程心平 檀朝東 闞唱軒 鄭春峰 謝雙喜

1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)公司；2. 中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院

雙電潛泵抽油耦合模型及參數(shù)優(yōu)化

程心平1檀朝東2闞唱軒2鄭春峰1謝雙喜1

1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)公司；2. 中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院

為突破單電泵舉升能力的上限，滿足深井開采的要求，充分發(fā)揮油氣井潛能，提出雙電潛泵耦合舉升技術(shù)，通過雙電潛泵之間的協(xié)調(diào)配合，充分發(fā)揮雙電潛泵的舉升能力。通過對(duì)油層流入動(dòng)態(tài)、井筒多相流動(dòng)、舉升工藝的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)特征以及相互之間的耦合作用關(guān)系研究，建立一個(gè)雙電潛泵抽油耦合數(shù)學(xué)模型，并以系統(tǒng)效率和產(chǎn)量最大為目標(biāo)，利用節(jié)點(diǎn)分析的方法求解油井供排協(xié)調(diào)下的雙電潛泵生產(chǎn)工作參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，編制了雙電潛泵組合舉升工藝參數(shù)設(shè)計(jì)軟件，通過實(shí)例計(jì)算，對(duì)雙電潛泵接力舉升系統(tǒng)和單電泵抽油系統(tǒng)的電泵級(jí)數(shù)、泵功率、系統(tǒng)效率、最大產(chǎn)液量進(jìn)行了對(duì)比分析。研究結(jié)果顯示，雙電潛泵接力舉升可以降低單電泵的舉升壓力從而降低電泵級(jí)數(shù)和泵功率、提高系統(tǒng)效率；可以充分發(fā)揮兩個(gè)電泵的舉升能力，增加油井產(chǎn)量，充分發(fā)揮油井潛能，對(duì)于深井開采的雙電潛泵選型設(shè)計(jì)具有重要的理論指導(dǎo)意義。

雙電潛泵組合舉升；耦合系統(tǒng)；選泵設(shè)計(jì)；敏感性分析；工況指標(biāo)

應(yīng)用人工組合舉升方式比采用單一的舉升方式能更有效地開采超深井、大位移井等。薛清祥（1999）等人深入分析了有桿泵-電潛泵組合舉升的理論技術(shù)并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)裝置［1-2］。Aitkend（2000）等人研究了電泵氣舉組合舉升技術(shù)在高氣液比、高含砂油田的應(yīng)用情況［3-4］。熊杰（2012）等人對(duì)電泵氣舉在排水采氣方面的應(yīng)用進(jìn)行了具體分析，其中關(guān)于雙電潛泵舉升的研究仍然較少［5-7］。孫洪國（2011）等人開展了有桿泵-噴射泵的組合舉升原理分析并重點(diǎn)開展了系統(tǒng)動(dòng)力液的優(yōu)化研究［8］。張俊斌等人（2014）、程心平（2015）等人闡述了雙罐裝電潛泵的管柱組成、工作原理和工藝特點(diǎn)，其所關(guān)注的雙電潛泵舉升重點(diǎn)在于通過增加一個(gè)備用泵以適應(yīng)后期含水量的上升和避免單個(gè)電泵損壞造成的停產(chǎn)檢泵作業(yè)損失［9-10］。目前，國內(nèi)外缺少針對(duì)雙電潛泵接力舉升進(jìn)行的數(shù)學(xué)耦合模型定量研究，為充分利用雙電潛泵的舉升能力，有必要開展雙電潛泵的耦合舉升技術(shù)研究。雙電潛泵耦合舉升技術(shù)是利用兩個(gè)電泵之間的協(xié)調(diào)配合實(shí)現(xiàn)單泵無法舉升流體的目標(biāo)，同時(shí)充分發(fā)揮油氣井潛能，增加產(chǎn)量。筆者以地層自然能量和人工能量的合理利用為目標(biāo)，以舉升設(shè)備最大能力（即電機(jī)耐溫、電泵揚(yáng)程等）為約束條件，建立了油井流入動(dòng)態(tài)、井筒多相流動(dòng)、舉升工藝的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)耦合模型，考慮了井身結(jié)構(gòu)對(duì)井筒流動(dòng)的溫度壓力場及深井泵流體動(dòng)力特性影響，考慮了工藝模式及管柱對(duì)電泵工作特性和系統(tǒng)效率的影響，應(yīng)用節(jié)點(diǎn)分析的方法，求解油井供排協(xié)調(diào)的耦合舉升時(shí)的工作參數(shù)，以期實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量、低能耗的智能化采油。

1 雙電潛泵組合舉升的流入動(dòng)態(tài)與井筒舉升耦合模型

Dual-ESP in flow performance and borehole lifting coupling model

油氣井流入動(dòng)態(tài)是確定油氣井合理工作方式的依據(jù)，產(chǎn)量不同，對(duì)應(yīng)的井底流壓也不同，而井底流壓是井筒管流分析的起點(diǎn)，井筒管流分析中又同時(shí)存在壓力和溫度的相互耦合關(guān)系［11-12］。與此同時(shí)，人工舉升方式的選取以及工作參數(shù)的確定勢必會(huì)影響到井筒管流的壓力和溫度分布，并對(duì)油氣井產(chǎn)量或者井底流壓產(chǎn)生影響［13］。因此，深入研究油氣井流入動(dòng)態(tài)與舉升井筒管流的耦合模型是整個(gè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。典型雙電潛泵組合舉升設(shè)計(jì)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 雙電潛泵耦合舉升管柱結(jié)構(gòu)Fig. 1 Structure of dual-ESP coupled lifting string

1.1 雙電潛泵組合舉升耦合模型

Coupling model of dual-ESP lifting

通過上述分析，建立雙電潛泵接力舉升方式下的油氣井流入動(dòng)態(tài)、井筒管流與舉升工作參數(shù)的耦合數(shù)學(xué)模型為

式中，pwf為井底流壓，MPa；f1為油井流入動(dòng)態(tài)關(guān)系式；Q為產(chǎn)量，m3/d；p為壓力，MPa；Z為斷面到參考水平面的高度，m；ρ為流體密度，m3/kg；g為重力加速度，m/s2；θ為井筒傾斜角，°；ν為流體斷面流速，m/s；f為流體流動(dòng)時(shí)的摩擦阻力系數(shù)；d為管徑，m；W為雙電潛泵提供的能量，J；f2為雙電潛泵做功與揚(yáng)程、泵深及其他參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，Hni為其他影響因素；H1（ii=1，2）為電潛泵揚(yáng)程，i=1表示上電泵，i=2為下電泵，m；H2（ii=1，2）為電潛泵下入深度，m；po為電潛泵出口壓力，MPa；pi為電潛泵入口壓力，MPa；νo為電泵出口流速，m/s；νi為電泵入口流速，m/s；Zo為電泵出口處高度，m；Zi為電泵入口處高度，m。

（1）油井流入動(dòng)態(tài)。上述耦合模型中f1表示的油井流入動(dòng)態(tài)IPR計(jì)算方法眾多，包括單相流、油氣兩相、油氣水三相等各類計(jì)算模型，具體應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)研究的實(shí)際情況選擇合適的產(chǎn)能計(jì)算方法。

（2）井筒舉升能量方程。對(duì)于井筒流動(dòng)系統(tǒng)可根據(jù)能量守恒定律得出2個(gè)流動(dòng)斷面（斷面1、斷面2）間的能量平衡關(guān)系為

將式（2）用壓力梯度的形式表達(dá)為

采用雙電潛泵生產(chǎn)的原因一般在于地層能量等現(xiàn)有條件無法滿足生產(chǎn)的需要，因此需要人為地補(bǔ)充能量來保證正常的生產(chǎn)，具體體現(xiàn)為能量守恒方程中的W，即壓力梯度中的。W是雙電潛泵工藝生產(chǎn)參數(shù)的函數(shù)，結(jié)合式（1），上、下電泵提供的能量體現(xiàn)為揚(yáng)程的大小，根據(jù)伯努利方程可知

式中，U（ii=1，2）為流體內(nèi)能，J；mgZsinθ為位能，J；Z（ii=1，2）為流動(dòng)端面距離參考水平面的距離，m；piVi（i=1，2）為壓縮、膨脹能，J；i=1 表示下斷面，i=2 表示上斷面，J；m為流體質(zhì)量，kg；V為流體體積，m3；q為熱量交換，J。

1.2 耦合連接條件與約束條件

Coupling connection conditions and constraints

求解計(jì)算過程以節(jié)點(diǎn)壓力為連接點(diǎn)，在已知設(shè)計(jì)產(chǎn)液量Q的條件下，根據(jù)IPR關(guān)系曲線可以確定對(duì)應(yīng)的井底流壓pwf，該井底流壓即為多相管流計(jì)算的壓力起點(diǎn)

電泵處的壓力變化關(guān)系為

井底流壓和井口油壓、電泵的極限耐溫、極限下泵深度、極限揚(yáng)程為求解計(jì)算的約束條件

式中，p（H=HL）為井深處的壓力，MPa；p（H=H0）為井口處的壓力，MPa；pwh為設(shè)計(jì)井口油壓，MPa；Hp,max為電泵的最大舉升揚(yáng)程，m；Hd,max為電泵的最大下入深度，m；T為電泵所在位置處的溫度，℃；Tp為電泵的最高耐溫，℃。

2 耦合模型的求解及舉升參數(shù)計(jì)算方法

Solution of coupling model and calculation of lifting parameters

2.1 目標(biāo)函數(shù)及待優(yōu)化變量

Object function and variables to be optimized

以油氣井產(chǎn)量和系統(tǒng)效率為目標(biāo)變量，主要待優(yōu)化變量為H1i，H2i。設(shè)定目標(biāo)函數(shù)為

式中，Y為目標(biāo)函數(shù)；η0為系統(tǒng)效率；ω1為產(chǎn)量的權(quán)重；ω2為系統(tǒng)效率的權(quán)重。

運(yùn)用節(jié)點(diǎn)分析的方法就協(xié)調(diào)產(chǎn)量形成不同的設(shè)計(jì)方案。按照產(chǎn)量和系統(tǒng)效率的權(quán)重關(guān)系進(jìn)行方案的優(yōu)選。

2.2 舉升參數(shù)計(jì)算方法

Calculation of lifting parameters

雙電潛泵耦合舉升如圖2所示，其中A點(diǎn)為井底位置，B點(diǎn)為下電泵吸入口，C點(diǎn)為下電泵排出口，D點(diǎn)為上電泵吸入口，E點(diǎn)為上電泵排出口，F(xiàn)點(diǎn)為井口位置。舉升參數(shù)計(jì)算過程中以節(jié)點(diǎn)壓力為連接點(diǎn)，通過對(duì)下電泵的泵深、下電泵排出壓力、泵間距進(jìn)行迭代計(jì)算，按照目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行方案的優(yōu)選。

圖2 雙電潛泵耦合舉升Fig. 2 Dual-ESP coupled lifting

根據(jù)設(shè)計(jì)產(chǎn)量Q，利用油氣井流入動(dòng)態(tài)確定A處的井底流壓pwf。

（1）根據(jù)下部電泵約束條件，比如電泵吸入口壓力或電泵吸入口氣液比、泵最高耐溫等初選下部電潛泵下泵深度。

（2）以設(shè)計(jì)產(chǎn)量Q確定的井底流壓pwf為起點(diǎn)，按照述壓力增量迭代方法進(jìn)行迭代計(jì)算至下電泵吸入口B處，得到下電泵吸入口處的壓力pB；

（3）預(yù)先假定一個(gè)下部電潛泵處的泵出口處C的壓力pC，根據(jù)設(shè)計(jì)產(chǎn)量Q、下電泵吸入口處B的壓力pB、下部電潛泵的泵出口處C的壓力pC，首先按照清水進(jìn)行下部電潛泵的設(shè)計(jì)，然后在此基礎(chǔ)上對(duì)下部電潛泵進(jìn)行黏度校正、含氣校正、含水校正，計(jì)算下部電泵舉升實(shí)際流體時(shí)的泵效、揚(yáng)程、功率等參數(shù)，選擇合適的泵機(jī)組。

（4）假定一個(gè)泵間距，由于罐中的上部電潛泵不一定位于動(dòng)液面之下，所以要求假定的泵間距應(yīng)能夠提供上泵足夠的沉沒度，在確定上泵預(yù)選深度的基礎(chǔ)上，以下泵出口壓力pC為起點(diǎn)，按照步驟（3）中的壓力增量迭代方法向上計(jì)算油管內(nèi)壓力至上電泵吸入口D處，得到上電泵吸入口處的壓力pD。

（5）以設(shè)計(jì)井口油壓pwh為起點(diǎn)，向下計(jì)算井筒壓力分布至上電泵處，得到上電泵排出口E處的壓力pE，根據(jù)設(shè)計(jì)產(chǎn)量Q、上電泵吸入口D處的壓力pD、上電潛泵出口E處壓力pE、按照清水進(jìn)行上部電潛泵設(shè)計(jì)，然后對(duì)上部電潛泵進(jìn)行黏度校正、含氣校正、含水校正，計(jì)算上部電泵舉升實(shí)際流體時(shí)的泵效、揚(yáng)程、功率等參數(shù)，選擇合適的泵機(jī)組。

（6）改變下電潛泵深度、下電泵出口壓力和泵間距，計(jì)算實(shí)際產(chǎn)量和系統(tǒng)效率。按照設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)選。

3 雙電潛泵舉升設(shè)計(jì)實(shí)例分析

Case study on dual-ESP lifting design

根據(jù)上文理論方法編制了雙電潛泵抽油參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，對(duì)給定油井條件下的雙電潛泵設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析。以南海東部某油田一口井為例，該井基礎(chǔ)參數(shù)見表1。

針對(duì)該井，進(jìn)行產(chǎn)量為800 m3/d時(shí)的油井供排協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)選取下電泵的泵深為4 200 m，上電泵的泵深為2 100 m，產(chǎn)能計(jì)算公式選擇Petrobras方法，多相流計(jì)算公式選擇Hagedorn-Brown方法。計(jì)算過程：產(chǎn)量800 m3/d時(shí)對(duì)應(yīng)的井底流壓為31.2 MPa；然后以該井底流壓31.2 MPa為起點(diǎn)，向上計(jì)算井筒壓力分布，得到下電泵吸入口B處的壓力為16.66 MPa；以設(shè)計(jì)井口油壓pwh=3 MPa為起點(diǎn)，向下計(jì)算井筒壓力分布，得到上電泵排出口E處的壓力為18.78 MPa；通過不斷改變下泵出口C處的壓力，可以得到不同的設(shè)計(jì)方案，以系統(tǒng)效率最大為目標(biāo)函數(shù)得到設(shè)計(jì)結(jié)果見表2，設(shè)計(jì)過程如圖3所示。

表1 油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Table 1 Basic data of the oil well

表2 產(chǎn)液量800 m3/d時(shí)雙電潛泵舉升工藝參數(shù)設(shè)計(jì)Table 2 Parameter design for dual-ESP lifting technology while liquid production rate is 800 m3/d

圖3 產(chǎn)液量為800 m3/d的供排協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)示意圖Fig. 3 Design sketch of supply-discharge coordination while liquid production rate is 800 m3/d

3.1 同一產(chǎn)液量單電泵和雙電潛泵舉升方式的生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計(jì)研究

Design of production parameters of single-ESP and dual-ESP lifting under the same liquid production rate

針對(duì)該生產(chǎn)井，采用單電泵、雙電潛泵舉升方式進(jìn)行產(chǎn)液量為 700 m3/d、750 m3/d、800 m3/d、850 m3/d的生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計(jì)研究，設(shè)計(jì)結(jié)果見表3。

表3 產(chǎn)液量700、750、800、850 m3/d時(shí)單電泵和雙電泵舉升工藝參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)比Table 3 Comparison between parameter design results of singleESP and dual-ESP lifting technologies while liquid production rate is 700, 750, 800 and 850 m3/d

與單電泵舉升相比，雙電潛泵舉升采用2套機(jī)組，有可能導(dǎo)致系統(tǒng)能量損耗增加而降低系統(tǒng)效率。但表3計(jì)算結(jié)果表明，由于雙電潛泵的共同做功減輕了單電泵的舉升壓力，改善了電泵的工作狀況，有利于增加電潛泵的揚(yáng)程和泵效，所以雙電潛泵舉升所需的上下電泵總級(jí)數(shù)及電泵總功率低于單電泵。同時(shí)由于所需雙電潛泵總電泵級(jí)數(shù)和泵功率的降低，雙電潛泵的系統(tǒng)效率高于單電泵。

3.2 泵間距的敏感性分析

Sensitivity analysis on distance between lower ESP and upper ESP

針對(duì)該生產(chǎn)井，以產(chǎn)量800 m3/d為設(shè)計(jì)目標(biāo)，保持下電泵的泵深為4 200 m，改變上、下電泵之間的距離，泵間距分別為2 400 m，2 100 m，1 800 m，1500 m，進(jìn)行雙電潛泵的泵間距敏感性分析研究。設(shè)計(jì)結(jié)果見表4。

表4 產(chǎn)液量800 m3/d時(shí)不同泵間距設(shè)計(jì)結(jié)果Table 4 Design results at different pump spacing when liquid production rate is 800 m3/d

由表4可以看出，對(duì)于該生產(chǎn)井，以產(chǎn)量800 m3/d進(jìn)行定產(chǎn)生產(chǎn)時(shí)，當(dāng)泵間距在1 500～2 400 m的范圍內(nèi)變化時(shí)，電泵總級(jí)數(shù)約為410級(jí)，泵功率約為210 kW。系統(tǒng)效率變化不足1%。由此表明：泵間距對(duì)于雙電潛泵的級(jí)數(shù)和泵功率設(shè)計(jì)影響不大，實(shí)際生產(chǎn)實(shí)施中，對(duì)于泵間距的優(yōu)化不必進(jìn)行過多考慮。

3.3 泵深敏感性分析

Sensitivity analysis on depth of the lower ESP

針對(duì)該生產(chǎn)井，以產(chǎn)量800 m3/d為設(shè)計(jì)目標(biāo)，保持上部電潛泵的下深為2 100 m，改變下電泵的泵深，進(jìn)行下電泵的泵深敏感性分析。計(jì)算結(jié)果見表5。

由表5可以看出，以產(chǎn)量800 m3/d進(jìn)行定產(chǎn)生產(chǎn)時(shí)，當(dāng)下電泵深度在4 200 m到3 300 m的范圍內(nèi)變化時(shí)，電泵總級(jí)數(shù)從412級(jí)增加到473級(jí)，泵功率從209 kW增加到240 kW，系統(tǒng)效率從53.9%降低到52.81%。隨著下電泵的泵深減小，氣液比增加，泵入口壓力降低，下電泵的工作狀況隨之變差，導(dǎo)致雙電潛泵的上、下電泵總級(jí)數(shù)和泵功率增加，系統(tǒng)效率降低。因此，雙電潛泵生產(chǎn)實(shí)施過程中，在下部電泵的允許工作深度范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)盡量增加下電潛泵的泵深，以充分發(fā)揮電泵的舉升能力。

表5 產(chǎn)液量800 m3/d時(shí)下電泵不同泵深時(shí)的設(shè)計(jì)結(jié)果Table 5 Design results at different pump depths when liquid production rate is 800 m3/d

3.4 以最大產(chǎn)量為目標(biāo)的組合舉升方式生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計(jì)研究

Study on the production parameter design in the mode of coupled lifting with the maximum production rate as the target

在上述敏感性分析基礎(chǔ)上，針對(duì)該生產(chǎn)井，進(jìn)行單電泵、雙電潛泵舉升方式下的最大產(chǎn)液量及其生產(chǎn)參數(shù)的設(shè)計(jì)研究分析對(duì)比，結(jié)果見表6，可以看出，對(duì)于該生產(chǎn)井，雙電潛泵的最大采油量1 241.89 m3/d，比單電泵增加了314.4 m3/d。結(jié)果表明，通過雙電潛泵舉升方式，可以充分發(fā)揮兩個(gè)電泵的舉升能力，利用兩個(gè)電泵之間的協(xié)調(diào)配合，突破單電泵舉升能力上限，增加油井產(chǎn)量，充分發(fā)揮油井潛能。

雙電潛泵舉升設(shè)計(jì)實(shí)例分析表明：在同一產(chǎn)液量情況下，雙電潛泵舉升的電泵級(jí)數(shù)和泵功率都要低于單電泵，同時(shí)系統(tǒng)效率高于單電泵。在以最大產(chǎn)量進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，雙電潛泵的產(chǎn)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單電泵，增產(chǎn)優(yōu)勢明顯。雖然雙電潛泵舉升具有以上優(yōu)勢，但是由于要下入兩套泵機(jī)組，存在現(xiàn)場實(shí)施困難、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)較高、成本較為昂貴等問題，因此是否采取雙電潛泵舉升需要綜合考慮各種因素來實(shí)施決策。

表6 單電泵和雙電泵舉升工藝在最大產(chǎn)量下的生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)果Table 6 Production parameter design results of single-ESP and dual-ESP lifting technologies at the maximum production rate

4 結(jié)論

Conclusions

（1）針對(duì)雙電潛泵接力舉升工藝，通過研究油井流入動(dòng)態(tài)、井筒多相流動(dòng)、舉升工藝的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)之間的耦合作用關(guān)系建立了雙電潛泵抽油耦合數(shù)學(xué)模型，并通過建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，充分考慮連接條件和約束條件，利用節(jié)點(diǎn)分析的方法以壓力節(jié)點(diǎn)為連接點(diǎn)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的迭代求解，得到滿足目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。

（2）同一產(chǎn)液量下不同舉升方式的生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計(jì)研究表明，相比于單電泵舉升，由于雙電潛泵共同做功降低了單泵的舉升壓力，雙電潛泵的工作狀況得到改善，可以在維持產(chǎn)量不變的情況下降低電泵級(jí)數(shù)和泵功率，增加系統(tǒng)效率；泵間距的敏感性分析結(jié)果表明，泵間距對(duì)于雙電潛泵的級(jí)數(shù)和泵功率設(shè)計(jì)影響不大，實(shí)際生產(chǎn)實(shí)施中，對(duì)于泵間距的優(yōu)化不必進(jìn)行過多考慮；泵深的敏感性分析結(jié)果表明，隨著下電泵的泵深減小，下電泵的工作狀況隨之變差，導(dǎo)致雙電潛泵的上、下電泵總級(jí)數(shù)和泵功率增加，系統(tǒng)效率降低。因此，雙電潛泵生產(chǎn)實(shí)施過程中，在下部電泵的允許工作深度范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)盡量增加下電潛泵的泵深，以充分發(fā)揮電泵的舉升能力。

（3）以最大產(chǎn)量為目標(biāo)的不同舉升方式生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計(jì)研究表明，通過雙電潛泵舉升方式，可以充分發(fā)揮兩個(gè)電泵的舉升能力，利用兩個(gè)電泵之間的協(xié)調(diào)配合，突破單電泵舉升能力上限，增加油井產(chǎn)量，充分發(fā)揮油井潛能。

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（修改稿收到日期 2017-08-12）

〔編輯 李春燕〕

Research on coupled model and parameter optimization of dual-ESP pumping system

CHENG Xinping1, TAN Chaodong2, KAN Changxuan2, ZHENG Chunfeng1, XIE Shuangxi1

1. Drilling & Production Co.,CNOOC Energy Technology & Services Limited,Tianjin300452,China;
2. College of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing102249,China

In this paper, dual-ESP coupled lifting technology was developed to break through the upper limit of single-ESP lifting capacity so as to satisfy the requirements of deep well exploitation and make full use of the potential capacity of oil and gas wells suf ficiently. By virtue of this technology, the dual-ESP lifting capacity is applied suf fi ciently based on the coordination of double electric submersible pumps. Then, a mathematical model for the coupling relationship of dual-ESP oil pumping was established after the kinematics,kinetic characteristics and coupling relationships of oil reservoir in flow performance, borehole multiphase flow and lifting technology were investigated. By means of nodal analysis method, the dual-ESP operation parameters for the supply-discharge coordination of oil wells were solved with the maximization of system efficiency and production rate as the target. And accordingly, the parameter design software for dual-ESP coupled lifting technology was prepared. And finally, a case calculation was conducted to compare the dual-ESP relay lifting system and the single-ESP pumping system from aspects of pump stage amount, pump power, system efficiency and maximum liquid production rate. It is indicated that dual-ESP lifting decreases the single-ESP lifting pressure, and consequently decreases the pump stage amount and the pump power and improve the system efficiency. And it can make full use of the lifting capacity of two electric pumps to increase the production rate of oil wells and exert the potential capacity of oil wells suf fi ciently. It is theoretically signi fi cant to the dual-ESP type selection and design for the exploitation of deep wells.

dual-ESP coupled lifting; coupling system; pump selecting design; sensitivity analysis; behavior index

∶

程心平，檀朝東，闞唱軒，鄭春峰，謝雙喜. 雙電潛泵抽油耦合模型及參數(shù)優(yōu)化［J］.石油鉆采工藝，2017，39（5）：604-610.

TE355.5

A

1000 – 7393（ 2017 ）05 – 0604 – 07 DOI∶10.13639/j.odpt.2017.05.014

中國海洋石油總公司科技發(fā)展項(xiàng)目“電泵與氣舉智能耦合舉升工藝技術(shù)研究”（編號(hào)：KJ 135 -2016-02）。

程心平（1968-），1990年畢業(yè)于西安石油學(xué)院石油礦業(yè)機(jī)械專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)從事采油工藝和井下工具開發(fā)技術(shù)研究，高級(jí)工程師。通訊地址（：300452）天津市塘沽區(qū)閘北路3號(hào)濱海新村西區(qū)研究院主樓117室。E-mail：chengxp@cnooc.com.cn

檀朝東（1968-），2003年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）與石油工程專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事從事石油天然氣開采工程、信息與軟件開發(fā)技術(shù)研究，副研究員。通訊地址：（102249）中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院。E-mail：tanchaodong@cup.edu.cn

: CHENG Xinping, TAN Chaodong, KAN Changxuan, ZHENG Chunfeng, XIE Shuangxi. Research on coupled model and parameter optimization of dual-ESP pumping system［J］. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(5)∶ 604-610.