潛油隔膜泵舉升工藝在G油田的應用

李長生（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

隨著油田開發的不斷深入，近年來G油田大斜度井逐年增加。這部分大斜度井應用游梁式抽油機有桿舉升，不同程度地存在著桿管偏磨嚴重、泵掛深度淺、產能發揮不充分等問題，但無桿舉升工藝可以解決上述問題。2018年，G油田試驗潛油隔膜泵舉升工藝，為了檢驗該舉升工藝的可靠性、穩定性，以及全生命周期長度，先期在2口直井上開展了先導試驗，并在試驗中不斷改進其性能，為最終在大斜度井上應用奠定基礎。

1 潛油隔膜泵舉升工藝組成及其原理

1.1 工藝組成

潛油隔膜泵舉升工藝由地面和井下兩部分組成（圖1）。地面核心部分是控制柜，配套部分有電子壓力計、接線盒等；井下核心部分是潛油隔膜泵，配套部分有小扁電纜、動力電纜、泄油閥、井下傳感器等。潛油隔膜泵（圖2）由排出閥、吸入閥、橡膠隔膜、柱塞、偏心驅動、減速器、電動機等組成，該泵實際上是潛油電動機與柱塞隔膜的組合體[1]。

圖1 潛油隔膜泵舉升工藝 圖2 隔膜泵組成示意圖組成示意圖

1.2 工藝原理

地面配電箱給電，通過電纜啟動電動機。電動機啟動，經減速器帶動偏心驅動，偏心驅動帶動柱塞上下往復運動，柱塞通過復位彈簧與橡膠隔膜相連，帶動隔膜運動。在吸入閥、排出閥的配合下實現液體進泵、排出，完成舉升。

表1 潛油隔膜泵與游梁式抽油機舉升工藝的能耗對比

2 現場試驗及應用效果

2018 年5 月和8 月，在G 油田2 口井上應用了潛油隔膜泵舉升工藝。截至目前，2 口井運行平穩，免修期已分別達到241 天和135 天，沉沒度保持在合理水平，井底流壓控制在地質部門給定的范圍內。

2.1 潛油隔膜泵舉升工藝能耗及系統效率

對2口井應用潛油隔膜泵舉升工藝后能耗情況進行了評價。采用潛油隔膜泵舉升工藝前，2 口井均運用游梁式抽油機舉升工藝進行采油。在應用潛油隔膜泵舉升工藝前后，2 口井各項生產數據基本一致的前提下，利用電參測試儀對各自系統的能耗情況進行了測試，并對相關數據進行了計算，計算結果見表1。結果顯示，使用潛油隔膜泵后，2 口井的平均有功功率為2.475 kW，較應用前減少2.09 kW，日節電達到50.16 kWh，節電率為45.78%；同時，對兩種舉升工藝的噸液耗電情況進行了對比，潛油隔膜泵舉升工藝的平均噸液舉升能耗為6.835 kWh，較游梁式抽油機舉升工藝減少6.075 kWh。

對兩種舉升工藝的系統效率進行對比，對油壓、套壓、動液面進行測試，利用罐車方式對日產液量進行量取，由原油舉升系統的效率公式計算2口井舉升方式改變前后的系統效率值[2]。

式中：η——系統效率，%；

Q——日產液量，t；

ρ——采出液密度，t/m3；

H液——動液面深度，m；

P油——油壓，MPa；

P套——套壓，MPa；

P實——實測有功功率，kW；

g——重力加速度，取9.8 m/s2。

計算結果見表2。結果表明，在G 油田的地質條件下[3]，機采井正常生產時，潛油隔膜泵舉升工藝的系統效率可達25.18%，較游梁式抽油機舉升工藝的系統效率高出12.88個百分點。

綜上所述，在相同的地質條件下，機采井正常生產時，潛油隔膜泵舉升工藝較游梁式抽油機舉升工藝其日耗電量小、噸液舉升能耗低、系統效率高，節能效果顯著。

2.2 潛油隔膜泵舉升工藝合理熱洗參數的確定

熱洗是確保機采井正常生產的有效手段之一，合理的清蠟點及熱洗參數是機采井熱洗的內在要求。潛油隔膜泵舉升工藝與游梁式抽油機舉升工藝差異較大，其合理的清蠟點判定及熱洗參數的標準不能照搬游梁式抽油機舉升工藝，有必要重新確定。

表2 潛油隔膜泵與游梁式抽油機舉升工藝的系統效率對比

潛油隔膜泵井下電動機非直線電動機，其運轉屬單方向，運轉過程中，只會呈現一個較為平穩的電流值。電動機電流值的大小可以直接反映舉升工藝的負荷情況，因屬無桿舉升，系統的主要負荷表現在三個方面：舉升高度、井口回油壓力、油管內部蠟影響。考慮保持舉升高度合理、井口回油壓力平穩的情況下，電動機電流值與油管內部蠟影響之間具有較強的相關性。

G 油田試驗的2 口井的電動機上限電流值為11.4 A。出廠設計要求，當實際電流達到上限值的90%時，必須采取應對措施，否則易發生故障。依其設計要求，將上限電流值的90%即實際電流達到10.3 A時作為系統的清蠟點?，F場采取“一定熱洗排量下，不同洗井時間的電流降幅”方式，對合理洗井參數進行確定。

1 號井合理洗井參數確定情況見表3。正常生產時，該井電流為9.1 A，此時，回油壓力為0.5 MPa，套管壓力為0.52 MPa，動液面深度為741 m。2018年10 月8 日，發現該井電流已上升至10.3 A，9 日對該井進行熱洗。熱洗排量為8 m3/h，熱洗時間1.5 h。熱洗后正常生產，3 天后對該井進行相關測試，回油壓力為0.49 MPa，套管壓力為0.51 MPa，動液面深度為736 m，電流為9.6 A。電流未恢復到正常水平，12 日開始第二次熱洗，排量、時間不變。2 天后再進行相關測試，回油壓力為0.49 MPa，套管壓力為0.5 MPa，動液面深度為749 m，電流為9.1 A。電流恢復至正常水平，熱洗達到效果。

表3 1號井確定洗井參數相關數據記錄

2 號井合理洗井參數確定情況見表4。正常生產時，該井電流為9.0 A，此時，回油壓力為0.55 MPa，套管壓力為0.54 MPa，動液面深度為709 m。2018年11 月25 日，發現該井電流已上升至10.2 A，26日對該井進行熱洗。熱洗排量為8 m3/h，熱洗時間1.5 h。熱洗后正常生產，2 天后對該井進行相關測試，回油壓力為0.53 MPa，套管壓力為0.54 MPa，動液面深度為716 m，電流為9.7 A。電流未恢復到正常水平，28 日開始第二次熱洗，排量、時間不變。2 天后再進行相關測試，回油壓力為0.52 MPa，套管壓力為0.54 MPa，動液面深度為711 m，電流為9.0 A。電流恢復至正常水平，熱洗達到效果。

表4 2號井確定洗井參數相關數據記錄

分析2口井熱洗前后的測試數據，以“年洗井次數最少，年洗井用水量最少”為基本原則，確定“熱洗排量8 m3/h，熱洗時間3 h”作為G 油田潛油隔膜泵舉升工藝的合理洗井參數。

綜上所述，G油田的潛油隔膜泵舉升工藝的清蠟點為電動機上限電流的90%即10.3 A，合理洗井參數為熱洗排量8 m3/h，熱洗時間3 h。

2.3 潛油隔膜泵效率

潛油隔膜泵的結構與目前油田礦場在用的整筒泵有著本質上的不同，其設計無漏失點；因此，在舉升井液的過程中不產生漏失，泵的效率較高。

通過現場量油方式對潛油隔膜泵的泵效率進行了計算（表5）。計算結果表明，2口隔膜泵井平均泵效率可達89.8%，較整筒泵的27.6%高出62.2 個百分點。

表5 泵效率對比

2.4 潛油隔膜泵舉升工藝的優勢

潛油隔膜泵舉升工藝的地面設備除井口外只有配電箱，占地面積不足5 m2。在此工藝管理過程中，只需對配電箱進行操作即可實現參數調整、電流數據讀取、能耗數據讀取等功能；地面設備無需特殊保養，只需定期查看配電箱門、蓋是否完整即可。潛油隔膜泵舉升工藝設備具有占地面積小、操作簡單、維護修理便捷等優勢，可減輕一線員工的勞動強度，利于油井生產管理。

3 結論

1）潛油隔膜泵舉升工藝與游梁式抽油機舉升工藝相比，單耗低47.06%，系統效率高12.88 個百分點。

2）潛油隔膜泵的泵效率一般可達近90%，較整筒泵高出60%以上。

3）潛油隔膜泵舉升工藝清蠟點的確定源于其自身設計，不同油田可根據各自要求進行確定，并在實踐中不斷檢驗。

4）潛油隔膜泵舉升工藝的合理洗井參數的確定源于現場試驗，可有效指導G 油田的生產管理實踐。