井筒油氣不分離組合式電潛泵舉升工藝研究

陳建慶，鄒 劍 (中海油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

井筒油氣不分離組合式電潛泵舉升工藝研究

陳建慶，鄒 劍 (中海油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

針對高含氣油井，通常使用分離器進行井下油氣分離，以減弱氣體對泵效的影響。設計出了一種新的舉升工藝。采用油氣不分離組合式電潛離心泵，逐級增壓將氣體重新溶于原油中，一起舉升到地面。提高泵效的同時附加了氣舉效應，在現場應用中取得了顯著效果。

組合式電潛泵；氣油比；泵效；氣舉

隨著地層含氣油流進入井筒，在舉升到地面過程中，井筒壓力不斷下降，一旦流壓小于飽和壓力時，溶解氣開始從原油中釋放出來。油井地層能量不足以使油氣自噴生產時，需要轉入機采下泵舉升，海上油氣田井通常下入電潛離心泵機組開采。隨著生產壓差的逐漸增大，井底流壓逐漸減小，而泵掛垂深與油層中部垂深落差越大，泵吸入口節點處的壓力進一步減小，從原油中分離出來的溶解氣量越多，有可能產生“氣鎖效應”導致井下離心泵泵效急劇下降，直接縮短井下機組的壽命，使油井不能正常生產或停產。

為減弱或消除高含氣油井井下機組面臨的“氣鎖效應”，除了常規加深泵掛，縮小油嘴降低生產壓差之外，一種普遍做法是優化電泵機組總成的井下油氣分離器，采用旋流結構提高油氣分離效果；另一種新做法是優化電潛泵結構，采用組合式離心泵，逐級增壓將氣體重新溶于原油中，一起舉升到地面，實現井下油氣不分離生產。2種不同的氣體舉升方式直接影響油井整個生產管理過程。

1 油氣生產差異

油氣分離電潛泵總成從下至上為：扶正器+潛油電機+保護器+分離器+離心泵；油氣強制分離后，原油進入離心泵從油管舉升進入地面流程，氣體則受重力分離沿著油套環空緩慢上升至油管四通翼閥，這個圈閉體積的氣壓顯示為套壓。隨著分離出氣量增多，套壓上升，油井環空動液面下降，相應的電潛泵沉沒度減少，表現出供液能力不足，產液量下降。因此油井管理者需要及時釋放套壓以恢復正常動液面，摸索出合理的套壓，從而增加了管理難度；若每口單井安裝套管定壓放氣閥，不但增加了儀器成本，且這些閥門定期的年檢又增加了管理成本。

油氣不分離機組組合對應為：扶正器+潛油電機+保護器+組合式離心泵。油氣一同經離心泵全部從油管內舉升至地面，井口顯示為油壓。受離心泵作用飽和含氣原油經泵出口上升的過程中，溶解氣從原油中分離出來，起到了間接氣舉效應。由于油套環空截面積大，仍有部分氣體會自然分離出來，即也會有套壓顯示，但組合式離心泵能自適應吸入口溶解氣油比，維持套壓在相對較低的合理的穩定狀態。

2 組合式電潛泵設計

假定某含氣油井產層中部垂深為Hv，地層飽和溫度下的飽和壓力(泡點壓力)為Pb，配產液量Q時的中部流壓為Pf，井筒流壓梯度為γ，電潛泵泵掛對應的垂深為Hp，泵吸入口壓力為Px，設計泵排量為Q0，揚程為Hy，則一般有Q0≈Q，Hv>Hp，Pf>Pb，Px=Pf-γ(Hv-Hp)。

組合式電潛泵從下(吸入口)至上(泵出口)由3種排量泵組成，依次為Q3、Q2、Q1，且Q3>Q2>Q1，其中Q1≈Q0。對應排量每級葉導輪產生的水壓依次為Z3、Z2、Z1，分別配置葉導輪級數為N3、N2、N1。設計要求滿足式(1)和式(2)：

100Px+Z3N3+Z2N2≥100Pb

(1)

Hy=Z3N3+Z2N2+Z1N1≥Hp

(2)

泵排量Q3，Q2，Q1的選取原則：排量Q2在第1級排量Q3的最佳泵效范圍內，排量Q1在第2級排量Q2的最佳泵效范圍內。組合式離心泵排量達到配產要求的同時，以消耗更小的電機功率為最佳。

3 應用效果

海上油田X平臺X井，單井配產250m3/d。油層中部垂深 1703.15m，中部流壓13.60MPa，飽和壓力13MPa左右，流壓梯度0.82MPa/100m，產氣量約為13000m3/d。設計要求電潛離心泵排量250m3/d，揚程1200m，泵掛垂深1500m。

計算泵吸入口流壓10.09MPa，小于地層飽和壓力。采用組合式離心泵：500m3/d泵葉導輪54級+300m3/d泵葉導輪120級+200m3/d泵葉導輪 79級；計算進入200m3/d泵時的流壓為 17.79MPa，高于飽和壓力。總揚程4.4×54+4.3×120+5.6×79= 1220m，滿足設計。

現場應用表明，產液量從240m3/d上升到325m3/d，產油從193.2m3/d上升為253m3/d，油壓從3.1MPa上升到5.8MPa，套壓從2.2MPa降為1.8MPa。對比電流卡片可見氣體對泵效的影響基本消除(見圖1和圖2)。

圖1 非組合電潛泵氣影響電流卡片

圖2 組合電潛泵運轉電流卡片

4 結論與建議

1)組合式離心泵實現了井下油氣不分離生產，減少了高含氣油井套壓管理的難度，提高泵效的同時，間接附加了氣舉效應。

2)組合式離心泵主要體現在葉導輪流道由大到小的變化，其設計簡單，組裝、運輸方便，性能可靠，具有推廣應用價值。

3)對于生產管柱中帶有過電纜封隔器的油氣井，建議在封隔器以下管柱15～20m處增加套壓控制式氣舉閥，以應急調控放氣閥無法打開時釋放下部環空壓力。

[1]張鈞. 海上油氣田完井手冊[M]. 北京：石油工業出版社，1998.

[2]邵永實, 師世剛. 潛油電泵技術服務手冊[M]. 北京：石油工業出版社，2004.

2012-10-24

陳建慶(1970-)，男，工程師，現主要從事油氣藏管理及開發等方面的研究工作。

TE933.3

A

1673-1409(2013)02-0105-02

[編輯] 洪云飛