正確評價排砂采油射流泵井百米噸液耗電及系統(tǒng)效率

冷仁春，劉振浩，冷　冰

1.中國石油長城鉆探公司地質(zhì)研究院 （遼寧 盤錦 124010）

2.中國石化勝利油田隆迪石油技術(shù)（裝備）有限責(zé)任公司 （山東 濱州 256600）

3.中國石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院 （遼寧 盤錦 124010）

射流泵是含砂較高油井的最有效舉升方法[1-3]。傳統(tǒng)意義上認(rèn)為，射流泵井百米噸液耗電較高、系統(tǒng)效率較低，因此，其應(yīng)用受到了限制。多數(shù)應(yīng)用表明，通過射流泵排砂后，不僅產(chǎn)量增加，而且往往動液面也會升高。其原因就是排砂后油井表皮系數(shù)可以變成一個絕對值較大的負(fù)值，從而導(dǎo)致油藏驅(qū)油能耗降低。傳統(tǒng)評價油井百米噸液耗電和系統(tǒng)效率的方法因沒有考慮排砂所引起的油藏能耗降低，不能正確反映排砂采油射流泵井的百米噸液耗電和系統(tǒng)效率。將考慮油藏驅(qū)油能耗降低因素在內(nèi)的百米噸液耗電及系統(tǒng)效率分別稱作折算百米噸液耗電及折算系統(tǒng)效率。射流泵舉升一般可分為單管舉升和雙管舉升，同心雙管舉升應(yīng)用效果比較好。

1　排砂采油射流泵井折算百米噸液耗電

同心雙管射流泵[4]的完井管柱如圖1所示。

圖1　同心雙管射流泵完井管柱示意圖

地面電機(jī)的輸入動力源為三相交流電，則百米噸液耗電為[5]：

式中：X為百米噸液耗電，kW·h/（100m·t）；U為供給地面電機(jī)的三相交流電源線電壓，V；I為供給地面電機(jī)的電流強(qiáng)度，A；cosΦ為功率因素，無因次；L1為動液面深度，m；q為油井產(chǎn)液量，m3/d；γ為井液平均重度，t/m3。

對于排砂采油，砂子的排出不僅可使表皮系數(shù)減小、動液面增高，產(chǎn)量增大。即排砂采油油藏能量利用效率因兩個因素而增加:①生產(chǎn)壓差的減??；②產(chǎn)量的升高。從而百米噸液油藏耗能降低值為:

式中：ΔX為排砂采油比不排砂采油百米噸液油藏耗能降低值，kW·h/（100m·t）；q1、q2分別為同一口井不排砂與排砂采油的產(chǎn)量，m3/d；ΔL為同一口井當(dāng)不排砂與排砂采油產(chǎn)量分別為q1、q2時，后者比前者動液面升高值，m。

考慮到油藏能耗降低因素后的百米噸液耗電稱為折算百米噸液耗電。由式（1）和式（2），有:

式中：Xa為考慮油藏能耗降低因素時排砂采油射流泵的折算百米噸液耗電，kW·h/（100m·t）。

式（3）即為考慮油藏因素的折算百米噸液耗電?？梢?，排砂后，若考慮油藏能耗降低因素，則排砂采油射流泵百米噸液耗電會比傳統(tǒng)意義上的百米噸液耗電小一個可觀的數(shù)值（表1）。

由表1可見，在沒有考慮射流泵排砂而使得油藏驅(qū)油能耗降低時，射流泵百米噸液耗電略高于有桿抽油泵百米噸液耗電。

2　排砂采油射流泵井折算系統(tǒng)效率

2.1　油井系統(tǒng)效率

油井系統(tǒng)效率可以寫成[6]：

式中：η為不排砂井系統(tǒng)效率，%。

射流泵井能量消耗由地面電機(jī)、地面泵、地面管線、動力液油管、井下射流泵、動力液油管與外層油管環(huán)空混合物和地面回壓的能耗所組成：系統(tǒng)效率=地面電機(jī)效率×地面泵效×地面管線效率×動力液油管效率×井下射流泵效率×動力液油管與外層油管環(huán)空混合物流動效率×地面回壓造成的效率。

表1　百米噸液耗電統(tǒng)計(jì)表

2.2　排砂采油射流泵折算系統(tǒng)效率

常規(guī)意義上油井系統(tǒng)效率是不考慮采油過程中油藏能耗的變化，其與排砂采油的采液指數(shù)分別為：

式中：J1、J2分別為不排砂采油和排砂采油的采液指數(shù)，m3/(d·MPa)；ps為地層靜壓，Pa；pwf1、pwf2分別為不排砂采油和排砂采油的井底流壓，MPa。

排砂后，J2＞J1，即說明排砂后油藏驅(qū)動效率增高，其值為:

式中：Δη為排砂采油比不排砂采油油藏能量效率的增加值，%。

由式（8）可以看出，pwf2越大（即動液面升高的越大）及q2越大，油藏效率的增加越大?？梢哉f油藏效率的增加相當(dāng)于給油藏額外注水保持油藏能量了。

考慮排砂采油油藏效率增加的油井系統(tǒng)效率稱為折算系統(tǒng)效率，即為式（4）和式（8）右邊的和：

式中：ηα為考慮油藏因素在內(nèi)的排砂采油射流泵井的折算系統(tǒng)效率，%。

由達(dá)西方程[7]，有:

式中：q1、q2分別為不排砂與排砂采油時油井產(chǎn)液量，m3/d；ps、pwf1、pwf2分別為油層靜壓、不排砂采油井底流壓及排砂采油井底流壓，MPa；π為圓周率，無因次；k為油層滲透率，μm2；h為油層有效厚度，m；Re、rw為油井控制的油藏半徑和井半徑，m；μ為井液黏度，mPa·s；S1、S2分別為不排砂與排砂采油時表皮系數(shù)，無因次；α為單位換算系數(shù)，86.4。

式（10）與（11）相除后，有：

由式（13）可以看出，排砂后系統(tǒng)效率由兩部分組成：一個是傳統(tǒng)意義上的系統(tǒng)效率；另一個是油藏能耗降低而引起的油井系統(tǒng)效率的提高。而后者全取決于排砂后油井表皮系數(shù)的降低大小。實(shí)際上，排砂后，S2≤S1。一般地，S2＜0 。S1和S2可以通過壓力恢復(fù)試井或生產(chǎn)測井而獲得。

將式（1）代入式（13），有：

式（14）說明了排砂采油系統(tǒng)效率與百米噸液耗電之間具有減函數(shù)關(guān)系。

對式（14），若Xa=7.97 kW·h/(100 m·t)、Re=60 m、rw=0.106 m，則折算系統(tǒng)效率與排砂前后表皮系數(shù)的關(guān)系可以做出曲線，如圖2所示。

圖2　折算系統(tǒng)效率與排砂前后表皮系數(shù)的關(guān)系曲線

（X2=7.97 kW·h/(100 m·t)、Re=60 m、rw=0.106 m）

由圖2可以看出：①排砂前油井表皮系數(shù)S2越大，折算系統(tǒng)效率ηα越大；②排砂后油井表皮系數(shù)絕對值越大，折算系統(tǒng)效率ηα越大；③∣S2∣較大時，表皮系數(shù)對ηα敏感性較大。所以，對于排砂采油，排砂前污染越嚴(yán)重，排砂后表皮系數(shù)絕對值越大，折算系統(tǒng)效率越高。

3　計(jì)算實(shí)例

中國石化勝利油田分公司和中國石油大港油田分公司應(yīng)用同心雙管射流泵排砂采油276口井（截至2015年底），經(jīng)統(tǒng)計(jì)，折算百米噸液耗電一般不高于不排砂有桿泵的百米噸液耗電，折算系統(tǒng)效率不低于不排砂有桿泵的系統(tǒng)效率。其中鄭408-8井先后下有桿泵和射流泵生產(chǎn)。為了評價不排砂采油的百米噸液耗電及系統(tǒng)效率，測取了該井的產(chǎn)量、動液面及表皮系數(shù)等數(shù)據(jù)并計(jì)算了排砂射流泵的百米噸液耗電及系統(tǒng)效率，見表2。

表2　不排砂有桿泵及排砂射流泵的部分生產(chǎn)數(shù)據(jù)和排砂射流泵的百米噸液耗電及系統(tǒng)效率

由表2可見，排砂射流泵的百米噸液耗電及系統(tǒng)效率都是比較理想的值。射流泵在出砂等特殊井層的有效應(yīng)用，加上其較低的折算百米噸液耗電及較高的折算系統(tǒng)效率，應(yīng)該在適應(yīng)井層得到廣泛應(yīng)用。

4　結(jié)論

1）只有用折算百米噸液耗電和折算系統(tǒng)效率才能正確評價排砂采油射流泵井的百米噸液耗電和系統(tǒng)效率。

2）射流泵排砂采油因大大降低了表皮系數(shù)而增加了油藏能量利用效率，從而，排砂采油射流泵井折算百米噸液耗電減小了一個可觀的數(shù)值，折算系統(tǒng)效率增加了一個可觀的數(shù)值。

3）對于排砂采油，排砂前污染越嚴(yán)重以及排砂后表皮系數(shù)負(fù)值越大，折算系統(tǒng)效率越高。

參考文獻(xiàn)：

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