深井小排量潛油電泵在塔里木油田的研究與應(yīng)用

周懷光，沈建新，孫玉國(guó)，張新禮，程春杰，洪 濤

(1.中國(guó)石油塔里木油田分公司開發(fā)事業(yè)部，新疆 庫(kù)爾勒 841000;2.大慶力神泵業(yè)有限公司，黑龍江 大慶 163311)

潛油電泵[1］在塔里木油田已經(jīng)應(yīng)用24年，油田在電泵井技術(shù)管理方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。目前大排量(＞100 m3/d)、低揚(yáng)程(＜2 000 m)潛油電泵主要應(yīng)用于高產(chǎn)井(＞100 m3/d)。塔里木部分油藏深度達(dá)到6 000m，井底溫度高達(dá)130℃以上，供液能力較差，使用有桿泵采油，因受機(jī)-桿-泵系統(tǒng)的額定載荷限制和井況的影響，生產(chǎn)過(guò)程中存在產(chǎn)液量低、泵效低、檢泵周期短的問題[2］。為此設(shè)計(jì)了小排量、高揚(yáng)程潛油電泵機(jī)組，在該類井(下入深度3 500 m、日產(chǎn)液15～30 m3/d)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得了明顯的提液效果，且延長(zhǎng)了此類井的檢泵周期。

1 小排量、高揚(yáng)程深井潛油電泵選型

1.1 電泵性能參數(shù)

結(jié)合塔里木油田深井的井況及生產(chǎn)情況，制定的小排量、高揚(yáng)程潛油電泵機(jī)組的適用井況條件為:生產(chǎn)套管直徑Φ157 mm、電泵機(jī)組工作環(huán)境溫度≤150℃、機(jī)組表面液體流速＞0.340 8 m/s、機(jī)組下入井段井斜≤5°。電泵機(jī)組的主要性能參數(shù)為:排量≤30 m3/d、揚(yáng)程3 500 m。

1.2 電泵機(jī)組組成

井下裝置主要有潛油電機(jī)、保護(hù)器、分離器或吸入口、多級(jí)離心泵、潛油電纜、引接電纜頭、井下傳感器等組成;地面裝置主要有電泵采油樹、接線盒、變頻控制柜、變壓器等組成。

1.3 電泵主要裝置選型

潛油電泵機(jī)組組成部件主要是依據(jù)電泵的排量和揚(yáng)程，確定井下和地面部件型號(hào)和技術(shù)參數(shù)。

1)多級(jí)離心泵選型。根據(jù)排量要求，先確定葉導(dǎo)輪尺寸，再由其特性曲線(圖1)確定單級(jí)揚(yáng)程和泵效。由圖1可以看出，該機(jī)組葉導(dǎo)輪單級(jí)揚(yáng)程為5.4 m/級(jí)，泵效36%，計(jì)算泵的總級(jí)數(shù)n:

式中，n—泵的總級(jí)數(shù);h—泵的單級(jí)揚(yáng)程，m;H—泵的額定揚(yáng)程，m。

2)潛油電機(jī)選型。根據(jù)排量、揚(yáng)程，由公式(2)計(jì)算泵的軸功率P;其次考慮油氣分離器和電機(jī)保護(hù)器的功率消耗，并結(jié)合該井套管尺寸、井溫，選擇電機(jī)的實(shí)際規(guī)格。

式中，P—離心泵所需軸功率，kW;Q—泵的額定排量 m3/d;γ1—井液平均相對(duì)密度，無(wú)量綱;η—泵的效率，%。

3)分離器和保護(hù)器選型。根據(jù)所選電機(jī)型號(hào)和該井的氣液比，確定分離器和保護(hù)器的型號(hào)。

4)潛油電纜的選型。根據(jù)井底溫度、電機(jī)功率、電機(jī)額定的電壓和電流等選擇電纜型號(hào)，長(zhǎng)度由泵的下深決定。電纜的壓降損失和功率損失分別用式(3)和(4)計(jì)算[3］。

式中，ΔU—潛油電纜壓降損失，V;I—電機(jī)的額定電流，A;r—導(dǎo)體有效阻抗，Ω/km;cosφ—功率因數(shù)，無(wú)量綱;sinφ—無(wú)功率因數(shù)，無(wú)量綱;ΔP—潛油電纜功率損失，kW;R—潛油電纜的內(nèi)阻，Ω。

5)變壓器的選型。根據(jù)電網(wǎng)電壓、頻率及電機(jī)功率、電纜壓降等確定變壓器容量，由式(5)計(jì)算。

式中，PT—變壓器的容量，kV·A;U—電機(jī)的額定電壓，V。

6)控制柜的選型。由機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)使用條件和電機(jī)的功率、額定電流及機(jī)組額定電壓進(jìn)行選配。

表1為深井小排量潛油電泵機(jī)組主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)。

表1 深井小排量潛油電泵機(jī)組主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 電泵機(jī)組試驗(yàn)

小排量、高揚(yáng)程深井[4］潛油電泵機(jī)組入井前，先在試驗(yàn)井內(nèi)進(jìn)行性能試驗(yàn)，合格后方可現(xiàn)場(chǎng)使用。由表2可以看出，該電泵機(jī)組滿足排量≤30 m3/d、揚(yáng)程3 500 m的技術(shù)要求。

表2 深井小排量潛油電泵機(jī)組試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.2.1 施工要求

1)模擬通井。加工專用通井規(guī)(外徑146 mm、長(zhǎng)度10 m);用該通井規(guī)通井后，根據(jù)通井規(guī)磨損情況，采取相應(yīng)作業(yè)處理手段通井合格，保證機(jī)組順利入井和起出。

2)降低下泵速度，增加電纜卡子數(shù)量。一般油井作業(yè)下油管速度控制在40～50根/h，每根油管打2只電纜卡子，而深井電泵機(jī)組下泵速度控制在20～30根/h，每根油管打3只電纜卡子，目的是防止電纜磨損和電纜由于自重而下滑。

2.2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

2012年10月小排量、高揚(yáng)程深井電泵在東河X1井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，由Φ44 mm有桿泵井采油改為30 m3/d、揚(yáng)程3 500 m的小排量深井電泵采油后，日產(chǎn)液由15 m3/d提高到40 m3/d，動(dòng)液面3 018 m;隨后又在東河X2井、東河X3井和哈得X井應(yīng)用，工況穩(wěn)定。

3 應(yīng)用分析

3.1 排量效率

東河X1井由有桿泵采油改用小排量、高揚(yáng)程電泵采油后，排量效率133%，提液效果明顯(圖2)，截至2014年10月，累計(jì)增油13 126 t?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用4口井平均排量效率達(dá)106%，達(dá)到了設(shè)計(jì)排量的要求。

3.2 檢泵周期

表3是塔里木油田使用小排量、高揚(yáng)程電泵后的檢泵周期統(tǒng)計(jì)表。可以看出，使用小排量電泵后檢泵周期平均延長(zhǎng)了212 d，節(jié)省了作業(yè)費(fèi)用。

表3 塔里木油田深井小排量潛油電泵檢泵周期

4 結(jié)論

1)深井小排量潛油電泵機(jī)組在東河X1井試驗(yàn)成功，提液效果明顯，年增油1.3萬(wàn)t。

2)深井小排量潛油電泵機(jī)組在塔里木油田4口井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，電泵排量效率達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且能夠延長(zhǎng)油井檢泵周期。

3)對(duì)于低產(chǎn)液量、檢泵周期短、無(wú)復(fù)雜井況條件的油井，深井小排量潛油電泵機(jī)組具有良好的應(yīng)用前景。

[1]梅思杰，邵永實(shí)，師世剛，等.潛油電泵技術(shù)[M］.北京:石油工業(yè)出版社，2004.

[2]齊正學(xué)，傅書貴，郭建良，等.小排量、高揚(yáng)程潛油電泵機(jī)組設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J］.石油鉆采工藝，2012，34(4):71－74.

[3]萬(wàn)仁傅，羅英俊.采油技術(shù)手冊(cè)(第四分冊(cè))[M］.北京:石油工業(yè)出版社，2002.

[4]郭仕為.塔里木深井超深井采油技術(shù)應(yīng)用分析[J］.中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013，19(1):73－73.