電泵排液技術研究與應用

姚文忠

河南省濮陽市中原油田井下特種作業處，河南濮陽 457164

目前，我們的排液方式比較多，技術也比較成熟。但是，排液技術受排液工藝的限制，不同的排液工藝又受井況的限制。目前試油井排液方式有自噴、抽汲、氣舉、電泵等方式。抽汲和電泵排液多用于油井達不到自噴條件，需外力助排的井。

對于深井，常用電泵排液技術。試油井電泵排液工藝技術經現場實踐，目前能夠滿足中原油田井深、高溫、氣液比波動大、產量變化范圍大的要求，是一種即經濟安全又環保的試油井排液工藝技術。不但克服了抽汲排液時井深、溫度高、氣液比高的困難，而且解決了油流通過井內管柱向上流動過程中的漏失，并且地面開關非常方便，無污染，為真實地反映油井產能提供了保障。

1 電潛泵的結構、工作流程和使用特性

電潛泵系統包括一臺井下泵，動力電纜和地面控制設備。通常的使用方法是將井下泵懸掛于吊在井口裝置的油管柱上，沉入油井液體之中，泵下面與一臺沉沒式電機相連，電機通過動力電纜和地面控制設備得到動力。

在所有人工舉升方法中，電潛泵系統具有最大的產量范圍。標準60Hz電潛泵的產量范圍：16方/日～1430方/日（100桶/日～9000桶/日），變速驅動裝置還能使其產量超過這一范圍。雖然大多數操作人員都傾向于把電潛泵與大排量舉升聯系起來，但在連續運行中電潛泵的平均總產量小于1600方/日（10000桶/日）。

2 潛油電泵排液的特點

潛油電泵排液不但省時、無污染、無安全隱患，而且漏失量小，取樣、計量準確，是油田勘探開發試油的良好方法。而且，潛油電泵試油成本低、占用設備及工具少，交替下來的設備可以投入到其它井的試油工作中。電動潛油泵適應于中高排量、低中粘度、低含砂的油井，定向井也能使用。在稠油常規開采條件下，礫石充填防砂井也可使用。

3 電泵參數的選擇研究

通過試油井的產能和電泵排液理論的分析研究，便可確定試油井的產能和與之匹配的電泵，在選擇電泵參數時還必須同時研究以下內容：

1）與試油井產能相匹配的電泵，需通過變頻技術使泵在最高效率點或最高效率點附近工作；

2）泵的額定排量和試油井產能相匹配，額定揚程必須等于油井的總動壓頭；

3）潛油電機的輸出功率必須滿足泵舉升液體所需的功率；

4）電纜、控制屏及變壓器的選擇，在保證套管尺寸要求的情況下，電纜的耐壓和型號選擇要盡量大一些，以減少其功率損失。考慮到試油井產能可能存在波動，控制屏和變壓器的容量選擇要稍大一些。

4 電泵排液理論研究

在電泵的選擇計算中，電泵排液理論的研究一般有三種方法，一是油、氣、水三相滲流時的井底流入特性方法，即IPR方法，二是相對采油指數方法，三是壓力冪指數法。

本文只介紹油井流入特性方法。

油井流入特性方法中所使用的公式是由兩個最基本的公式推導出來，即采油指數公式和沃格爾公式。

對于直線滲流段，其產量和井底壓力的關系遵循采油指數公式，即

式中：qmax為純液（油）相流時的最大產量，m3/d；

J為采液（油）指數，m3/（d.MPa）；

Pwf為井底流動壓力，MPa；

PR為地層壓力，MPa；

q為油井產量，m3/d。

當井底壓力低于飽和壓力時，產量與井底壓力的關系曲線將發生彎曲，沃格爾（J.V.Vogel）對不同油井的流入動態曲線進行無因次處理后發現，它們都遵循下述關系：

式中：qMI為油、氣兩相滲流時的理論最大產量，m3/d。

當已知qMI時，便可應用上式求出任意井底流動壓力下的產量。

一般油井的滲流為單相滲流，即為單純的油或油、水兩相滲流時，油井的產能預測比較簡單，可直接應用采油指數公式計算出不同流壓下的產量。所以，在這里我們只討論油、氣兩相滲流和油、氣、水三相滲流時的動態預測。這就要求：

1）預測前后的含水率是一樣的，否則必須進行校正；

2）油井生產時的地層壓力不變；

3）油井的完善性，即滲流效率等于1，否則須進行校正。

油、氣兩相滲流時的動態預測：

油、氣混合型滲流特性曲線如圖1所示。該曲線在飽和壓力點以上為直線（純液相滲流），而在飽和壓力點以下為曲線（油、氣兩相滲流）。

對于直線滲流段，由采油指數公式知

對于曲線滲流段，由沃格爾公式可直接得到下式

式中：qMI為油、氣兩相滲流時理論最大產量，m3/d；

qb為飽和壓力下的油井產量，m3/d；

解出上式中的井底流動壓力Pwf則有

因此，只要計算出qb和qMI，便可由上式計算出曲線滲流段上任一產量下的井底流動壓力。

如果直線部分和曲線部分在飽和壓力點是連續的，那么可得到：

圖1 油、氣兩相流入特性曲線

這樣就得到了用qb計算qMI的關系式，只要知道直線滲流段上某一點的井底流動壓力和產量，最大理論產量qMI就不難求出。可以應用自噴采油（低壓降條件下）時的產量與井底流動壓力資料預測機械采油（高壓降條件下）時的任何流動壓力下的產量。

綜合以上所有公式，油、氣兩相滲流時動態預測的全部公式如下：

5 電泵排液技術的應用

通過以上試油井產能預測及電泵機械性能、排液理論和參數的研究，實現了電泵排液同試油井產能的匹配。電泵排液在最近試油井上得到廣泛應用，取得了明顯的效果。新型電泵機組不僅具有快速、省時、防污染的特點，而且具有極強的適應性。電泵排液數據表見表1。

表1 電泵排液數據表

衛371沙三下2991.9-3007.5 6 9 3.43 / 6.336.04309.4267.1100油水層

從表1中可以看出，新型電泵較好地實現了多次開關，并適應了產量由大到小及由小到大的多層次變化，且運轉正常，從而證明了新型電泵機組在中原油田試油井上應用的可行性和有效性。還可以看出應用電泵排液6井口/8層，壓裂液返排率至少達到100%，取得了很好的排液效果，同時也取得了很好的試油效果。平均每層節約排液周期5天多，大大縮短了試油周期，節約了試油成本。還可以看出，新型電泵機組，最大下深達3000m，有效地提高了抽汲深度，放大了壓差。目前中原油田試油井的抽汲深度最深為1800m，國內據查最深可抽到2500m。新型電泵試油井排液能更快更準確地落實試油井的產能，為勘探開發儲量的落實奠定了基礎。

新型電泵在以上大范圍的產量、溫度、氣液比波動的情況下均能正常運轉，實際排液折算日產1m3～27.3m3，氣液比120m3/m3～1200m3/m3，排出液體粘度變化為 3.04mPa·s～12.23mPa·s；井底壓力變化為26.92MPa～54.08MPa。從而充分體現了新型電泵機組對溫度和井內液體產能，氣液比變化的適應性。總之，研究和實踐證實，新型電泵機組完全適合于中原油田的試油井排液的要求，目前已成為試油工作中一種不可少的、理想的排液方式。

合理電泵機組的運用離不開油井產能預測。通過產能預測可達到合理配套井下機組和經濟使用能源的目的。開發井產能預測可通過以上方法預測確定油井產能。但試油井只能通過測試得知油井的產能并通過以上方法進行產能預測，因此，對措施后試油井產能預測的研究非常重要。在中原油田，勘探新區的產能普遍較低，投產后大都無法直接獲得自噴產能，需經措施才能獲得工業油氣流，因此要做到試油井電泵排液合理，準確落實油井產能就相當重要。

6 結論

今后應根據資料對比，選擇適合探井的潛油電泵排液方式。確定合理的電泵試油井范圍，避免盲目下電泵。在驗證電潛泵效果時，對選井選層的認識非常重要，如果選層不合理，將給驗證效果帶來極大的誤差。對于產液量較高，氣油比大于500m3/m3，最好用電泵排液技術。電泵排液效率高，時間快，持續性較強。對于地層出砂嚴重的井不適用電泵排液，防止油井激動。對于地層出砂不嚴重的井排液可以下電泵，但泵的深度要在射孔井段200m以上。

根據以上問題，本文提出具體建議：

1）機械排液（抽汲排液及電泵排液）沉沒度的研究比較欠缺。研究沉沒度主要是為了更好地控制排液壓差，準確錄取試油資料，為下步開發提供較好的參考信息；

2）在制定排液方式和工作制度時，要綜合各種因素，選擇一套較好的方案，增強試油工作的科學性；

3）對于氣井排液，由于氣井攜液能力與油管直徑的平方成反比，油管內徑愈小，氣井的自噴帶液能力越好。因此，氣井宜采用小油管排液，可大大提高氣井的攜液能力。而壓裂的氣井，為減小油管的摩阻，大都采用3″油管壓裂。在實際操作中，建議壓后在適當的時間內換用小油管排液，以達到較好的排液效果。

[1]吳奇.井下作業監督[M].2版.北京：石油工業出版社，2004.