塔河稠油電泵摻稀開(kāi)采系統(tǒng)效率測(cè)試分析評(píng)價(jià)

秦 飛，金燕林，李永壽，邱華標(biāo)，劉 勇

(中石化西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011)

塔河稠油電泵摻稀開(kāi)采系統(tǒng)效率測(cè)試分析評(píng)價(jià)

秦 飛，金燕林，李永壽，邱華標(biāo)，劉 勇

(中石化西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011)

通過(guò)系統(tǒng)效率測(cè)試可以準(zhǔn)確獲得效率參數(shù)以及各種工作參數(shù)，是塔河稠油電泵井維護(hù)和管理的一項(xiàng)重要工作。立足于塔河油田2010年的系統(tǒng)測(cè)試資料，對(duì)比分析了電泵井與常規(guī)機(jī)抽井的系統(tǒng)效率與泵效，解釋了“高泵效、低系統(tǒng)效率”的原因，進(jìn)而初步確定了最優(yōu)系統(tǒng)效率下相關(guān)參數(shù)的合理范圍，為油井提高提液效率、優(yōu)化摻稀工藝和工作制度提供了合理的決策指標(biāo)和評(píng)價(jià)手段，對(duì)提高稠油采收率有十分重要的意義。

塔河油田;深層稠油;電泵井;摻稀開(kāi)采;系統(tǒng)效率

引言

塔河油田奧陶系典型的稠油或超稠油油藏形成于海西運(yùn)動(dòng)晚期［1］。從分區(qū)位置看，塔河油田稠油主要分布于塔河油田的西北部，具有碳酸鹽巖儲(chǔ)層埋藏深、溫度高、壓力高的一般特點(diǎn)，同時(shí)還具有以下顯著特點(diǎn)［2－3］:原油黏度高 (地面50℃為1 500～180×104mPa·s)，原油密度大(地面0.92～1.10 g/cm3)，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽、蠟、過(guò)渡金屬元素(N、S、P)及鎳含量高。為克服黏度對(duì)稠油開(kāi)采帶來(lái)的不利影響，塔河油田進(jìn)行了大量室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。井筒環(huán)空摻稀油生產(chǎn)降黏效果好，并且摻稀自噴期產(chǎn)量較為穩(wěn)定。但隨著開(kāi)發(fā)中后期壓力衰減和含水率上升［4－5］，電泵井摻稀開(kāi)采陸續(xù)出現(xiàn)生產(chǎn)狀況不穩(wěn)定、系統(tǒng)效率與泵效匹配關(guān)系變差、管理維護(hù)難等諸多問(wèn)題。因此，有必要從實(shí)際的生產(chǎn)測(cè)試資料入手，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)指標(biāo)的分析評(píng)價(jià)，找到油井的最優(yōu)生產(chǎn)狀態(tài)，為機(jī)采井的摻稀工藝優(yōu)化提供合理的決策指標(biāo)和評(píng)價(jià)手段。

1 塔河油田電泵摻稀開(kāi)采現(xiàn)狀

塔河油田經(jīng)過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和大規(guī)模推廣3個(gè)階段的實(shí)踐，最終確定摻稀降黏是塔河油田深層稠油開(kāi)采應(yīng)用效果最好，經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性和操作性最強(qiáng)的工藝［6－8］。電潛泵因其具有排量大、揚(yáng)程高、采液強(qiáng)度大的優(yōu)勢(shì)，在稠油摻稀開(kāi)采領(lǐng)域顯示出廣闊的推廣價(jià)值和使用前景。主要有利條件表現(xiàn)為:能很好地滿足油井配產(chǎn)及摻稀排量要求;較有桿泵而言，能以較小摻稀比生產(chǎn)，一定程度地增加摻稀降黏幅度，提高稀油利用率;相對(duì)有桿泵能更好地解決深抽時(shí)泵掛深度與泵排量的矛盾;更好地克服黏溫拐點(diǎn)深度大［9］(塔河10、12區(qū)稠油黏度拐點(diǎn)深度平均為2 800 m)的問(wèn)題(圖1);隨著稠油老區(qū)塊的深度開(kāi)發(fā)和新區(qū)塊的不斷擴(kuò)大以及稠油產(chǎn)量所占比例的快速增長(zhǎng)，電泵井摻稀工藝對(duì)于油田長(zhǎng)期增產(chǎn)增效起到了決定性的推進(jìn)作用。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)，目前塔河油田電泵有50、80、100、120、150、200 m3等多種理論排量，揚(yáng)程范圍為2 500～3 500 m;電機(jī)功率范圍為60～140 kW，電機(jī)耐溫為120℃，電機(jī)耐電壓范圍為1 470～2 282 V，電流為48 A;電纜耐溫為135℃，耐電壓為3 000 V。受摻稀的影響，電泵生產(chǎn)時(shí)常出現(xiàn)異常停機(jī)、電流突變或回壓突升、稠油凝管等異常情況。因此需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)測(cè)試情況，通過(guò)優(yōu)化摻稀工藝，建立電潛泵泵效與系統(tǒng)效率的良性匹配關(guān)系。截至2011年3月，塔河油田摻稀電泵井131口，占總開(kāi)井?dāng)?shù)的14%。電泵井開(kāi)井率為97%，日產(chǎn)油為4 680 t/d，占產(chǎn)量構(gòu)成的25%。

圖1 塔河油田稠油黏溫關(guān)系曲線

2 系統(tǒng)效率測(cè)試結(jié)果對(duì)比

2.1 系統(tǒng)效率測(cè)試情況簡(jiǎn)介

系統(tǒng)效率的具體計(jì)算方法見(jiàn)機(jī)采井系統(tǒng)效率測(cè)試方法行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［10］，但計(jì)算時(shí)涉及參數(shù)多，摻稀之后參數(shù)的確定比較困難，而且使用軟件計(jì)算的結(jié)果也不能完全滿足現(xiàn)場(chǎng)的需要。前期相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和理論研究［11－12］表明，塔河油田機(jī)采系統(tǒng)出現(xiàn)了“高泵效、低系統(tǒng)效率”的典型特征。2010年塔河油田共對(duì)64口井進(jìn)行了系統(tǒng)效率測(cè)試，其中機(jī)抽井37口(摻稀井6口)，電泵井20口(摻稀井18口)。摻稀的電泵井理論排量有50、80、100、200 m34種，揚(yáng)程主要是2 500、2 800 m，其中理論排量為100 m3的摻稀井有11口(含10區(qū)8口)，揚(yáng)程主要為2 800 m。

2.2 系統(tǒng)效率測(cè)試對(duì)比分析

圖2反映了不同井型泵效與系統(tǒng)效率的關(guān)系。從摻稀角度來(lái)看:在泵效相同的情況下，摻稀井的系統(tǒng)效率(0～20%)要大大低于不摻稀井(20%～60%)，電泵井摻稀的系統(tǒng)效率(10%～20%)要高于機(jī)抽井摻稀(0～10%)。這說(shuō)明油質(zhì)越稠，機(jī)采系統(tǒng)效率越低，因此可以考慮將黏度引入本區(qū)系統(tǒng)效率計(jì)算，以解決塔河油田系統(tǒng)效率理論值偏高的問(wèn)題。從泵效角度來(lái)看:電泵井的泵效范圍(20%～200%)要大于機(jī)抽井(0～100%);系統(tǒng)效率最優(yōu)時(shí)，電泵井摻稀的最佳泵效值域［12］(80% ～140%)要大大高于機(jī)抽井摻稀(60%～80%)。這主要是電泵井本身排量大而且摻稀之后采液強(qiáng)度大的緣故。從井型來(lái)看，機(jī)抽井系統(tǒng)效率隨泵效的增長(zhǎng)出現(xiàn)了2種趨勢(shì):一種是線性增大趨勢(shì)，這些井大部分含水率低，產(chǎn)量壓力穩(wěn)定，并且沒(méi)有摻稀;另一種是先增大后減少的拋物線趨勢(shì)，這些井生產(chǎn)狀況很不穩(wěn)定，而且受摻稀的影響很大;電泵井的系統(tǒng)效率隨泵效的變化是一個(gè)拋物線趨勢(shì)，隨著泵效增大，系統(tǒng)效率到20%又逐漸減小，“高泵效、低系統(tǒng)效率”特征十分明顯。要進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率，須合理選擇泵型和控制摻稀量，并適時(shí)調(diào)整電泵工作參數(shù)。

圖2 塔河油田2010年系統(tǒng)效率測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)

2.3 高泵效、低系統(tǒng)效率的原因

機(jī)械舉升方式的泵效相對(duì)較高而系統(tǒng)效率偏低，并且隨著泵效的增加，存在1個(gè)極限值使得系統(tǒng)效率達(dá)到最大。造成這種異常情況的原因主要有以下幾點(diǎn):①氣油比高，使很多井具有一定程度的自噴舉升能力，很大程度提高了泵效［11］，卻降低了機(jī)采系統(tǒng)效率;②稠油摻稀的影響，摻稀之后稀油的產(chǎn)出提高了泵效，但機(jī)采系統(tǒng)的有效功率偏小，系統(tǒng)效率低;③開(kāi)采方式特殊，碳酸鹽巖油藏產(chǎn)量上升快，含水上升迅速，注水替油會(huì)顯著提高產(chǎn)液能力，使泵效有一定提高;④儲(chǔ)層的非均質(zhì)性強(qiáng)，地下油水關(guān)系復(fù)雜，地區(qū)能量和含水差異大，使機(jī)采井的管理難度大，系統(tǒng)效率偏低;⑤設(shè)備工藝的固有缺陷，譬如管式泵、桿式泵、抽稠泵的系統(tǒng)效率依次降低。

3 相關(guān)測(cè)試參數(shù)分析與評(píng)價(jià)

3.1 摻稀量與泵效

對(duì)摻稀量的控制是電泵井日常管理和維護(hù)的重要工作，摻稀量不穩(wěn)為電泵井的躺井埋下隱患。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試資料來(lái)看，電泵井的摻稀量與泵效有很好的正相關(guān)線性關(guān)系(R2＞80%)。以理論排量100 m3的電泵(圖3)為例，當(dāng)摻稀量大于20 t/d時(shí)，泵的排量越小，其泵效越大。因此要有效解決深層稠油入泵困難、流動(dòng)阻力大、泵效和系統(tǒng)效率低等問(wèn)題，宜采用小泵深抽［27］，大泵淺抽，并適當(dāng)加大摻稀量。對(duì)于某一既定排量的電泵，當(dāng)摻稀量增大時(shí)，實(shí)際產(chǎn)液量會(huì)相應(yīng)增大，然而稀油在混合液中所占的比例也會(huì)顯著增多，因此必然存在1個(gè)最優(yōu)的摻稀區(qū)間，使稠油的產(chǎn)量達(dá)到最大。如果以系統(tǒng)效率達(dá)到20%為優(yōu)化目標(biāo)，則電泵井泵效的合理范圍為80%～140%，50型電泵摻稀量的合理范圍為25.75～46.55 t/d;80型電泵摻稀量的合理范圍為33.59～77.86 t/d;100型電泵摻稀量的合理范圍為37.88～87.78 t/d;如果確定出混合液的密度，就能很快確定出相應(yīng)的稠油產(chǎn)量。

圖3 電泵井摻稀量與泵效的關(guān)系

3.2 沉沒(méi)度與泵掛深度

電泵井深抽時(shí)，環(huán)空動(dòng)液面由于受到摻稀的影響，經(jīng)常會(huì)制造1種沉沒(méi)度合理的假象。適當(dāng)增大沉沒(méi)度或加深泵掛，有利于電潛泵正常工作。電潛泵摻稀后，泵效與沉沒(méi)度呈二次關(guān)系，不摻稀的泵效要比摻稀大，并且當(dāng)沉沒(méi)度大于1 500 m時(shí)，泵效隨沉沒(méi)度的變化增大幅度較大 (圖4)，這證明電潛泵更適合深抽。以系統(tǒng)效率達(dá)到20%為優(yōu)化目標(biāo)，則由泵效推測(cè)沉沒(méi)度的合理范圍為2 171～2 713 m，摻稀電泵井目前動(dòng)液面平均為1 000 m，則泵掛深度沉沒(méi)度的合理范圍為3 171～3 713 m。考慮到沉沒(méi)度過(guò)大沖程損失會(huì)顯著增大，而且摻稀動(dòng)液面不能反映真實(shí)情況，可以考慮將泵深范圍縮小到2 971～3 513 m。

圖4 電泵井沉沒(méi)度與泵效的關(guān)系

3.3 電流、電壓及井下效率

圖5 電泵井電流、電壓、井下效率隨摻稀比的變化趨勢(shì)

電流、電壓體現(xiàn)了地面系統(tǒng)的工作效率，井下效率體現(xiàn)了深井泵的工作效率。如果三相電壓不平衡、電壓值不規(guī)則、瞬間電壓波動(dòng)造成電流突變及供電系統(tǒng)的頻繁中斷等，都將嚴(yán)重影響潛油電機(jī)的工作特性，使有效功率比下降，進(jìn)而影響地面效率［13］。管堵、泵漏失、沉沒(méi)度、原油黏度、氣體、砂、鹽、特別是摻稀的影響，都會(huì)影響井下效率。同時(shí)由于油田對(duì)產(chǎn)量過(guò)分關(guān)注，忽視了機(jī)械系統(tǒng)效率的提高所帶來(lái)的效益。圖5是電泵井摻稀之后電流、電壓、井下效率隨摻稀比的變化趨勢(shì)圖。由圖5可知，電流、電壓隨著摻稀的變化呈現(xiàn)先減后增的趨勢(shì)，井下效率則相反。當(dāng)摻稀比在1.5～2.5之間變化時(shí)，消耗的電流電壓較低，井下效率較高，因此可以把1.5～2.5作為最優(yōu)摻稀比。

3.4 摻稀比

摻稀比是摻入的稀油量與產(chǎn)出的稠油量的比值，是體現(xiàn)摻稀降黏效率的重要指標(biāo)。提高摻稀系統(tǒng)效率、改進(jìn)井下?lián)较」苤⒑侠碚{(diào)參均可以很大程度地提高摻稀比。目前關(guān)于摻稀比的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)較多，但結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的研究較少。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)摻稀比的時(shí)候，一般以提高產(chǎn)量為目標(biāo)進(jìn)行多次嘗試，即將初始摻稀比設(shè)定為1∶1，當(dāng)返出油中稀油比例過(guò)大時(shí)，可以適當(dāng)減小稀油注入量;當(dāng)返出油中稀油比例過(guò)小時(shí)，可以適當(dāng)增大稀油注入量［14］。塔河油田諸多的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究把摻稀比定在0.5～1.0［15－16］，這對(duì)于開(kāi)發(fā)后期深層特超稠油的開(kāi)采顯然是不夠的。對(duì)于電泵摻稀井而言，實(shí)際摻稀比與泵效、系統(tǒng)效率沒(méi)有很好的相關(guān)關(guān)系。結(jié)合系統(tǒng)效率測(cè)試相關(guān)數(shù)據(jù)看，摻稀比在0.5～2.5之間系統(tǒng)效率較大，摻稀比在1.0～2.0之間泵效較高，綜合地面、地下機(jī)械效率的因素，可將摻稀比確定在1.5～2.0之間。

4 結(jié)論與建議

(1)塔河油田機(jī)采系統(tǒng)具有“高泵效、低系統(tǒng)效率”的典型特征，摻稀之后情況進(jìn)一步惡化。電泵摻稀的深井系統(tǒng)效率要高于機(jī)抽井摻稀，系統(tǒng)效率隨著泵效增大先增后減。

(2)高泵效、低系統(tǒng)效率的主要原因主要體現(xiàn)在地層原油高氣油比、稠油摻稀降黏、注水替油開(kāi)采方式、強(qiáng)烈的儲(chǔ)層非均質(zhì)性、設(shè)備工藝缺陷5個(gè)方面。

(3)以系統(tǒng)效率最大(20%)為優(yōu)化目標(biāo)，電泵摻稀的最佳泵效范圍為80%～140%，50型電泵摻稀量的合理范圍為25.75～46.55 t/d;80型電泵摻稀量的合理范圍為33.59～77.86 t/d;100型電泵摻稀量的合理范圍為37.88～87.78 t/d;最佳摻稀比可確定為1.5～2.0。

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編輯 張耀星

TE242

A

1006－6535(2012)04－0145－04

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.04.037

20120203;改回日期:20120301

中石化“十條龍”重點(diǎn)科研攻關(guān)項(xiàng)目“超深層稠油降粘開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)”(210003)

秦飛(1985－)，男，助理工程師，2008年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)石油工程專業(yè)，2011年畢業(yè)于該校油氣田開(kāi)發(fā)工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事油藏開(kāi)發(fā)地質(zhì)、采油工藝方面的研究。