潛油電泵特性曲線修正及宏觀控制圖應(yīng)用

張建國

（中國石化集團(tuán)國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京100029）①

潛油電泵特性曲線修正及宏觀控制圖應(yīng)用

張建國

（中國石化集團(tuán)國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京100029）①

為了通過宏觀控制圖準(zhǔn)確描述潛油電泵井泵排量的合理度，消除實(shí)際抽汲時(shí)流體中含自由氣或含水的影響，提出根據(jù)油層產(chǎn)出流體的性質(zhì)對泵的特性曲線進(jìn)行黏度修正和含氣修正，并根據(jù)修正后的電潛泵特性曲線確定出符合實(shí)際流體條件的泵排量上下限，進(jìn)而確定出泵排量合理度的方法。通過對比分析證明，考慮特性曲線修正后的電潛泵宏觀評(píng)價(jià)結(jié)果更加符合油井的實(shí)際工況，對指導(dǎo)油井日常管理具有重要意義。

潛油電泵；宏觀控制圖；特性曲線；修正

宏觀控制圖是電潛泵井工況分析的一種重要工具，通過對油井工況進(jìn)行系統(tǒng)分析，可以及時(shí)準(zhǔn)確掌握油井的生產(chǎn)狀態(tài)（油井生產(chǎn)是否出現(xiàn)故障、油井潛力是否得到充分發(fā)揮、油井工作制度是否合理可行），并根據(jù)發(fā)現(xiàn)的不同問題采取不同的治理措施，最終達(dá)到提高電泵井工作效率、挖掘油井生產(chǎn)潛力的目的。以泵入口壓力和泵排量合理度為坐標(biāo)軸的宏觀控制圖既能表征油層的供液能力，又能直觀反映電潛泵的實(shí)際工作狀況。但是，鑒于目前在電潛泵井宏觀控制圖應(yīng)用過程中，采用的電潛泵特性數(shù)據(jù)都是廠商提供的水力特性測試數(shù)據(jù)，這與電潛泵在油井生產(chǎn)中的實(shí)際工作狀態(tài)有較大差別。本文在運(yùn)用電潛泵井宏觀控制圖評(píng)價(jià)油井工況時(shí)，對電潛泵特性曲線進(jìn)行了一定的修正［1-3］。

1 電潛泵井宏觀控制圖制作原理

1.1 泵入口壓力計(jì)算［4-5］

泵入口壓力是衡量低氣液比的電潛泵井供液能力的一個(gè)重要指標(biāo)，計(jì)算泵入口壓力的公式：密度，無因次；為氣柱段平均溫度，K；Z為氣柱段平均溫度、平均壓力下的壓縮因子；ρog為某一深度h處的油柱密度，kg／m3；Hi為油管進(jìn)油口處的深度，m；g為常數(shù)，9.8 N／kg；dh為迭代步長，m；Δhi為第i小段油柱的高度，m；ρogi為第i小段油柱的平均密度，kg／m3；Δpoi為第小段油柱的壓差，Pa。

1.2 排量合理度計(jì)算

式中：K為排量合理度；QL為日產(chǎn)液量，m3／d；Qthmax為泵理論排量上限，m3／d；Qthmin為泵理論排量下限，m3／d。泵理論排量上下限是表征泵最佳排量范圍的參數(shù)，排量在該范圍內(nèi)時(shí)，泵效較高，工作狀況較好。

1.3 電潛泵井宏觀控制圖

通過對電潛泵入口壓力上下限和泵排量合理度上下限的確定，可將電潛泵井宏觀控制圖分為9個(gè)不同的區(qū)域，如圖1所示。A區(qū)，產(chǎn)量潛力，泵型偏大；B區(qū)，產(chǎn)量潛力，泵型合理；C區(qū)，產(chǎn)量潛力，泵型偏?。籇區(qū)，產(chǎn)量合理，泵型偏大；E區(qū)，合理；F區(qū)，產(chǎn)量合理，泵型偏??；G區(qū)，供液不足，泵型偏大；H區(qū)，供液不足，泵型合理；I區(qū)，供液不足，泵型偏小。

其中，4條界限的確定方法是：

1） 泵入口壓力上限（a） 將油井自噴所需的泵入口壓力即平均泵掛深度對應(yīng)的靜液注高度產(chǎn)生的壓力值作為泵入口壓力上限，也可根據(jù)油田自身評(píng)價(jià)油井是否有潛力的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)置泵入口壓力上限。

式中：pin為泵入口壓力，Pa；pc為井口套壓，Pa；Δpo為油柱壓差，Pa；pg為動(dòng)液面（氣柱與油柱界面）處的壓力，Pa；Hf為動(dòng)液面深度，m；γg為天然氣相對

圖1 電潛泵宏觀控制圖

2） 泵入口壓力下限（b） 根據(jù)實(shí)際使用電潛泵的特性以及分離器分離氣體的能力，結(jié)合實(shí)際的泵入口氣液比與泵入口壓力之間的關(guān)系曲線，如圖2所示，即可確定出泵入口壓力下限。

3） 排量合理度的上限（d）和下限（c） 一般情況下，排量合理度的上下限分別為日產(chǎn)液量等于泵理論排量上限、泵理論排量下限時(shí)的數(shù)值，通常其下限為0，上限為1。

圖2 泵入口壓力與泵入口氣液比關(guān)系曲線

2 電潛泵特性曲線修正原理

由于電潛泵廠商提供的電潛泵特性曲線是針對純水的，而實(shí)際抽汲的都是含有一定自由氣或水的原油，因此，需根據(jù)油層產(chǎn)出流體的性質(zhì)對泵的特性曲線進(jìn)行黏度和含氣修正［6-8］。

2.1 泵特性的黏度修正系數(shù)

1） 排量黏度修正系數(shù)

式中：kQμ為排量黏度修正系數(shù)；Kq、Kg為計(jì)算中間參數(shù)；μ為在泵內(nèi)溫度和壓力下的井液黏度，m Pa·s；μs為賽波林通用黏度，s；ρ為泵內(nèi)井液密度，g／cm3；ηb為被選泵的最高泵效，小數(shù)。

2） 揚(yáng)程黏度修正系數(shù)

式中：kHμ為揚(yáng)程黏度修正系數(shù)；KH1、KH2為計(jì)算中間參數(shù)。

3） 軸功率黏度修正系數(shù)

式中：kNμ為軸功率黏度修正系數(shù)；KN1、KN2為中間計(jì)算參數(shù)。

2.2 泵特性的氣體修正系數(shù)（如圖3）

圖3 氣體修正系數(shù)圖版

氣體修正系數(shù)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果用插值方法進(jìn)行計(jì)算，圖版如圖3所示。其中，KQG為泵排量氣體修正系數(shù)，KHEG為揚(yáng)程和效率修正系數(shù)。

2.3 修正后的泵特性

通過考慮黏度和氣體對泵特性的影響，泵的特性參數(shù)修正公式為：

式中：I為第I級(jí)泵；H為第I級(jí)泵修正前揚(yáng)程，m；H（I）為第I級(jí)泵修正后揚(yáng)程，m；Q為第I級(jí)泵修正前排量，m3／d；Q（I）為第I級(jí)泵修正后排量，m3／d；η為第I級(jí)泵修正前泵效，小數(shù)；η（I）為第I級(jí)泵修正后泵效，小數(shù)；ρ（I）為第I級(jí)泵內(nèi)井液密度，g／cm3；N（I）為第I級(jí)泵功率，k W。

3 特性曲線修正的應(yīng)用

宏觀控制圖的制作是按區(qū)塊進(jìn)行的，但對于每口油井的評(píng)價(jià)都是根據(jù)油井自身的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行的，因此參與評(píng)價(jià)的每口油井都需要對特性曲線進(jìn)行修正。在此以某區(qū)塊的實(shí)際數(shù)據(jù)對比不考慮與考慮特性曲線修正時(shí)對宏觀控制圖評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。

1） 不考慮特性曲線修正時(shí)的宏觀控制圖評(píng)價(jià)結(jié)果

按照常規(guī)方法，不管是計(jì)算排量合理度還是排量效率，其所用的排量值均為電潛泵廠商提供的水力特性數(shù)據(jù)，宏觀控制圖評(píng)價(jià)結(jié)果如圖4所示。

圖4 未考慮特性曲線修正時(shí)的宏觀控制圖評(píng)價(jià)結(jié)果

2） 考慮特性曲線修正時(shí)的宏觀控制圖評(píng)價(jià)結(jié)果

考慮流體黏度與氣體含量對泵特性影響的情況下，進(jìn)行宏觀控制圖評(píng)價(jià)，結(jié)果如圖5所示。

3） 評(píng)價(jià)結(jié)果對比

比較圖4～5可見，在考慮特性曲線修正時(shí)的宏觀控制圖評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)生了較大改變，19口井中有14口井評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)生了變化，如表1所示。通過分析認(rèn)為，評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)生變化的原因是：在考慮流體黏度和氣體的影響后，電潛泵的合理排量上下限發(fā)生了變化，總體而言，上下限均變小，因此使得排量合理度也發(fā)生了變化，最終導(dǎo)致了工況評(píng)價(jià)結(jié)果的變化。

圖5 考慮特性曲線修正時(shí)的宏觀控制圖評(píng)價(jià)結(jié)果

表1 評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

1） 電潛泵井宏觀控制圖的制作是以泵入口壓力和泵排量合理度為坐標(biāo)軸的，并根據(jù)對泵入口壓力和泵排量合理度上下限的界定，將電潛泵井宏觀控制圖分為9個(gè)不同的區(qū)域。該方法能較為合理地表征電潛泵井的工作狀況。

2） 對電潛泵特性曲線的修正主要考慮了流體黏度和泵入口氣體2個(gè)影響因素，并將修改后的特性曲線應(yīng)用于電潛泵井宏觀評(píng)價(jià)中。

3） 考慮特性曲線修正的電潛泵宏觀評(píng)價(jià)結(jié)果與直接使用廠商提供的水力特性數(shù)據(jù)進(jìn)行的宏觀評(píng)價(jià)結(jié)果相比，能夠更加準(zhǔn)確地反映泵的實(shí)際工作狀況，從而為生產(chǎn)管理正確決策提供重要依據(jù)。

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ESP Characteristic Curve Revision and Application of M ocro-control Diagram

Z H A N G Jian-guo
（Sinopec International Petroleu m E xploration and Production Corporation，Beijing100029，China）

In order to determine pu m p displacement rationalization by M ocro-control diagra m with eliminating effect of free gas and produced water，viscosity and gas revisions are presented according to produced fluid fro m formation，then the upper and lower limit of ESP displacement fit for real fluid condition are derived fro m ESP characteristic curve，at the end，pu m p displacement rationalization is determined.Furtherm ore，in terms of co m paring ESP macro-evaluation result considering characteristic curve revision and that without，it has been proved that the former method conforms to the real situation m uch better than the latter，therefore，this method will be a good guide in ESP management at the oilfield.

electric sub mersible pu m p；m ocro-control diagra m；characteristic curve；revision

T E933.307

B

10.3969／j.issn.1001-3482.2014.08.017

1001-3482（2014）08-0078-04

2014-02-12

中海石油科研項(xiàng)目“油田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化決策技術(shù)研究”（2008Z X05024）

張建國（1984-），男，山東臨沂人，工程師，碩士，2009年畢業(yè)于俄羅斯國立石油天然氣大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，主要從事油氣田開發(fā)生產(chǎn)研究及管理工作，E-mail：jianguozhang.sipc＠sinopec.co m。