淺談電泵分離器選用圖版的研究及應(yīng)用

趙祖德 李永強(qiáng) 高國(guó)棟

摘 要 電泵分離器的使用目的是保證在一定的沉沒(méi)度壓力下，避免電泵發(fā)生氣鎖。在什么情況下使用分離器是我廠面臨的問(wèn)題。為了避免氣鎖，一方面：一些不必要使用分離器的井也使用了分離器，增加了分離器失效落井的隱患；另一方面：大部分電泵井泵掛過(guò)深，導(dǎo)致沉沒(méi)度明顯偏大，造成大量不必要的油管和電纜的投資。

關(guān)鍵詞 潛油電泵井；潛油電泵井分離器；潛油電泵井管柱優(yōu)化技術(shù)

1 研究?jī)?nèi)容及成果

通過(guò)研究，當(dāng)進(jìn)泵流體的氣液比小于8%時(shí)，泵的性能不會(huì)受到影響；而進(jìn)泵流體的氣液比大于10%時(shí)，電泵特性曲線會(huì)加速惡化[1]。目前我廠使用的旋轉(zhuǎn)式分離器生產(chǎn)時(shí)對(duì)氣液比的適應(yīng)范圍可達(dá)到30%[2]。因此本課題以氣液比30%和8%作為上下限，來(lái)研究分離器的使用條件。

進(jìn)液口處的氣液比大小主要受沉沒(méi)度壓力，生產(chǎn)氣油比，含水率，溫度，原油、天然氣物性等因素影響。想要準(zhǔn)確判斷一口電泵井是否采用分離器生產(chǎn)，需要考慮以上所有因素。

1.1 原油、天然氣物性對(duì)氣液比的影響研究

（1）對(duì)溶解氣油比的影響。在其他條件不變的情況下，原油和天然氣的物性決定了原油的溶解天然氣量。根據(jù)相似相溶原理可知，原油的相對(duì)密度越小、天然氣的相對(duì)密度越大，原油能溶解的天然氣越多，氣液比就越小，反之則越大。課題組統(tǒng)計(jì)了我廠380余口電泵井的原油相對(duì)密度，發(fā)現(xiàn)主要集中在0.91～0.95之間，原油平均相對(duì)密度為0.9312。

（2）對(duì)天然氣壓縮因子的影響。理想氣體狀態(tài)方程表明，理想氣體體積只和壓力、溫度有關(guān)，而在研究天然氣時(shí)還需要考慮壓縮因子的影響，壓縮因子不僅與溫度、壓力有關(guān)，還受天然氣的組分影響。課題組統(tǒng)計(jì)了181口電泵產(chǎn)氣的數(shù)據(jù)，得出了其平均相對(duì)密度為0.6569，平均組分百分比為甲烷87.45%，乙烷2.58%，丙烷2.49%，異丁烷0.41%、正丁烷0.92%、異戊烷0.34%、正戊烷0.26%、氮3.49%、二氧化碳2.03%。

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，我廠電泵井的原油、天然氣物性差異性很小，因此在以后的研究中我們將取其平均值來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。

1.2 溫度對(duì)氣液比的影響研究

溫度對(duì)原油、天然氣體積均有影響，溫度越高，因?yàn)闊崤蛎浧潴w積越大。溶解氣油比也受溫度的影響，溫度越高原油的溶解氣量越低。課題組統(tǒng)計(jì)了190余口電泵井的原始地層溫度，發(fā)現(xiàn)我廠電泵井的地溫梯度在2.3～3.3攝氏度之間。在我廠電泵井平均泵掛1500m的情況下，可估算出泵掛處溫度最高為70℃。在以后的研究中，此溫度當(dāng)作定值來(lái)計(jì)算。

1.3 沉沒(méi)度壓力對(duì)氣液比的影響研究

（1）對(duì)天然氣體積系數(shù)的影響。在研究天然氣體積系數(shù)時(shí)，通常會(huì)采用壓縮因子狀態(tài)方程。先根據(jù)天然氣的組分、泵掛處溫度，通過(guò)S-K圖版法[3]，得出不同沉沒(méi)度壓力下的天然氣壓縮因子，再計(jì)算出天然氣體積系數(shù)。

（2）對(duì)原油體積及溶解氣量的影響。原油能溶解的氣量除了與原油、天然氣物性及溫度有關(guān)外，還和壓力有關(guān)系。另外，在等溫條件下原油的體積系數(shù)又受溶解氣量和壓縮性影響。

在石油行業(yè)大概有幾種通用的方法來(lái)估算原油溶解氣量和體積系數(shù)，課題組找出了3種方法[3]：

Vazquez公式；Standing公式；Laster公式

對(duì)于不同的油田，最準(zhǔn)確的方法是現(xiàn)場(chǎng)取樣，根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)反推出適合自身油田狀況的公式。查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，勝利采油院曾在油田范圍內(nèi)分層位、分區(qū)塊開(kāi)展過(guò)此類工作。由于我廠缺乏實(shí)驗(yàn)條件，所以以文獻(xiàn)中的一組公式（砂一層）為基礎(chǔ)[4]，與通用的三種方法進(jìn)行比對(duì)，選出最適合我廠情況的計(jì)算方法。

通過(guò)對(duì)比得出：Vazquez公式與采油院公式的計(jì)算結(jié)果偏差最小，最適合我廠溶解氣油比和原油體積系數(shù)的計(jì)算[4]。

1.4 含水率對(duì)氣液比的影響研究

含水率決定了單位體積井液中原油和水的占比，井口原油產(chǎn)量決定了在泵掛處的溶解的氣量和原油體積的占比，而水近似地看成不可壓縮液體。所以在相同的生產(chǎn)氣油比情況下，井液含水率越高泵掛處的氣液比就越小。

1.5 生產(chǎn)氣油比對(duì)氣液比的影響研究

一口油井的產(chǎn)氣量也會(huì)影響進(jìn)泵游離氣的多少。因?yàn)樵偷娜芙饽芰τ猩舷?，在相同的條件下，井口產(chǎn)氣量越高進(jìn)入泵內(nèi)的游離氣就越多。

1.6 分離器選用圖版的繪制

通過(guò)以上分別對(duì)五種因素和氣液比的關(guān)系研究，可以根據(jù)某一口電泵井的生產(chǎn)氣油比、含水率、沉沒(méi)度來(lái)判斷其是否需要用分離器生產(chǎn)，由于計(jì)算公式復(fù)雜，所以可以給定不同的沉沒(méi)度壓力、含水率、生產(chǎn)氣油比通過(guò)以下公式的計(jì)算結(jié)果來(lái)繪制出分離器選用圖版，圖版的優(yōu)點(diǎn)是使用方便直觀，避免了煩瑣的計(jì)算。

課題組分別在3、4、5、6兆帕四種沉沒(méi)度壓力下，給定不同的含水率，計(jì)算對(duì)應(yīng)的極限生產(chǎn)氣油比，并根據(jù)結(jié)果繪制了分離器選用曲線（進(jìn)泵氣液比8%曲線），見(jiàn)圖1。

如圖中所示，圖版的橫坐標(biāo)為含水率、縱坐標(biāo)為生產(chǎn)氣油比。任取一口電泵井的含水率和生產(chǎn)氣油比，在圖中找出對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，假如該井的沉沒(méi)度在400m左右，就看該點(diǎn)和4MPa壓力時(shí)8%曲線的關(guān)系，如果點(diǎn)落在曲線的右下方就選擇吸入口生產(chǎn)，如果落在左上方就選擇分離器生產(chǎn)；同樣，判斷這口井的合理沉沒(méi)度，就根據(jù)該點(diǎn)左上方距離最近的一條曲線對(duì)應(yīng)的壓力換算為沉沒(méi)度。

2 研究成果的應(yīng)用情況

2.1 取消分離器情況

通過(guò)對(duì)分離器選用圖版的應(yīng)用，選取22口生產(chǎn)井采取取消分離器生產(chǎn)，液、油、含水等基本生產(chǎn)數(shù)據(jù)與作業(yè)前差別不大。綜合氣油比從取消分離器前的69上升到84，這是因?yàn)榉蛛x器生產(chǎn)時(shí)會(huì)有一部分氣體被分離到油套環(huán)空中，改為吸入口生產(chǎn)時(shí)這部分氣體就進(jìn)入了泵筒。

課題組針對(duì)這22口井，按照沉沒(méi)度分類：分為300m以下、300～400m、400～500m、500m以上，分別在3、4、5、6兆帕的圖版上取點(diǎn)，未發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)，均與理論相符合

（1）沉沒(méi)度300m以內(nèi)取消分離器井生產(chǎn)情況見(jiàn)表1，其在圖版上的點(diǎn)，見(jiàn)圖2。

（2）沉沒(méi)度400-500m取消分離器井生產(chǎn)情況變化，詳見(jiàn)圖3。

（3）沉沒(méi)度500m以上取消分離器井生產(chǎn)情況變化，詳見(jiàn)圖4。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）通過(guò)22口電泵井的實(shí)際驗(yàn)證，分離器選用圖版符合我廠電泵井的狀況。

（2）分離器取消后，生產(chǎn)氣油比會(huì)增加，均值為取消前的1.2倍。

（3）必須準(zhǔn)確錄取作業(yè)前液量、氣量、含水率、沉沒(méi)度等各項(xiàng)資料，使用該圖版才有意義。

（4）圖版顯示：當(dāng)含水在92%以下時(shí)，生產(chǎn)氣油比是影響進(jìn)泵氣液比的主要因素；當(dāng)含水大于96%時(shí)，含水率是影響進(jìn)泵氣液比的主要因素。

參考文獻(xiàn)

[1] 關(guān)成堯，趙國(guó)春，張翼翼，等.套管放氣井環(huán)空流動(dòng)與電泵井合理沉沒(méi)度計(jì)算方法[J].石油學(xué)報(bào)，2010，31（1）：152-156.

[2] 孫浩玉.離心旋流式高效油氣分離器的研制及仿真研究[D].北京：中國(guó)石油大學(xué)（華東），2006.

[3] 秦積舜，李愛(ài)芬.油層物理學(xué)[M].北京：石油大學(xué)出版社，2003：37-47，67-80.

[4] 于偉杰，顧輝亮.開(kāi)發(fā)中后期試井解釋中的PVT及相關(guān)參數(shù)確定方法[J].油氣地質(zhì)與采收率，2004，11（2）：43-44.