量增加了一 倍，水力泵求产取得了较好的效果。
QP5 井的排液求产曲线如图8 所示。从图8 可 以看出，2015 年1 月16 日～ 2 月9 日先采用螺杆泵 求产25 d，转速120 ～ 200 r /min，日产液150 ～ 100 m3，稳定日产油7. 2 m3，流压13. 39 MPa。2 月13 日－ 4 月1 日换用水力泵求产27 d，泵压16 ～ 28 MPa，日产液170～100 m3，稳定日产油19. 68 m3，流 压11. 17 MPa。随着螺杆泵转速及水力泵泵压的逐 25 2018 年6 月 步提高，流压逐渐下降，日产油量逐渐增加，水力泵 求产流压比螺杆泵降低了2. 22 MPa，日产油增加 12. 48 m3，取得了较好的效果。但是水力泵求产后 期，泵压由20 MPa 逐渐提高至28 MPa，日产液量保 持在100 m3 左右，没有明显增加，流压下降也比较 缓慢，说明已经达到了该型号水力泵最大的排液 能力。
由表4 可以看出，对于低产井(日产液小于100 m3)，螺杆泵需不断降低转速，确保一定沉没度，避 免烧泵;对于高产井( 日产液大于100 m3 )，螺杆泵 通过逐渐增大转速，降低井底流压。水力泵通过提 高地面泵压，降低井底流压，但受限于水力泵排量 及泵效，当日产液量大于100 m3 时，流压下降缓慢。 通过对比两口井资料，水力泵求产流压比螺杆泵 低，日产油比螺杆泵高，水力泵工艺排液强度更大， 尤其适用于低产水平井试油排液求产。
3 结论
通过研究螺杆泵与水力泵的工作原理以及适 用性分析，并对PP3、QP5 两口水平井先采用螺杆 泵、后采用水力泵的实际排液求产数据进行分析， 从排液能力、工作制度调整、井底流压及产能求取 的准确性等方面对两者的优缺点进行了应用对比， 解决了螺杆泵与水力泵在水平井排液求产中的适 应性问题，为优选水平井试油排液工艺提供以下两 点建议:
(1)螺杆泵一般在直井段求产，为避免烧泵需 保持一定的沉没度，通过调整螺杆泵转速，确保泵 效在60%以上，可实现螺杆泵安全稳定求产。
(2)水力泵由于没有运动件，可以将泵挂在大 斜度井段，且没有最小排量限制，水力泵更适合水 平井试油排液求产，尤其是日产液小于100 m3 的低 产井。
致谢: 感谢施工队伍在本文数据统计分析中给予的大力支 持; 感谢地质大队中浅层项目部主任给予的相关指导。