憋壓法判斷潛油電泵正反轉(zhuǎn)的應用研究

夏新躍，歐雪慧 （中石化西北油田分公司塔河采油二廠，新疆 輪臺 841604）

塔河油田為非均質(zhì)性極強的奧陶系縫洞型碳酸鹽巖油藏，具有 “兩超三高”（超深、超稠、高含膠質(zhì)瀝青質(zhì)、高含硫化氫、高礦化度）的特點，由于油質(zhì)稠，原油沿井筒上升過程中流動性逐漸變差[1－3]，為此，采用套管摻入稀油的降黏方式進行開采。隨著油田超稠油區(qū)塊動用程度加大，潛油電泵 （簡稱電泵）因其舉升能力強、排量大的特點成為塔河油田機械采油的主要方式。

盡管電泵采油具有諸多優(yōu)勢，但在塔河油田生產(chǎn)中時有電泵反轉(zhuǎn)案例發(fā)生，由于電泵井產(chǎn)量高，反轉(zhuǎn)直接影響采油廠上產(chǎn)步伐。為此，有必要對潛油電泵正反轉(zhuǎn)進行研究和分析。

1 存在問題

塔河油田油井超深，地層壓力系統(tǒng)復雜，修井過程中易發(fā)生井口溢流，甚至井噴，為此，在組下電泵機組過程中要求在保障作業(yè)質(zhì)量的情況下，盡量縮短施工時間，避免井口失控。由于標定機組相序較為復雜，井口未組下管柱，井控風險大，因此，在修井過程中未采用標定相序方法來確認電泵正反轉(zhuǎn)。

由于電泵未標定相序，難以直接確認正反轉(zhuǎn)，因此在生產(chǎn)時需要通過改變相序來對比油壓變化，從而確認電泵的正反轉(zhuǎn)，由于部分油井初期開井頻率較低，井筒全為稀油 （塔河油田因稠油上返需要正注稀油處理井筒，因此，電泵管柱中未下單流閥；同時為避免稠油進入電泵中，新檢泵井要求在完井時油管正注一容積稀油，套管注入一環(huán)空容積稀油），油壓通常較低，觀察油壓變化不明顯，難以準確判斷電泵正反轉(zhuǎn)。

塔河油田 “兩超三高”的特點導致電泵運行井況復雜，部分油井電泵運行壽命不足1個月，因此，盡量減少電泵啟停次數(shù)，降低對電泵的損害成為采油廠的重要管理措施，但為了對比油壓變化，需要頻繁停機倒相序來確認正反轉(zhuǎn)，加速了保護器失效、電器絕緣下降的趨勢，影響了電泵的正常運行。

2 理論依據(jù)

2.1 憋壓壓力變化分析

有關(guān)學者[4－7]在憋壓時根據(jù)憋壓過程中壓力上升速度的變化規(guī)律將其過程分為4個階段：

1）憋壓第Ⅰ階段 主要是油管內(nèi)自由氣體的壓縮過程，表現(xiàn)為井口油壓與憋壓時間呈指數(shù)上升關(guān)系。

2）憋壓第Ⅱ階段 主要是油管內(nèi)混合液體的壓縮過程，表現(xiàn)為井口油壓與憋壓時間呈線性關(guān)系。

3）憋壓第Ⅲ階段 主要是泵排出口壓力與液面恢復造成的吸入口壓力同步增加，表現(xiàn)為井口油壓與憋壓時間呈現(xiàn)關(guān)井壓力恢復的對數(shù)關(guān)系。

4）憋壓第Ⅳ階段 主要是憋壓后停泵，因單流閥關(guān)閉無流體與外部介質(zhì)進行交換，壓力將保持在停泵前的水平上，表現(xiàn)為井口油壓與憋壓時間呈現(xiàn)水平直線關(guān)系。

塔河油田電泵管柱中未下單流閥，且采用套管摻稀生產(chǎn)方式，因此在憋壓過程中不存在第Ⅳ階段，由于憋壓值在上升后短時間內(nèi)便能趨向穩(wěn)定值，因此，通常取該穩(wěn)定值作為判斷依據(jù)。

2.2 潛油電泵特性分析

理論公式表明，對于同一臺潛油電泵，其排量、揚程、功率參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化而變化，其中排量與轉(zhuǎn)速為一次方關(guān)系，揚程與轉(zhuǎn)速為二次方關(guān)系，功率與轉(zhuǎn)速為三次方關(guān)系[8－9]；由于電泵井的生產(chǎn)頻率可決定轉(zhuǎn)速，且與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，可得：

2.1 超聲微泡造影劑攜RPM對T24細胞增殖的影響 對照組、RPM組和超聲微泡造影劑攜RPM組3組細胞的生長能力分別為1.065±0.026、0.816±0.021和0.512±0.013，可見，經(jīng)過RPM和超聲微泡造影劑攜RPM處理過后的T24細胞生長能力明顯下降，其中超聲微泡造影劑攜RPM組與空白對照組、RPM組存在顯著差異(P<0.05)。

式中，H折為電泵實際頻率下的折算揚程，即總動壓頭，m；H理為電泵額定頻率下的理論揚程，m；f實為電泵實際頻率，Hz；f額為電泵額定頻率，Hz。

電泵井的總動壓頭[10]：

式中，Hp為電泵井的泵掛深度，m；Po為電泵井實際生產(chǎn)頻率下的油壓折算壓頭，m；Ft為摩阻損失壓頭，m；P為泵吸入口壓力折算壓頭，即沉沒度，m。

電泵井動液面計算式：

式中，Hd為電泵井的動液面，m。

由式 （1）、式 （2）、式 （3）推導可得井口油壓壓頭計算公式：

由于新檢泵井井筒全為稀油，理論揚程損失小，因此，理論揚程選用電泵額定揚程，同時憋壓穩(wěn)定后，流體基本無流動，可不考慮磨阻損失，因此，忽略上述2項影響因素，式 （4）可簡化為：

式中，H額為電泵額定揚程，m。

由式 （5）可求得電泵井憋壓后的油壓壓頭，為便于分析判斷，折算為油壓壓力可得：

式中，P′o為電泵井實際生產(chǎn)頻率下的油壓折算壓力，MPa。

由電泵理論特性曲線 （見圖1）可知，揚程隨排量增大而變小，當電泵憋壓時，排量基本為0，實際舉升揚程高于理論推薦舉升揚程，由于憋壓揚程高于額定揚程，因此，為保證計算準確，此時所選額定揚程應為憋壓所對應的舉升揚程。

雖然憋壓揚程高于額定揚程，但兩者差異不大 （見圖2），為便于日常計算處理，將憋壓揚程改定為泵的額定揚程。

圖1 電泵理論特性曲線

圖2 不同揚程不同頻率下的折算揚程對比圖

3 現(xiàn)場操作方法

①正反注稀油后，觀察油套壓是否落零，若落零，安排液面測試并現(xiàn)場讀取液面數(shù)據(jù)；②在泵型、液面、開井頻率已知的條件下，根據(jù)式 （6）折算最高憋壓壓力，并安裝1.2倍量程壓力表；③確認地面設(shè)備、流程正常后，按開井頻率啟泵；④緩慢關(guān)閉生產(chǎn)翼生產(chǎn)閘門，油壓上升至某一值后基本穩(wěn)定并記錄該值，即電泵井實際生產(chǎn)頻率下的最大油壓；⑤緩慢打開生產(chǎn)翼生產(chǎn)閘門，打開生產(chǎn)翼油壓表考克，恢復油井正常生產(chǎn)；⑥對比實際壓力值與折算壓力值，若實際壓力值高于折算壓力值80%，則說明是正轉(zhuǎn)，否則為反轉(zhuǎn)，調(diào)整相序，重復步驟④～⑤。

4 應用效果及分析

TH12147井為塔河油田的一口采油井，所下泵型為QYDB-120／3500，泵掛深度為3200m，開井前油管正注15m3稀油，環(huán)空注入125m3稀油，監(jiān)測液面深度為1570m，以40Hz、3m3／h的摻稀量啟泵。

根據(jù)憋壓法將相應數(shù)據(jù)代入式 （6）可得最高折算壓力值：

采用憋壓法憋壓5min，油壓憋至6.8MPa趨于穩(wěn)定，對比憋壓實際值與折算壓力值可判斷為正轉(zhuǎn)。

由憋壓數(shù)據(jù)反推泵的憋壓揚程有：

該井憋壓下理論憋壓揚程為3600m，與計算憋壓揚程相差58m，誤差率僅為1.6%。

5 認 識

（1）憋壓法判斷電泵正反轉(zhuǎn)的操作方法簡單，數(shù)據(jù)可靠，成功率高，可用于指導生產(chǎn)。

（2）憋壓法判斷電泵正反轉(zhuǎn)可減少停機次數(shù)，通過憋壓法最多停機1次即可判定正反轉(zhuǎn)，而前期判斷方式至少需要1次才可判定。

（3）塔河油田電泵井井況惡劣，減少電泵停機次數(shù)是生產(chǎn)管理的重要措施，因此，憋壓法判斷電泵正反轉(zhuǎn)有利于降低停機次數(shù)，間接提高電泵運行壽命。

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