深層水淹氣井電潛泵排采工藝優(yōu)化分析

杜 洋，宋詩(shī)光，周興付，趙哲軍，徐曉峰，倪 杰

(1.中國(guó)石化西南油氣分公司 a.石油工程技術(shù)研究院；b.川西采氣廠，四川 德陽(yáng) 618000；2.渤海石油裝備(天津) 中成機(jī)械制造公司，天津 300280)

開(kāi)發(fā)應(yīng)用

深層水淹氣井電潛泵排采工藝優(yōu)化分析

杜 洋1a，宋詩(shī)光2，周興付1b，趙哲軍1a，徐曉峰1b，倪 杰1a

(1.中國(guó)石化西南油氣分公司 a.石油工程技術(shù)研究院；b.川西采氣廠，四川 德陽(yáng) 618000；2.渤海石油裝備(天津) 中成機(jī)械制造公司，天津 300280)

川西須家河氣井見(jiàn)水后產(chǎn)水量迅速上升，易導(dǎo)致水淹停產(chǎn)。氣藏高溫、高壓、超深的特征制約了常用排水采氣工藝的應(yīng)用。在DY1井引入電潛泵排水采氣工藝，針對(duì)大斜度深層氣井開(kāi)展設(shè)計(jì)和施工工藝優(yōu)化，評(píng)價(jià)排水采氣效果，分析故障原因，認(rèn)為電潛泵排水采氣工藝能滿足該井連續(xù)高強(qiáng)度排液要求。但是，受機(jī)組振動(dòng)和地層流體腐蝕等因素影響，電潛泵排采工藝技術(shù)在深層氣井中應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)較大。

電潛泵；水淹井；排水采氣；優(yōu)化設(shè)計(jì)

電潛泵排水采氣工藝是采用隨油管一起下入井底的多級(jí)離心泵裝置，將水淹氣井中的積液從油管中迅速排出，降低對(duì)井底的回壓，重新獲得一定的生產(chǎn)壓差，使水淹氣井重新復(fù)產(chǎn)的一種機(jī)械排水采氣生產(chǎn)工藝[1-6]。該工藝具有排量、揚(yáng)程范圍大、舉升效率高、最大限度地降低井底壓力，理論上可以將氣井采至枯竭、可以根據(jù)產(chǎn)液變化要求進(jìn)行變頻調(diào)速、地面設(shè)備占用面積和空間小等特點(diǎn)[7]，近年來(lái)在川渝氣田直井中被廣泛使用。

1 試驗(yàn)井生產(chǎn)簡(jiǎn)況

DY1井是一口針對(duì)須家河二段的深層預(yù)探井，井深5 142 m，在距井口850 m處開(kāi)始造斜，最大井斜角34.5°(4 140 m)。投產(chǎn)初期井口壓力為42 MPa，初期日產(chǎn)氣8×104m3，產(chǎn)出氣體中CO2含量為1.85%，地層產(chǎn)出水為CaCl2型，日產(chǎn)約25 m3，氯離子質(zhì)量濃度50 000 mg/L，流體具有一定的腐蝕性[8]。該井生產(chǎn)近3 a后因水淹關(guān)井，期間采用泡排、氣舉等排采工藝[9]，但由于該井產(chǎn)水量較大，均未達(dá)復(fù)產(chǎn)效果。為繼續(xù)挖潛該井的產(chǎn)能，開(kāi)展了排量更大的電潛泵排水采氣工藝。

2 工藝施工參數(shù)優(yōu)化

針對(duì)該井復(fù)雜的井身結(jié)構(gòu)和地層流體性質(zhì)，在工藝施工過(guò)程中開(kāi)展了5方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終順利將機(jī)組下入4 400 m預(yù)設(shè)深度，創(chuàng)下川內(nèi)氣井電潛泵最深下深記錄。

2.1 電潛泵機(jī)組參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)DY1井前期使用閥氣舉期間產(chǎn)液量95 m3/d，設(shè)計(jì)排液量為120 m3/d，機(jī)組下深應(yīng)盡量靠近產(chǎn)層頂部[10]，則選擇泵掛深度為4 400 m。結(jié)合泵的特性曲線，優(yōu)選離心泵為中成機(jī)械制造公司的QYB-102型泵。泵的有效排量為96～144 m3/d，設(shè)計(jì)泵級(jí)數(shù)為587級(jí)，泵效55%，所需總功率為140 kW。電潛泵機(jī)組主要參數(shù)件表1。

表1 DY1井電潛泵機(jī)組參數(shù)

2.2 施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1) 通井。該井造斜點(diǎn)多，井斜較大，最大狗腿度16.1°/100 m，考慮到總長(zhǎng)39.8 m的?138 mm電潛泵機(jī)組通過(guò)?177.8 mm的套管可能會(huì)出現(xiàn)磕碰或遇阻的現(xiàn)象[11]，在通井時(shí)采用?146.4 mm全尺寸通井規(guī)帶?138 mm模擬電機(jī)管柱入井，順利到達(dá)井深4 467 m處，全程無(wú)遇阻現(xiàn)象，確保電潛泵機(jī)組能順利入井。

2) 電纜的固定。電纜作為電泵機(jī)組輸送電能的通道，部分又長(zhǎng)期工作在高溫、高壓和具有腐蝕性流體的環(huán)境中而顯得特別敏感，針對(duì)電纜的保護(hù)措施就顯得十分重要，尤其是在這種斜度較大的深井中時(shí)[12]。因此，電潛泵入井時(shí)采用了多重電纜保護(hù)措施，如圖1所示：①小扁電纜采用專用的小扁電纜保護(hù)器；②機(jī)組連接處用電纜扶正器固定；③造斜段油管接箍處采用鑄鐵卡子保護(hù)器；④電纜跨接處采用雙聯(lián)固定；⑤直井段油管接箍處采用不銹鋼帶固定。經(jīng)過(guò)對(duì)電纜采取的多重防護(hù)手段，再結(jié)合人工操作時(shí)控制速度和有效監(jiān)控，確保了電纜順利入井。

圖1 電纜的固定方式

3) 每下入20根油管監(jiān)測(cè)一次機(jī)組電性參數(shù)和傳感器工況，確保各參數(shù)正常且有效后繼續(xù)施工作業(yè)。

4) 電纜跨接工藝。電纜在深度超過(guò)3 000 m的井中容易出現(xiàn)三相電流不平衡，單相電纜發(fā)熱量大而影響動(dòng)力電纜和機(jī)組的使用壽命，對(duì)3盤電纜對(duì)接處采用跨接工藝能有效避免這種情況的發(fā)生[13]。

5) 防腐措施。須家河組氣藏天然氣中CO2含量較高，同時(shí)地層水氯根和礦化度高，流體腐蝕性較強(qiáng)，為了減少腐蝕對(duì)電潛泵機(jī)組使用壽命的影響，機(jī)組入井時(shí)增加了一套犧牲陽(yáng)極保護(hù)陰極裝置[14]，下放位置位于電機(jī)尾部，有效作用范圍為上下50 m。

3 排水采氣效果分析

DY1井電潛泵已累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)128 d，排出地層水1.45×104m3，累計(jì)產(chǎn)氣10.66×104m3，最終因?yàn)楣苤┦纬啥搪?，不能有效舉升出地層產(chǎn)水而修井并提出管串。

電泵運(yùn)轉(zhuǎn)期間，通過(guò)傳感器實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算井底流壓、產(chǎn)液指數(shù)與產(chǎn)液量之間的關(guān)系如圖2所示，井底流壓隨吸入口壓力的降低而降低，生產(chǎn)壓差不斷增大，日產(chǎn)水量逐漸減少，產(chǎn)液指數(shù)也越來(lái)越小，分析認(rèn)為該井長(zhǎng)期處于水淹狀態(tài)，通過(guò)電潛泵持續(xù)大排量的排水，近井地帶的積液不斷被采出，有利于遠(yuǎn)端氣體流向井筒，從而達(dá)到復(fù)產(chǎn)。其中，第1階段以低頻緩慢排水為主，井底流壓由46.09降至26.3 MPa，壓降速度為0.53 MPa/d，產(chǎn)液指數(shù)由29 m3/(MPa·d)降至5.3 m3/(MPa·d)，環(huán)空液面高度由距井口162 m最深下降至2 395 m，日產(chǎn)液93～206 m3。第2階段在90 d關(guān)井后重啟，機(jī)組以高頻運(yùn)轉(zhuǎn)，井底流壓迅速?gòu)?7.09降至18.12 MPa，壓降速度為0.91 MPa/d，產(chǎn)液指數(shù)由23.43 m3/(MPa·d)降至3.9 m3/(MPa·d)，環(huán)空液面深度由距井口325 m降至3 220 m。運(yùn)行初期兩根放噴管均能點(diǎn)燃火炬，焰高約0.8 m，隨著吸入口壓力降至21 MPa左右，套壓開(kāi)始上漲，井筒內(nèi)兩相流導(dǎo)致生產(chǎn)卡片出現(xiàn)帶狀，氣井瞬產(chǎn)達(dá)1×104～1.5×104m3/d。但隨著管柱開(kāi)始漏失并形成短路，吸入口壓力快速上漲，井底流壓升高，環(huán)空液面上升，氣井不再產(chǎn)氣。

圖2 井底流壓、產(chǎn)液指數(shù)與產(chǎn)水量關(guān)系曲線

4 故障分析

通過(guò)修井檢泵，確認(rèn)故障為管柱漏失，漏失位置分別位于管串泄油器和泵出口位置。泄油器屬于整個(gè)管柱最大的薄弱點(diǎn)，在長(zhǎng)期高溫高壓高流速的影響下，油管內(nèi)的水不斷沖擊泄油器閥芯，最終在金屬閥芯外側(cè)形成刺漏，如圖3所示。泵出口與油管連接位置是整個(gè)管柱中壓力最大、振動(dòng)最強(qiáng)的部位。泵出口處采用的316L材質(zhì)與P110油管強(qiáng)度不一致，經(jīng)過(guò)單相液體沖刷時(shí)并無(wú)明顯影響，但隨著氣體不斷產(chǎn)出而產(chǎn)生的沖刷和管柱的振動(dòng)，該位置發(fā)生刺漏并最終掉塊，如圖4所示。兩處刺漏最終導(dǎo)致油管短路，地層水無(wú)法舉升至地面而停機(jī)。測(cè)量電纜電性和機(jī)組部件，發(fā)現(xiàn)仍存在一些問(wèn)題。

1) 電纜絕緣下降快。

電纜長(zhǎng)期在水中浸泡，同時(shí)受環(huán)空中氣體影響，絕緣性能下降較快。由完井時(shí)的428 MΩ降至5 MΩ。機(jī)組運(yùn)行期間環(huán)空液面幾乎保持在2 000 m以下，第1盤電纜受氣體影響較大，在剪斷第1盤電纜時(shí)，電纜中有氣體釋放出。分別對(duì)3盤電纜單獨(dú)測(cè)試，電阻相等，單相絕緣均在2 000 MΩ以上，證明電纜各相正常。

圖3 泄油器刺漏

圖4 泵出口處刺漏

2) 機(jī)組振動(dòng)影響管柱穩(wěn)定。

機(jī)組之間連接均采用螺栓，在泵連接處發(fā)現(xiàn)螺栓損壞且呈對(duì)稱分布，該位置處于管柱中振動(dòng)最強(qiáng)處，機(jī)組強(qiáng)烈的振動(dòng)導(dǎo)致了螺帽對(duì)稱性的脫落和損壞，如圖5所示。

圖5 泵連接處螺栓破損

3) 流體腐蝕性較強(qiáng)。

入井時(shí)安裝在傳感器與導(dǎo)錐之間的長(zhǎng)35 cm、直徑10.188 cm的犧牲陽(yáng)極保護(hù)陰極裝置腐蝕嚴(yán)重，如圖6所示，僅剩小片本體(長(zhǎng)約10 cm，寬2 cm)，絕大部分在高溫高壓環(huán)境中，受氣體中CO2溶于水呈酸性和高氯根影響造成腐蝕，表明該裝置有效延緩了管柱的腐蝕，同時(shí)也再次證明井下流體腐蝕性較強(qiáng)。

圖6 陰極保護(hù)裝置腐蝕

5 結(jié)論

電潛泵排水采氣工藝具有舉升高度大、排液量大等特點(diǎn)。通過(guò)在DY1深層水淹井開(kāi)展電潛泵優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工，機(jī)組順利下至4 400 m并順利運(yùn)轉(zhuǎn)128 d，但受管柱漏失影響導(dǎo)致最終停機(jī)檢泵。通過(guò)該工藝的實(shí)踐，得到以下認(rèn)識(shí)：

1) 深層氣井電潛泵施工應(yīng)加強(qiáng)電纜保護(hù)。針對(duì)不同位置而采用的多種電纜保護(hù)器，應(yīng)用電纜跨接技術(shù)，加密電性參數(shù)監(jiān)測(cè)，能保障機(jī)組正常運(yùn)行。

2) DY1井電潛泵初期排量達(dá)到240 m3/d，后期排液量達(dá)到110 m3/d，能迅速降低水淹氣井井底流壓，井筒掏空速度快，排液能力強(qiáng)，滿足深層水淹氣井強(qiáng)排水需求。

3) 機(jī)組振動(dòng)和地層腐蝕性流體沖刷等因素造成管柱漏失，致使電潛泵在深井中運(yùn)行壽命較短，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)機(jī)組扶正措施，并綜合抗拉和防腐要求選擇機(jī)組材質(zhì)。

4) DY1井電纜總長(zhǎng)超過(guò)4 000 m，井內(nèi)壓力和溫度較高，電纜受氣體壓力變化影響而發(fā)生進(jìn)氣，電纜絕緣下降較快，也將導(dǎo)致機(jī)組使用壽命縮短。

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Optimization Analysis for ESP Drainage Technology in Deep Water-flooded Gas Well

DU Yang1a，SONG Shiguang2，ZHOU Xingfu1b，ZHAO Zhejun1a，XU Xiaofeng1b，NI Jie1a

(1.a.PetroleumEngineeringTechnologyInstitute；b.ChuanxiGasProductionPlant，SINOPECSouthwestBranch，Deyang618000，China；2.ZhongchengMachineryManufacturingCompany，BohaiPetroleumEquipment(Tianjin)，Tianjin300280，China)

The Xujiahe formation gas well is prone to be flooded production suspension after produce water，the characteristics of high temperature，high pressure and ultra-deep of the gas reservoir restrict the application of common drainage gas recovery technology.Through the introduction of electric submersible pump drainage gas recovery technology in the DY1 well，the design and workover process optimization of the highly deviated well gas well was developed，the drainage effect was evaluated and also the fault cause was analyzed.Finally，it could be concluded that the ESP drainage technology is fit the demand of the continuous high strength liquid discharge，but influenced by the factors such as unit vibration and corrosion，the ESP technology has greater risk in the application of the deep and high water production gas well.

ESP；watered gas well；dewatering gas technology；optimization design

1001-3482(2017)01-0041-04

國(guó)家青年科學(xué)基金項(xiàng)目“鮞?；?guī)r滲透率非線性有效應(yīng)力研究”(41404083)

杜 洋(1984-)，男，助理研究員，碩士，2012年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，主要從事天然氣開(kāi)發(fā)與排水采氣技術(shù)研究，E-mail：duyang1004@126.com。

TE935

A

10.3969/j.issn.1001-3482.2017.01.010

稿日期：2016-07-05