不同注水强度对螺杆泵井采油性能的耦合影响研究

尹玉萍

（大庆油田有限公司第二采油厂，黑龙江  大庆  163100）

摘  要：研究通过室内物理模拟实验系统，探讨了不同注水强度对螺杆泵（PCP)井采油性能的耦合影响。实验设计了5个注水强度梯度，结合数据采集与分析方法，量化了注水强度对产液剖面、容积效率、系统效率及能耗等参数的影响规律。结果表明，注水强度在适度范围内可降低原油黏度、提升采油效率，但过高的注水强度导致含水率升高、负载增加，反而削弱采油效益。研究揭示了注水强度与采油性能的非线性耦合关系，并明确了最优注水区间的存在，为油田注水开发与PCP系统优化提供了理论依据。

关键词：注水强度；螺杆泵；采油性能；耦合效应；系统效率

0 引言

注水开发是维持地层能量、提高采收率的关键技术，而螺杆泵因其适应高黏度原油和含气工况的特点，被广泛应用于油田举升系统。然而，注水强度对PCP采油性能的影响机制尚未形成系统性认知。现有研究多聚焦单一参数分析，缺乏对注水-采油耦合效应的动态量化评估。为此，本文通过构建物理模拟实验平台，结合多梯度注水实验与数据驱动分析方法，揭示注水强度对流体性质、泵效及系统能耗的综合影响规律，旨在为注水策略优化与PCP运行调控提供科学支撑。

1 注水强度耦合影响机理

注水开发油田通过向储层注入水来补充和保持地层能量，改善原油流动性，是提高采收率的常用手段。注水强度对螺杆泵（Progressing Cavity Pump,PCP)井采油性能的影响并非单一线性关系，而是一种复杂的耦合作用。注水增加了储层压力，驱动原油向井底流动，同时注入水与原油在多孔介质中混合，一定程度上降低了高黏度原油的表观黏度。这种黏度下降有利于减小流体在PCP定子和转子间隙间的流动阻力，从而降低泵的扭矩和能耗，提升泵的容积效率。然而，随着注水强度的持续增加，产出液中的含水率会随之上升。高含水率导致混合液密度和总液量增加，这不仅加重PCP举升系统以及地面管杆系统的负载，也对举升能量提出更高要求。当注入水过量时，可能在井筒内形成水包油或油包水乳化液，部分乳化液的黏度反而会高于原油的黏度，加剧PCP的运行负荷与磨损。井底流压的动态变化与产出液性质的改变相互交织，共同决定PCP的吸入条件与举升效率。因此，注水强度通过改变井底流场压力、流体黏度、密度及相态，与PCP的工作性能参数(如扭矩、效率、功耗）产生耦合，存在一个使采油系统综合效益达到较好状态的适宜注水区间。

2  实验设计与方法

2.1 实验系统架构

为研究不同注水强度对PCP采油性能的耦合影响，搭建1套室内物理模拟实验系统。该系统主要由注水单元、物理模拟储层单元、PCP采油单元及数据采集与控制单元构成，具体架构见图1。

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