海上油田電潛泵井提液方案優(yōu)化設(shè)計

于志剛　穆永威　曾玉斌　彭建峰　程利民　吳紹偉

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司， 廣東 湛江 524057)

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海上油田電潛泵井提液方案優(yōu)化設(shè)計

于志剛穆永威曾玉斌彭建峰程利民吳紹偉

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司， 廣東 湛江 524057)

摘要：電潛泵井換大泵提液作為海上油田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的重要措施，在許多油田得到了廣泛應(yīng)用且效果顯著。針對海上油井及平臺特點，綜合論述了提液井換大泵優(yōu)化設(shè)計的具體要求及在電泵設(shè)計時應(yīng)考慮的各種影響因素。實踐證明，該技術(shù)有效地提高了采液速度，達到了提液增油的目的，為油田的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。

關(guān)鍵詞：電潛泵； 提液； 優(yōu)化設(shè)計； 效果分析

目前，大部分海上油氣田已進入開采的中后期，井況復(fù)雜。為保障油田的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，老油田挖潛任務(wù)十分艱巨。

作為海上油田最主要的舉升方式，電潛泵井換大泵提液是油田增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要措施。在進行換大泵優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮老油田提液井的復(fù)雜井況，包括出砂、結(jié)垢、結(jié)蠟、腐蝕、井斜、管柱結(jié)構(gòu)等多種因素；又要保證入井的電泵機組既能滿足油藏提液要求，又能合理運轉(zhuǎn)，延長電泵井檢泵周期，實現(xiàn)增產(chǎn)降本。通過油井的潛力分析、電泵機組的優(yōu)化設(shè)計及現(xiàn)場作業(yè)的精細化實施，南海西部油田換大泵提液井均取得了較好的增油效果。

1提液井的產(chǎn)能分析

電潛泵機組方案優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵是精確預(yù)測油井的流入特性，即要精確預(yù)測與分析油井產(chǎn)能。電潛泵機組排量的確定步驟如下：

(1)利用廣義IPR曲線法進行油井產(chǎn)能分析與預(yù)測。該方法是在Vogel方程基礎(chǔ)上演變而來的油氣水三相產(chǎn)能預(yù)測方法[1-3]，公式見式(1)。

(1)

式中：q—— 油井產(chǎn)量，m3d；

qmax—— 純液(油)相滲流時的最大產(chǎn)量，m3d；

pwf—— 井底流壓，MPa；

pR—— 地層壓力，MPa。

(2)分析多層油藏開采的流入特性。海上油田采油成本較高，為了在較短時間內(nèi)提高采出程度，常采用多層合采。一般而言，同一套層系或相鄰的油層，當(dāng)其油層物性相差不大，壓力系統(tǒng)相同，各層產(chǎn)能差異不大時，適合采取多層合采的方式。多層合采井的IPR曲線是分層IPR曲線的疊加。對于同時射開多層的油井，是實行多層合采還是單層開采，需根據(jù)各油藏的生產(chǎn)動態(tài)具體分析。

(3)當(dāng)油井飽和壓力不明確時，必須綜合考慮產(chǎn)液量及水氣比、油氣比的大小。用無因次IPR曲線和采油指數(shù)曲線分別求得油井產(chǎn)能后，與該井開采歷史數(shù)據(jù)對比，進行必要的加權(quán)修正。

(4)根據(jù)生產(chǎn)實際情況和一定周期內(nèi)的已知油井采油指數(shù)曲線的變化趨勢，擬合油井當(dāng)前和今后一段時期的產(chǎn)能，從而確定合理的電潛泵機組排量。

2電潛泵機組優(yōu)化設(shè)計與配套技術(shù)

2.1優(yōu)化設(shè)計基本原則

海上油田作業(yè)費用高，為保證電泵機組高效合理運行，提高檢泵周期，需對電潛泵機組排量進行優(yōu)化設(shè)計，其應(yīng)遵循的原則如下：

(1)合理選擇泵型，使泵在最高效率點附近工作，并考慮油井3年內(nèi)的供液能力的變化。

(2)泵的額定排量與油藏配產(chǎn)要求相匹配，額定揚程等于油井的總動壓頭，并滿足計量和外輸?shù)男枰?/p>

(3)電機的輸出功率能夠滿足舉升液體需求，并盡可能涵蓋較寬的變化范圍，具有一定的提頻空間。

(4)根據(jù)井況條件及電機參數(shù)選擇規(guī)格配套的動力電纜。

(5)合理選擇管柱尺寸，減少摩阻損失和油管沖蝕，節(jié)約成本，安全生產(chǎn)。

(6)結(jié)合平臺要求，綜合考慮用電量需求及電泵機組與控制柜、變壓器的匹配要求。

2.2電潛泵機組推薦工況區(qū)

在選用電潛泵時需要了解電潛泵的特性曲線，以便判斷所選用的電潛泵是否在高效區(qū)工作。通過電潛泵特性曲線圖1可知，在拋物線頂部附近泵效率變化小，拋物線頂點是泵運行的最高效工作點，包含該點的小區(qū)域構(gòu)成泵的推薦工況區(qū)。因此應(yīng)對此區(qū)域內(nèi)部及其邊界揚程、排量和軸功率進行綜合分析與驗算。

圖1　電潛泵特性曲線

當(dāng)電潛泵的型號、揚程確定后，再根據(jù)選定泵型的排量系列，用對應(yīng)的單級葉導(dǎo)輪最大軸功率而不是高效點的單級軸功率求取泵軸功率。也可根據(jù)已經(jīng)計算的排量、揚程以及密度效率計算軸功率[3]，其計算公式為：

(2)

式中：P—— 泵軸功率，kW；

Q—— 泵的額定排量，m3d；

H—— 泵的揚程，m；

γ1—— 井液平均相對密度；

η——泵的效率，%。

2.4電纜選型

電纜線型選擇取決于電纜的長度、電流、電阻、井溫和電壓降等數(shù)據(jù)。電壓降一般限制為5%，銅的電阻率為1.724 1×10-8Ω·m。導(dǎo)體電阻率計算公式如下：

ρ=1.724 1×10-8×1.02×(234.5+T)254.5

(3)

A=(ρ×1.732×D×I)ΔV

(4)

式中：ρ—— 導(dǎo)體的電阻率，Ω·m；

T—— 井溫，℃；

I—— 電機電流，A；

ΔV—— 電纜電壓降，V；

D—— 電纜長度，m；

A—— 電纜線芯的橫截面積，mm2。

2.5沉沒度要求

電潛泵必須有足夠的沉沒度才能正常運轉(zhuǎn)。如果吸入口流壓過低，會導(dǎo)致供液不足甚至欠載停機，因此選擇時需要充分考慮吸入口流壓，選擇合理的泵掛深度，以保證離心泵沉沒度。為了確保電潛泵的正常生產(chǎn)，設(shè)計的電潛泵沉沒度垂深應(yīng)在 200 m 以上。

2.6電泵機組對狗腿度的要求

在斜井或定向井中下泵時，需考慮泵掛位置的狗腿度。在滿足離心泵沉沒度要求的前提下，不同機組尺寸和不同套管尺寸組合在下入過程中機組彎曲度應(yīng)不超過3°30 m[4]。為了保證電潛泵機組的運轉(zhuǎn)壽命，電潛泵機組運轉(zhuǎn)位置處的狗腿度應(yīng)小于 1°30 m。

2.7高氣油比井配套技術(shù)

高氣油比油井，應(yīng)適當(dāng)加深泵掛，使吸入口流壓大于飽和壓力，以避免游離氣對泵效的影響[4-6]。如果加深泵掛不能解決氣體對電潛泵機組的影響，則需加裝相應(yīng)的配套設(shè)備。當(dāng)泵吸入口處自由氣體積百分含量為10%～30%時，加裝氣體分離器，實現(xiàn)油氣分離；當(dāng)泵吸入口處自由氣體積百分含量為 30%～70%時，采用氣體處理器或多相流泵等裝置，實現(xiàn)氣液同采。

2.8防腐、防砂、防蠟、防垢配套技術(shù)

根據(jù)流體類型，分析是否存在腐蝕性流體，然后根據(jù)不同的情況選擇相應(yīng)的泵型和材質(zhì)。

對于出砂油井，檢泵時要進行沖砂洗井作業(yè)[7]。油井含砂量不應(yīng)超過500 gm3。超過此標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)根據(jù)具體情況下入不同等級的防砂電潛泵。

對于結(jié)蠟油井，在修井下入電潛泵前應(yīng)進行刮蠟處理，并采取相應(yīng)的防蠟措施。

對于結(jié)垢油井，一般采用防垢電潛泵機組，同時也可采用其他防垢設(shè)備或防垢措施。

2.9電泵工況監(jiān)測配套技術(shù)

常規(guī)電泵工況儀測試參數(shù)有6個：泵吸入口溫度、泵吸入口壓力、泵排出口壓力、電機繞組溫度、泄漏電流、振動頻率。安裝電泵工況儀能準(zhǔn)確預(yù)測油井產(chǎn)能，對電潛泵和地層條件進行實時監(jiān)測。借助電泵工況儀，工程師可在地面實時了解井下主要設(shè)備的參數(shù)和信息，及時調(diào)整油井的工作制度。

2.10油管尺寸的選擇

電潛泵提液井油管尺寸的選擇主要考慮2個方面：(1)減少流體的滑脫損失和摩阻損失，充分考慮機組節(jié)能；(2)在滿足油藏單井提液配產(chǎn)要求的同時，避免油管發(fā)生沖蝕。

電泵井配產(chǎn)較高時，使用尺寸較大的生產(chǎn)管柱可以減少摩阻損失，從而減少對電泵機組揚程和電機功率的需求，節(jié)約成本。

油管發(fā)生沖蝕的流速與配產(chǎn)有直接關(guān)系，需保證油井在最高配產(chǎn)條件下不發(fā)生沖蝕。當(dāng)沖蝕流速比小于1時，油管不會發(fā)生沖蝕。因此選擇油管尺寸時，需保證油井生產(chǎn)過程沖蝕流速比小于1。

2.11地面設(shè)備配套技術(shù)

電潛泵井地面設(shè)備主要需考慮變壓器和控制柜(變頻器)的選型。潛油電機所配變壓器的容量應(yīng)滿足電機輸入功率的要求。通常變壓器的容量與電機功率的關(guān)系可表示為：

潛油電機的功率因數(shù)一般為0.82?？紤]到電纜的損耗，選取的變壓器容量還應(yīng)包括使用余量。因此，變壓器的容量計算公式表示為：

變頻器選型需考慮變頻器的效率及輸出濾波器效率。其計算公式如下：

根據(jù)各個平臺和機組使用情況，安全余量有所不同。在選泵設(shè)計時，計算電機的功率與舉升揚程留有較大的余量，在此按一般工程進行計算，安全余量系數(shù)取1.2。

3礦場試驗及應(yīng)用效果評價

WC-X井于2012年5月投產(chǎn)，所下泵為100 m31 500 m電泵機組，合理排量范圍為62～125 m3d。該井實際產(chǎn)液量在180 m3d左右波動，不在電泵機組的合理排量范圍內(nèi)。2013年底，根據(jù)井下壓力計讀數(shù)分析，該井產(chǎn)液指數(shù)為154 m3(MPa·d)，具有較大的提液潛力。

為提高油井產(chǎn)量，2014年2月對該井進行換大泵提液作業(yè)，優(yōu)選400 m3800 m電泵機組入井。設(shè)計所需電泵軸功率為60 kW，下入機組電機額定容量為87 kW，滿足一定范圍內(nèi)變頻調(diào)產(chǎn)的需要。加裝電泵工況儀，對電潛泵和油藏信息進行實時監(jiān)測。設(shè)計泵掛深度為1 600 m，狗腿度為0.35°30 m(<1°30 m)。投產(chǎn)后泵吸入口流壓為6.5 MPa。由于該井氣油比較高，加裝氣體分離器。配套4#鉛護套防腐防氣電纜。下泵后該井生產(chǎn)穩(wěn)定，日產(chǎn)液量410 m3，日產(chǎn)油量83 m3，日增油量55 m3。

根據(jù)油藏地質(zhì)人員對油田提液潛力的分析結(jié)果，2014年南海西部海域共計實施換大泵提液作業(yè)12井次。在作業(yè)前進行了詳細的電潛泵優(yōu)化設(shè)計。作業(yè)實施后，各井電泵機組運轉(zhuǎn)合理，達到了較好的提液增油效果，2014年累計增產(chǎn)原油10.5×104m3，占南海西部油田采取措施增產(chǎn)油量的46%。

4結(jié)語

換大泵提液是海上油田增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要措施，是老油田挖潛的重要手段。在進行換大泵優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合海上油井的各種條件，綜合考慮，保證電泵機組的合理運轉(zhuǎn)，提高電泵井的檢泵周期。

參考文獻

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Optimization Design of ESP Well Extract for Offshore Oilfield

YUZhigangMUYongweiZENGYubinPENGJianfengCHENGLiminWUShaowei

(Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd., Zhanjiang Guangdong 524057, China)

Abstract:As an important measure of achieving stable producton for ESP wells, large pump has been widely used in many fields and has an obvious effect. According to characteristics of offshore oil well and platform, the paper optimizes the specific requirements for the optimization design of the ESP pump and the influencing factors in the designing process. Practice has proved that this technology can effectively improve the speed of production, and achieve the purpose of increasing oil. It plays an important role in the stable production of oil field.

Key words:ESP; extraction liquid; optimization design; effect analysis

收稿日期：2015-10-15

基金項目：中海油綜合科研課題“海上在生產(chǎn)油氣田挖潛增效技術(shù)研究”(CNOOC-KJ125 ZDXM06LTD03ZJ 12)

作者簡介：于志剛(1982 — )，男，河北唐山人，碩士，工程師，研究方向為采油工藝。

中圖分類號：TE933

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-1980(2016)03-0094-03