陳建慶，鄒 劍 (中海油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300452)

井筒油氣不分離組合式電潛泵舉升工藝研究

陳建慶，鄒 劍 (中海油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300452)

針對(duì)高含氣油井，通常使用分離器進(jìn)行井下油氣分離，以減弱氣體對(duì)泵效的影響。設(shè)計(jì)出了一種新的舉升工藝。采用油氣不分離組合式電潛離心泵，逐級(jí)增壓將氣體重新溶于原油中，一起舉升到地面。提高泵效的同時(shí)附加了氣舉效應(yīng)，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得了顯著效果。

組合式電潛泵；氣油比；泵效；氣舉

隨著地層含氣油流進(jìn)入井筒，在舉升到地面過(guò)程中，井筒壓力不斷下降，一旦流壓小于飽和壓力時(shí)，溶解氣開(kāi)始從原油中釋放出來(lái)。油井地層能量不足以使油氣自噴生產(chǎn)時(shí)，需要轉(zhuǎn)入機(jī)采下泵舉升，海上油氣田井通常下入電潛離心泵機(jī)組開(kāi)采。隨著生產(chǎn)壓差的逐漸增大，井底流壓逐漸減小，而泵掛垂深與油層中部垂深落差越大，泵吸入口節(jié)點(diǎn)處的壓力進(jìn)一步減小，從原油中分離出來(lái)的溶解氣量越多，有可能產(chǎn)生“氣鎖效應(yīng)”導(dǎo)致井下離心泵泵效急劇下降，直接縮短井下機(jī)組的壽命，使油井不能正常生產(chǎn)或停產(chǎn)。

為減弱或消除高含氣油井井下機(jī)組面臨的“氣鎖效應(yīng)”，除了常規(guī)加深泵掛，縮小油嘴降低生產(chǎn)壓差之外，一種普遍做法是優(yōu)化電泵機(jī)組總成的井下油氣分離器，采用旋流結(jié)構(gòu)提高油氣分離效果；另一種新做法是優(yōu)化電潛泵結(jié)構(gòu)，采用組合式離心泵，逐級(jí)增壓將氣體重新溶于原油中，一起舉升到地面，實(shí)現(xiàn)井下油氣不分離生產(chǎn)。2種不同的氣體舉升方式直接影響油井整個(gè)生產(chǎn)管理過(guò)程。

1 油氣生產(chǎn)差異

油氣分離電潛泵總成從下至上為：扶正器+潛油電機(jī)+保護(hù)器+分離器+離心泵；油氣強(qiáng)制分離后，原油進(jìn)入離心泵從油管舉升進(jìn)入地面流程，氣體則受重力分離沿著油套環(huán)空緩慢上升至油管四通翼閥，這個(gè)圈閉體積的氣壓顯示為套壓。隨著分離出氣量增多，套壓上升，油井環(huán)空動(dòng)液面下降，相應(yīng)的電潛泵沉沒(méi)度減少，表現(xiàn)出供液能力不足，產(chǎn)液量下降。因此油井管理者需要及時(shí)釋放套壓以恢復(fù)正常動(dòng)液面，摸索出合理的套壓，從而增加了管理難度；若每口單井安裝套管定壓放氣閥，不但增加了儀器成本，且這些閥門(mén)定期的年檢又增加了管理成本。

油氣不分離機(jī)組組合對(duì)應(yīng)為：扶正器+潛油電機(jī)+保護(hù)器+組合式離心泵。油氣一同經(jīng)離心泵全部從油管內(nèi)舉升至地面，井口顯示為油壓。受離心泵作用飽和含氣原油經(jīng)泵出口上升的過(guò)程中，溶解氣從原油中分離出來(lái)，起到了間接氣舉效應(yīng)。由于油套環(huán)空截面積大，仍有部分氣體會(huì)自然分離出來(lái)，即也會(huì)有套壓顯示，但組合式離心泵能自適應(yīng)吸入口溶解氣油比，維持套壓在相對(duì)較低的合理的穩(wěn)定狀態(tài)。

2 組合式電潛泵設(shè)計(jì)

假定某含氣油井產(chǎn)層中部垂深為Hv，地層飽和溫度下的飽和壓力(泡點(diǎn)壓力)為Pb，配產(chǎn)液量Q時(shí)的中部流壓為Pf，井筒流壓梯度為γ，電潛泵泵掛對(duì)應(yīng)的垂深為Hp，泵吸入口壓力為Px，設(shè)計(jì)泵排量為Q0，揚(yáng)程為Hy，則一般有Q0≈Q，Hv>Hp，Pf>Pb，Px=Pf-γ(Hv-Hp)。

組合式電潛泵從下(吸入口)至上(泵出口)由3種排量泵組成，依次為Q3、Q2、Q1，且Q3>Q2>Q1，其中Q1≈Q0。對(duì)應(yīng)排量每級(jí)葉導(dǎo)輪產(chǎn)生的水壓依次為Z3、Z2、Z1，分別配置葉導(dǎo)輪級(jí)數(shù)為N3、N2、N1。設(shè)計(jì)要求滿足式(1)和式(2)：

100Px+Z3N3+Z2N2≥100Pb

(1)

Hy=Z3N3+Z2N2+Z1N1≥Hp

(2)

泵排量Q3，Q2，Q1的選取原則：排量Q2在第1級(jí)排量Q3的最佳泵效范圍內(nèi)，排量Q1在第2級(jí)排量Q2的最佳泵效范圍內(nèi)。組合式離心泵排量達(dá)到配產(chǎn)要求的同時(shí)，以消耗更小的電機(jī)功率為最佳。

3 應(yīng)用效果

海上油田X平臺(tái)X井，單井配產(chǎn)250m3/d。油層中部垂深 1703.15m，中部流壓13.60MPa，飽和壓力13MPa左右，流壓梯度0.82MPa/100m，產(chǎn)氣量約為13000m3/d。設(shè)計(jì)要求電潛離心泵排量250m3/d，揚(yáng)程1200m，泵掛垂深1500m。

計(jì)算泵吸入口流壓10.09MPa，小于地層飽和壓力。采用組合式離心泵：500m3/d泵葉導(dǎo)輪54級(jí)+300m3/d泵葉導(dǎo)輪120級(jí)+200m3/d泵葉導(dǎo)輪 79級(jí)；計(jì)算進(jìn)入200m3/d泵時(shí)的流壓為 17.79MPa，高于飽和壓力?？倱P(yáng)程4.4×54+4.3×120+5.6×79= 1220m，滿足設(shè)計(jì)。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，產(chǎn)液量從240m3/d上升到325m3/d，產(chǎn)油從193.2m3/d上升為253m3/d，油壓從3.1MPa上升到5.8MPa，套壓從2.2MPa降為1.8MPa。對(duì)比電流卡片可見(jiàn)氣體對(duì)泵效的影響基本消除(見(jiàn)圖1和圖2)。

圖1 非組合電潛泵氣影響電流卡片

圖2 組合電潛泵運(yùn)轉(zhuǎn)電流卡片

4 結(jié)論與建議

1)組合式離心泵實(shí)現(xiàn)了井下油氣不分離生產(chǎn)，減少了高含氣油井套壓管理的難度，提高泵效的同時(shí)，間接附加了氣舉效應(yīng)。

2)組合式離心泵主要體現(xiàn)在葉導(dǎo)輪流道由大到小的變化，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，組裝、運(yùn)輸方便，性能可靠，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

3)對(duì)于生產(chǎn)管柱中帶有過(guò)電纜封隔器的油氣井，建議在封隔器以下管柱15～20m處增加套壓控制式氣舉閥，以應(yīng)急調(diào)控放氣閥無(wú)法打開(kāi)時(shí)釋放下部環(huán)空壓力。

[1]張鈞. 海上油氣田完井手冊(cè)[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，1998.

[2]邵永實(shí), 師世剛. 潛油電泵技術(shù)服務(wù)手冊(cè)[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，2004.

2012-10-24

陳建慶(1970-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事油氣藏管理及開(kāi)發(fā)等方面的研究工作。

TE933.3

A

1673-1409(2013)02-0105-02

[編輯] 洪云飛