淺談罐裝系統(tǒng)電潛泵在高油氣比惠州25-4油田N層的應(yīng)用

代 文，唐文峰，黃映仕

目前，主要存在的人工舉升方式有梁式抽油機，電潛泵以及氣舉等。電潛泵作為海上石油平臺人工舉升方式首選有著占地面積小，維護簡單，可調(diào)產(chǎn)量范圍寬等獨特優(yōu)勢。海上油田由于環(huán)境限制其開采成本相比較陸地油田普遍要高。所以潛油電泵機組的檢泵修井周期，尤其在油價波動時期，是油井生產(chǎn)中一項重要的技術(shù)經(jīng)濟指標。一次檢泵修井的費用包括了材料的運輸，井下設(shè)備的采購，井隊以及相關(guān)作業(yè)人員的日費支出。在當前低油價時期，通過充分了解油藏信息，選擇合適的生產(chǎn)管串對于延長修井檢泵周期，減少作業(yè)者的修井支出就顯的格外重要[1]。

中海油惠州25-4油田（以下簡稱惠州25-4油田）位于中國南海珠江口盆地16和19區(qū)塊，距蛇口東南約190 km,惠州19-2油田相距6 km，水深102 m。2005年12月鉆HZ25-4-1井發(fā)現(xiàn)惠州25-4油田。由于地質(zhì)儲量較小,因此利用惠州19-2平臺應(yīng)用大位移鉆井技術(shù)進行開發(fā)。2006年11月ODP獲得批準。2007年11月油田投產(chǎn)。2009年12月HZ25-4-3井確認文昌組砂巖油氣藏，新增石油地質(zhì)儲量605×104m3?；葜?5-4油田N層系油藏是在基底隆起上發(fā)育起來的披覆背斜構(gòu)造，主體構(gòu)造形態(tài)比較簡單，屬于單一構(gòu)造單元，但是由于小斷層的存在，使油氣的運移及成藏變得復(fù)雜。N層系油層發(fā)育在下第三系始新統(tǒng)恩平組上部至文昌組下部，埋深3 630～3 830 m，孔隙砂巖的孔隙度在9%以上，屬于中低孔隙度、中低滲透率儲集層[2]。

1　電潛泵泵送原理及其完井方式

電潛泵為多級離心泵。泵送流體時高速旋轉(zhuǎn)的葉輪會給與葉輪上液體一定的離心力。受到離心力的作用，井液會跟隨葉輪一并旋轉(zhuǎn)運動獲得動能。當井液離開葉輪進入導(dǎo)輪時運動速度降低動能轉(zhuǎn)換為靜壓能得到了一定的壓頭[3]。通過對于井底流動情況的了解以及地面的需要得到所需要的壓頭，并得到所需要的級數(shù)。

對于裸泵生產(chǎn)方式則是由生產(chǎn)管柱下方直接懸掛電潛泵機組，下入到對應(yīng)深度后實現(xiàn)降低井底流動壓力從而達到生產(chǎn)的目的。在渤海以及南海的油田中這是最為普遍以及經(jīng)濟的一種完井方式。但是對于有多個層位的生產(chǎn)井只能合并開采，不能達到分層開采的目的。井底壓差可以根據(jù)油嘴開關(guān)的大小以及頻率的變化實現(xiàn)調(diào)整。但是在下入過程中機組本體以及動力小扁電纜直接暴露在套管中，容易受到傷害，對于套管內(nèi)壁不是很光滑的井段容易受到機械傷害導(dǎo)致絕緣丟。Y形管柱則是通過對油管下方連接Y接頭，電泵機組懸掛于油管旁，旁通管則直接接在油管同側(cè)。在多層生產(chǎn)井中，下部完井配合下入層位封隔器，頂部分隔器。下入生產(chǎn)管柱時，旁通管一側(cè)配有定位密封以及可開關(guān)滑套連同電泵一起下入井中。打開以及閉合相對應(yīng)層位的滑套從而實現(xiàn)對于多層位油井的選擇性層位開采。同時也可以直接通過旁通管進行取樣，測井，循環(huán)等作業(yè)。但是由于旁通管的存在，機組以及旁通管的共同外徑較大，容易導(dǎo)致在下入過程中的遇阻。對于罐裝電潛泵系統(tǒng)來說，下部完井時需要下入頂部封隔器，同時將電泵機組安裝在一個封閉的罐裝系統(tǒng)內(nèi)中，灌裝系統(tǒng)下部帶有插入密封。下入生產(chǎn)管柱時油管下部連接密封的罐裝系統(tǒng)，將插入密封插入頂部分隔器中，地層流體通過插入密封進入機組與罐裝的換空中。實現(xiàn)了將油套環(huán)空與井液隔絕的目的，可以防止電纜受到井液的腐蝕，同時又能夠保護套管。將機組下入罐裝中，由于罐裝為整體的連續(xù)的管串，在井壁中下入不僅保護機組同時降低遇阻風險，同時直接將電泵機組下入罐裝系統(tǒng)中，提高液體流速，加快機組散熱，從而延長機組運行壽命[4]。

2　HZ25-4-3 ERW井裸泵完井方案

HZ25-4-3為大位移開發(fā)井，鉆遇N層系厚度較為客觀的油層，開發(fā)生產(chǎn)動態(tài)情況較好。3井于2010年11月完鉆。同年12月首次完井，下入裸泵一套，下深為4 948 m。采用貝克休斯人工舉升設(shè)計軟件AutoGraphPC[1]模擬井下參數(shù)，井眼軌跡以及油藏參數(shù)見表1。

HZ25-4-3ERW定向井，采用244.48 mm 47#N80套管完井，177.8 mm割縫尾管掛深5 016.2 m，下深7 080 m。射孔層位3層，分別為6 990～7 012 m、7 014～7 042 m、7 045～7 064 m。未采用預(yù)充填篩管，或者環(huán)空打砂等下部完井完井方式。擬定生產(chǎn)電泵下到244.48 mm套管內(nèi)，泵掛斜深為4 948.32 m，上部采用電潛泵過電纜封隔器，坐封斜深為1 293 m。油藏和生產(chǎn)參數(shù)見表2。

通過對于井下狀態(tài)模擬，AutoGraphPC軟件選擇機組，下入裸泵一套。泵掛處的套管尺寸為244.48 mm，下入ESP尺寸為500系列。下入過程順利，未發(fā)生遇阻情況，下入過程測試系統(tǒng)絕緣良好，下至泵掛設(shè)計位置測量絕緣值為81 MΩ，三相直阻為9.0Ω。地面變壓器改變檔位至2 580 V。

3　HZ25-4-3 ERW首次完井運行狀況分析

3-ERW首次完井后于2010年12月16日啟泵生產(chǎn)，初期生產(chǎn)狀況良好。日產(chǎn)液201.1 m3，含水率為2%。日產(chǎn)氣6 570 m3，氣油比33.4。正常生產(chǎn)至2011年6月17日，發(fā)現(xiàn)套壓快速升至9.66 MPa（1 400 psi)，保持穩(wěn)定后泄壓失敗。于2011年6月18日停井，原因為海底管道泄漏。油管注柴油發(fā)現(xiàn)套壓升高，初步懷疑油管泄露，后期確定漏點，關(guān)閉安全閥觀察油管壓力變化。發(fā)現(xiàn)油壓從9.66 MPa下降至1.38 MPa(200 psi)，同時套管壓力無變化，判定油管漏點在安全閥以下。決定起出管柱，修井作業(yè)。

表1　井眼軌跡數(shù)據(jù)（截取部分）

表2　油藏及生產(chǎn)參數(shù)

4　修井方案制定

2011年7月17日開始起井作業(yè)，起出過程發(fā)現(xiàn)油管無漏點，且機組以及電纜絕緣正常，并未發(fā)現(xiàn)異常。保護器以及電機盤軸順滑，無阻力。在上部保護器的上膠囊腔的內(nèi)腔發(fā)現(xiàn)井液，同時泵盤軸較為困難，但是不影響正常運轉(zhuǎn)。管串起出后發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)封隔器密封膠皮損壞嚴重，再加上壓井作業(yè)的試驗數(shù)據(jù)表明，該井因封隔器失效，造成套管環(huán)空壓力升高。經(jīng)過分析討論，判定封隔器失效可能與機組距離較遠，電潛泵運行產(chǎn)生振動及封隔器底部管串的自身重量有關(guān)。因此決定采用底部增加貝克休斯DB-1型封隔器+鎖緊式插入密封組合，中部電潛泵+罐裝系統(tǒng)組合，上部過電纜封隔器+滑套+井下安全閥組合設(shè)計，該完井系統(tǒng)設(shè)計組合使井液與油套環(huán)空完全隔離，不僅延長電潛泵系統(tǒng)的運行壽命，更大大避免和緩解氣體及井液對套管的氣蝕和腐蝕的速率，從而降低油井后期修井成本。

4.1　底部DB-1型封隔器+鎖緊式插入密封組合特點及優(yōu)勢

DB-1型封隔器+鎖緊式插入密封組合功能與RC油藏控制閥功能類似，成本較低；隔離產(chǎn)層井液與上部套管接觸，避免氣體和井液對244.48 mm N80套管的氣蝕或者腐蝕。

4.2　中部電潛泵+罐裝系統(tǒng)組合特點及優(yōu)勢

電潛泵與首次裸泵完井時同種類型機組。泵和保護器使用新的，電機起出測試合格后重新入井，這樣節(jié)省設(shè)備成本；罐裝系統(tǒng)使用193.68 mm偏心電泵罐裝系統(tǒng)。罐裝系統(tǒng)特點:

1）罐裝懸掛器。用以密封整個罐裝系統(tǒng)并承受整個下部罐裝系統(tǒng)的重量，懸掛器與套管間的O圈用以密封罐裝系統(tǒng)內(nèi)部。此外，懸掛器提供電纜穿越通道，使電纜可以從懸掛器中穿過。

2）下部變徑。是整個罐裝系統(tǒng)的最下部組成部分，用以將178 mm BTC扣變?yōu)?14 mm EUE扣型，從而連接下部油管或工具串，如鎖緊式插入密封。

3）配長短節(jié)及可調(diào)短節(jié)。用以保證電潛泵機組下部與罐裝系統(tǒng)底部有足夠的空間，同時保證有效的小扁電纜松緊度，并在電潛泵吸入口上方留有足夠的空間用以暫時儲存游離氣體。

4）放氣閥。安裝在罐裝懸掛器外部的單向閥，通過一條9.52 mm管線聯(lián)通至油管，在正常生產(chǎn)過程中，罐裝系統(tǒng)內(nèi)部的氣體聚集在系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)空的上部，油管壓力高于罐裝系統(tǒng)內(nèi)部的環(huán)空壓力，單向閥保持關(guān)閉。停泵狀態(tài)下，油管壓力下降，罐裝系統(tǒng)環(huán)空壓力高于油管壓力，單向閥打開，氣體由罐裝系統(tǒng)內(nèi)部流向油管，從而在下次起泵生產(chǎn)的時候從油管排出，形成罐裝系統(tǒng)內(nèi)部的氣體排放。

罐裝系統(tǒng)優(yōu)點:

1）增加套管使用壽命。對比常規(guī)完井方式，罐裝系統(tǒng)有效地隔絕了生產(chǎn)管柱與套管，尤其在含CO2及H2S的生產(chǎn)井中，配套使用Cr13材質(zhì)及高氣密扣型的罐裝系統(tǒng)及油管，可以將腐蝕物質(zhì)完全隔絕在油管及灌裝系統(tǒng)中，保證套管不會受到酸蝕，極大地增加了套管的使用壽命，在減少套管成本的同時減少修井次數(shù)。

2）保護電潛泵機組及小扁電纜。由于大斜度井的井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，狗腿度大，在下入電潛泵機組的過程中電潛泵及電纜很容易與井壁產(chǎn)生磕碰從而造成損壞。在增加了罐裝系統(tǒng)后，將電潛泵機組及電纜保護在罐裝系統(tǒng)內(nèi)部，因此在下入過程中在可以保證一定下入速度的同時，也可以保證電潛泵機組和小扁電纜的安全。

3）配合底部DB-1型封隔器+鎖緊式插入密封使用。當管串鎖緊式插入密封進入DB-1型封隔器后，形成密封與罐裝系統(tǒng)配合隔離生產(chǎn)套管與油藏流體，上部與過電纜封隔器配合，在環(huán)空形成一個密閉空間，在完井的過程中可以在環(huán)空中的隔離液中加入化學藥劑如緩蝕劑、殺菌劑及除氧劑減緩以對生產(chǎn)套管的腐蝕。另外，鎖緊式插入密封插入鎖緊時需要較大的壓力，罐裝系統(tǒng)的套管具有較大的垂直抗擠壓強度從而可以將插入時的壓力均勻地分散在套管管壁上防止對電潛泵機組及油管的損害。

4）增加電潛泵電機降溫效率。電潛泵電機溫度是決定電潛泵系統(tǒng)壽命的重要指標，較高的電機溫度會造成電機的過早損壞。在日常生產(chǎn)過程中，電機的溫度主要由流經(jīng)電機的井液帶走從而實現(xiàn)電機的降溫。而在井液流動性較差或井底溫度較高的井中，井液為電機降溫的能力將大大下降。使用罐裝系統(tǒng)時，電機與罐裝系統(tǒng)套管間的環(huán)空空間較小，從而增加了流經(jīng)電機周圍井液的流速，進而大幅度提升了電機的降溫效果。而該井正是含氣且產(chǎn)量較低，電機溫升較高，采用該罐裝系統(tǒng)可大大增加電機的降溫效率。

5）使用穩(wěn)定性及可靠性高。中國市場貝克休斯公司自2004年就開始在渤海區(qū)域設(shè)計安裝罐裝電泵系統(tǒng)，有著豐富的設(shè)計和安裝經(jīng)驗。罐裝電泵系統(tǒng)應(yīng)用區(qū)塊不限于曹妃甸作業(yè)公司、ROC石油公司、中海油湛江分公司等多達200多口井次，平均運行壽命都超過1 200 d。系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性有著極高的保證。

4.3　上部過電纜封隔器+滑套+井下安全閥組合特點及優(yōu)勢

底部封隔器+鎖緊式插入密封及中部罐裝電泵系統(tǒng)組合完井方式，可以不使用上部的過電纜封隔器，但在討論該井修井方案時，考慮到電潛泵在實際運轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生振動，為防止底部插入密封因振動影響串氣到上部環(huán)空，增加整體套壓升高，縮短修井周期，增加生產(chǎn)修井成本。因此，上部增加過電纜封隔器，即使下部插入密封失效，上部封隔器同時起到隔離產(chǎn)層與上部生產(chǎn)套管的作用，從而延長整個電泵系統(tǒng)的運行壽命，達到降本增效的目的?；?井下安全閥屬于常規(guī)完井管串工具組合，保證生產(chǎn)的正常管理運行。同時也考慮到地層壓力足夠，在保證合理的泵沉沒度基礎(chǔ)上將泵掛深度上提至3 991 m。此調(diào)整在維持了足夠的生產(chǎn)壓差的同時也避免了地層砂的侵入以及自由氣的影響，更節(jié)約1 000 m的油管成本。下入過程順利，下至預(yù)定泵掛深度時，機組絕緣為125 MΩ，三相直阻為7.8Ω。修井后于2011年7月31號起泵，穩(wěn)定運行在51 Hz，流量為148.8 m3/d。運行良好至今，目前產(chǎn)液117.49 m3/d，含水4%，產(chǎn)氣9 119 m3/d，生產(chǎn)氣油比為82.8。

5　結(jié)論

油層的掌握對于上部完井過程中至關(guān)重要，溶解氣含量，地層的結(jié)膠狀況以及井液的腐蝕性能決定了在下入生產(chǎn)管柱時的設(shè)備選型。另外，當下部完井方式無防砂措施，既沒有下入預(yù)充填篩也沒有選礫石充填的井，保證下入的機組能夠維持單次下入生產(chǎn)管柱最大的經(jīng)濟效益回收最為重要。針對上述幾種情況，貝克休斯人工舉升產(chǎn)品線有相對應(yīng)產(chǎn)品解決井下復(fù)雜情況[5]。罐裝系統(tǒng)在HZ25-4-3 ERW井中，保證了電潛泵機組及電纜下入過程中受到井壁的摩擦，避免了機械損傷，防止機組在下入過程中的磨損降低因為井壁不光滑而導(dǎo)致的機組絕緣丟失的情況，大大增加了整個電潛泵的運行壽命。為后來的HZ25-4-9井大位移井完井管串設(shè)計奠定了可靠的基礎(chǔ)。另外，根據(jù)油田油井特點,罐裝電潛泵系統(tǒng)可以進一步拓展技術(shù)應(yīng)用,比如:把化學藥劑管線引入罐內(nèi),與泵吸入口連接,注入防蠟劑或防垢劑,經(jīng)泵吸入口與井液充分混合,再舉升到地面,避免結(jié)垢、結(jié)蠟,可提高電潛泵機組的運行壽命。也可以根據(jù)油田需要，設(shè)計罐裝電潛泵系統(tǒng)為雙罐裝電潛泵系統(tǒng)及單罐裝雙電潛泵系統(tǒng)等。

參考文獻：

[1]邱宗杰.海上采油工藝新技術(shù)與實踐[M].北京:石油工業(yè)出版社,2009.

[2]萬仁浦.采油工程手冊[M].北京:石油工業(yè)出版社,2003.

[3]張 鈞.海上采油工程手冊[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001.

[4]中國海洋石油總公司.采油電泵采油系統(tǒng)功率計算:Q/HS 2008—2009[S].北京:石油工業(yè)出版社,2016.

[5]唐文峰,李勇鋒,代 文.等.淺談海上油井出泥出砂條件下電潛泵的選材優(yōu)化[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2017,33(1):9-12.