深層水淹氣井電潛泵排采工藝優化分析

杜 洋，宋詩光，周興付，趙哲軍，徐曉峰，倪 杰

(1.中國石化西南油氣分公司 a.石油工程技術研究院；b.川西采氣廠，四川 德陽 618000；2.渤海石油裝備(天津) 中成機械制造公司，天津 300280)

開發應用

深層水淹氣井電潛泵排采工藝優化分析

杜 洋1a，宋詩光2，周興付1b，趙哲軍1a，徐曉峰1b，倪 杰1a

(1.中國石化西南油氣分公司 a.石油工程技術研究院；b.川西采氣廠，四川 德陽 618000；2.渤海石油裝備(天津) 中成機械制造公司，天津 300280)

川西須家河氣井見水后產水量迅速上升，易導致水淹停產。氣藏高溫、高壓、超深的特征制約了常用排水采氣工藝的應用。在DY1井引入電潛泵排水采氣工藝，針對大斜度深層氣井開展設計和施工工藝優化，評價排水采氣效果，分析故障原因，認為電潛泵排水采氣工藝能滿足該井連續高強度排液要求。但是，受機組振動和地層流體腐蝕等因素影響，電潛泵排采工藝技術在深層氣井中應用風險較大。

電潛泵；水淹井；排水采氣；優化設計

電潛泵排水采氣工藝是采用隨油管一起下入井底的多級離心泵裝置，將水淹氣井中的積液從油管中迅速排出，降低對井底的回壓，重新獲得一定的生產壓差，使水淹氣井重新復產的一種機械排水采氣生產工藝[1-6]。該工藝具有排量、揚程范圍大、舉升效率高、最大限度地降低井底壓力，理論上可以將氣井采至枯竭、可以根據產液變化要求進行變頻調速、地面設備占用面積和空間小等特點[7]，近年來在川渝氣田直井中被廣泛使用。

1 試驗井生產簡況

DY1井是一口針對須家河二段的深層預探井，井深5 142 m，在距井口850 m處開始造斜，最大井斜角34.5°(4 140 m)。投產初期井口壓力為42 MPa，初期日產氣8×104m3，產出氣體中CO2含量為1.85%，地層產出水為CaCl2型，日產約25 m3，氯離子質量濃度50 000 mg/L，流體具有一定的腐蝕性[8]。該井生產近3 a后因水淹關井，期間采用泡排、氣舉等排采工藝[9]，但由于該井產水量較大，均未達復產效果。為繼續挖潛該井的產能，開展了排量更大的電潛泵排水采氣工藝。

2 工藝施工參數優化

針對該井復雜的井身結構和地層流體性質，在工藝施工過程中開展了5方面的優化設計，最終順利將機組下入4 400 m預設深度，創下川內氣井電潛泵最深下深記錄。

2.1 電潛泵機組參數設計

根據DY1井前期使用閥氣舉期間產液量95 m3/d，設計排液量為120 m3/d，機組下深應盡量靠近產層頂部[10]，則選擇泵掛深度為4 400 m。結合泵的特性曲線，優選離心泵為中成機械制造公司的QYB-102型泵。泵的有效排量為96～144 m3/d，設計泵級數為587級，泵效55%，所需總功率為140 kW。電潛泵機組主要參數件表1。

表1 DY1井電潛泵機組參數

2.2 施工參數優化設計

1) 通井。該井造斜點多，井斜較大，最大狗腿度16.1°/100 m，考慮到總長39.8 m的?138 mm電潛泵機組通過?177.8 mm的套管可能會出現磕碰或遇阻的現象[11]，在通井時采用?146.4 mm全尺寸通井規帶?138 mm模擬電機管柱入井，順利到達井深4 467 m處，全程無遇阻現象，確保電潛泵機組能順利入井。

2) 電纜的固定。電纜作為電泵機組輸送電能的通道，部分又長期工作在高溫、高壓和具有腐蝕性流體的環境中而顯得特別敏感，針對電纜的保護措施就顯得十分重要，尤其是在這種斜度較大的深井中時[12]。因此，電潛泵入井時采用了多重電纜保護措施，如圖1所示：①小扁電纜采用專用的小扁電纜保護器；②機組連接處用電纜扶正器固定；③造斜段油管接箍處采用鑄鐵卡子保護器；④電纜跨接處采用雙聯固定；⑤直井段油管接箍處采用不銹鋼帶固定。經過對電纜采取的多重防護手段，再結合人工操作時控制速度和有效監控，確保了電纜順利入井。

圖1 電纜的固定方式

3) 每下入20根油管監測一次機組電性參數和傳感器工況，確保各參數正常且有效后繼續施工作業。

4) 電纜跨接工藝。電纜在深度超過3 000 m的井中容易出現三相電流不平衡，單相電纜發熱量大而影響動力電纜和機組的使用壽命，對3盤電纜對接處采用跨接工藝能有效避免這種情況的發生[13]。

5) 防腐措施。須家河組氣藏天然氣中CO2含量較高，同時地層水氯根和礦化度高，流體腐蝕性較強，為了減少腐蝕對電潛泵機組使用壽命的影響，機組入井時增加了一套犧牲陽極保護陰極裝置[14]，下放位置位于電機尾部，有效作用范圍為上下50 m。

3 排水采氣效果分析

DY1井電潛泵已累計運轉128 d，排出地層水1.45×104m3，累計產氣10.66×104m3，最終因為管柱漏失形成短路，不能有效舉升出地層產水而修井并提出管串。

電泵運轉期間，通過傳感器實測數據計算井底流壓、產液指數與產液量之間的關系如圖2所示，井底流壓隨吸入口壓力的降低而降低，生產壓差不斷增大，日產水量逐漸減少，產液指數也越來越小，分析認為該井長期處于水淹狀態，通過電潛泵持續大排量的排水，近井地帶的積液不斷被采出，有利于遠端氣體流向井筒，從而達到復產。其中，第1階段以低頻緩慢排水為主，井底流壓由46.09降至26.3 MPa，壓降速度為0.53 MPa/d，產液指數由29 m3/(MPa·d)降至5.3 m3/(MPa·d)，環空液面高度由距井口162 m最深下降至2 395 m，日產液93～206 m3。第2階段在90 d關井后重啟，機組以高頻運轉，井底流壓迅速從47.09降至18.12 MPa，壓降速度為0.91 MPa/d，產液指數由23.43 m3/(MPa·d)降至3.9 m3/(MPa·d)，環空液面深度由距井口325 m降至3 220 m。運行初期兩根放噴管均能點燃火炬，焰高約0.8 m，隨著吸入口壓力降至21 MPa左右，套壓開始上漲，井筒內兩相流導致生產卡片出現帶狀，氣井瞬產達1×104～1.5×104m3/d。但隨著管柱開始漏失并形成短路，吸入口壓力快速上漲，井底流壓升高，環空液面上升，氣井不再產氣。

圖2 井底流壓、產液指數與產水量關系曲線

4 故障分析

通過修井檢泵，確認故障為管柱漏失，漏失位置分別位于管串泄油器和泵出口位置。泄油器屬于整個管柱最大的薄弱點，在長期高溫高壓高流速的影響下，油管內的水不斷沖擊泄油器閥芯，最終在金屬閥芯外側形成刺漏，如圖3所示。泵出口與油管連接位置是整個管柱中壓力最大、振動最強的部位。泵出口處采用的316L材質與P110油管強度不一致，經過單相液體沖刷時并無明顯影響，但隨著氣體不斷產出而產生的沖刷和管柱的振動，該位置發生刺漏并最終掉塊，如圖4所示。兩處刺漏最終導致油管短路，地層水無法舉升至地面而停機。測量電纜電性和機組部件，發現仍存在一些問題。

1) 電纜絕緣下降快。

電纜長期在水中浸泡，同時受環空中氣體影響，絕緣性能下降較快。由完井時的428 MΩ降至5 MΩ。機組運行期間環空液面幾乎保持在2 000 m以下，第1盤電纜受氣體影響較大，在剪斷第1盤電纜時，電纜中有氣體釋放出。分別對3盤電纜單獨測試，電阻相等，單相絕緣均在2 000 MΩ以上，證明電纜各相正常。

圖3 泄油器刺漏

圖4 泵出口處刺漏

2) 機組振動影響管柱穩定。

機組之間連接均采用螺栓，在泵連接處發現螺栓損壞且呈對稱分布，該位置處于管柱中振動最強處，機組強烈的振動導致了螺帽對稱性的脫落和損壞，如圖5所示。

圖5 泵連接處螺栓破損

3) 流體腐蝕性較強。

入井時安裝在傳感器與導錐之間的長35 cm、直徑10.188 cm的犧牲陽極保護陰極裝置腐蝕嚴重，如圖6所示，僅剩小片本體(長約10 cm，寬2 cm)，絕大部分在高溫高壓環境中，受氣體中CO2溶于水呈酸性和高氯根影響造成腐蝕，表明該裝置有效延緩了管柱的腐蝕，同時也再次證明井下流體腐蝕性較強。

圖6 陰極保護裝置腐蝕

5 結論

電潛泵排水采氣工藝具有舉升高度大、排液量大等特點。通過在DY1深層水淹井開展電潛泵優化設計和施工，機組順利下至4 400 m并順利運轉128 d，但受管柱漏失影響導致最終停機檢泵。通過該工藝的實踐，得到以下認識：

1) 深層氣井電潛泵施工應加強電纜保護。針對不同位置而采用的多種電纜保護器，應用電纜跨接技術，加密電性參數監測，能保障機組正常運行。

2) DY1井電潛泵初期排量達到240 m3/d，后期排液量達到110 m3/d，能迅速降低水淹氣井井底流壓，井筒掏空速度快，排液能力強，滿足深層水淹氣井強排水需求。

3) 機組振動和地層腐蝕性流體沖刷等因素造成管柱漏失，致使電潛泵在深井中運行壽命較短，應進一步加強機組扶正措施，并綜合抗拉和防腐要求選擇機組材質。

4) DY1井電纜總長超過4 000 m，井內壓力和溫度較高，電纜受氣體壓力變化影響而發生進氣，電纜絕緣下降較快，也將導致機組使用壽命縮短。

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Optimization Analysis for ESP Drainage Technology in Deep Water-flooded Gas Well

DU Yang1a，SONG Shiguang2，ZHOU Xingfu1b，ZHAO Zhejun1a，XU Xiaofeng1b，NI Jie1a

(1.a.PetroleumEngineeringTechnologyInstitute；b.ChuanxiGasProductionPlant，SINOPECSouthwestBranch，Deyang618000，China；2.ZhongchengMachineryManufacturingCompany，BohaiPetroleumEquipment(Tianjin)，Tianjin300280，China)

The Xujiahe formation gas well is prone to be flooded production suspension after produce water，the characteristics of high temperature，high pressure and ultra-deep of the gas reservoir restrict the application of common drainage gas recovery technology.Through the introduction of electric submersible pump drainage gas recovery technology in the DY1 well，the design and workover process optimization of the highly deviated well gas well was developed，the drainage effect was evaluated and also the fault cause was analyzed.Finally，it could be concluded that the ESP drainage technology is fit the demand of the continuous high strength liquid discharge，but influenced by the factors such as unit vibration and corrosion，the ESP technology has greater risk in the application of the deep and high water production gas well.

ESP；watered gas well；dewatering gas technology；optimization design

1001-3482(2017)01-0041-04

國家青年科學基金項目“鮞?；規r滲透率非線性有效應力研究”(41404083)

杜 洋(1984-)，男，助理研究員，碩士，2012年畢業于西南石油大學，主要從事天然氣開發與排水采氣技術研究，E-mail：duyang1004@126.com。

TE935

A

10.3969/j.issn.1001-3482.2017.01.010

稿日期：2016-07-05