寬幅潛油電泵技術在渤海A油田的應用

楊洪濤

中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300459

1 項目背景

渤海油田潛油電泵井數多，所占比例高［1-2］，是海上油田最重要的人工舉升采油方式。在潛油電泵井選型中，常規做法是依靠軟件模擬等精細化手段精準預測產能、優化生產制度、加強儲層保護、開展酸化解堵、改善水驅效果等，以求產能達到預期，保障所選泵型處于合理運行范圍內，利于潛油電泵平穩持久生產運行，有效降低作業成本，穩油增產。但由于檢泵周期長、油藏動態變化等因素［3-6］，油藏產能變化幅度依然較大，油井產能變化及井況往往與機組不匹配，會對生產和能耗產生嚴重影響。以往生產數據表明,運行在低排量效率區的潛油電泵井，其嚴重影響油井產能及機組運轉壽命；運行在高排量效率區的潛油電泵井，其油井能耗損失較大，抑制了地層能量的發揮及應用。對于高低排量效率變化大的油井,需要多種泵型適應。因此，需要開發一種寬幅泵型，如圖1 所示，將合理排量范圍拓寬，使機組更好地適應油藏產能大幅變化，從而提高電泵機組泵效及機采設備適應井筒條件的能力。

圖1 寬幅泵特性曲線示意圖Fig.1 Schematic diagram of wide range pump characteristic curve

基于歷年的電泵井運行數據，故障井中有近20%機組沒有運行在電泵的合理排量范圍內，經過拆檢，發現這些機組存在以下共性問題：

①泵葉輪上或下減磨墊存在不同程度的磨損，加速了泵舉升能力的降低或喪失；

②保護器機械密封的磨損加速了電機進水，使其失去原有電氣性能；

③上下止推軸承的磨損加速了泵的失效；

④小排量泵的流道容易被細砂、油泥、結垢等堵塞甚至卡死。

降低這些井的故障率是我們面臨的難題。近年來，我們做了大量維保工作，力保每口井能夠在泵的最佳效率點附近工作，也取得了良好的效果。但在生產井中，仍有近20%的泵沒有運行在合理的排量范圍內。針對以上問題，除了通過工作制度優化、精細產能預測、儲層保護、酸化解堵、優化注水等常規措施來保障產液量與機組的匹配外，本文從機組本身性能出發，研究應用了寬幅潛油電泵技術，提升了機組適應產液大幅變化的能力，實現了控制修井頻次和提升系統效率，進而延長了機組壽命。

2 技術簡介

寬幅潛油電泵是指電泵具有更寬幅度的排量范圍。寬幅泵采用相似法，借助成熟、運行穩定的泵型進行升級優化，通過理論計算并結合試驗研究，升級改進葉輪和葉片形狀的同時，在導殼上增加平衡孔來平衡上下止推力，以減少對減磨墊及止推軸承的磨損。另外，減磨墊與葉輪一體成型，用來提高泵整體的耐磨性能。

寬幅泵采用寬流道的混相流葉輪設計，大幅度提高了離心泵對出砂井、雜質井的固相顆粒排除能力，也提升了高含氣井的排氣及防氣鎖能力。混相流葉輪設計增強了離心泵的揚程及效率，降低了止推力，并適應更寬的排量范圍。同時，導輪上的特殊“擋板”設計可以有效改進泵在不同排量下運行時揚程壓頭的損失。這些特殊的優化設計均使得寬幅泵的實際表現比普通離心泵更為高效，葉輪設計示意圖如圖2 所示。

圖2 葉輪設計示意圖Fig.2 Schematic diagram of impeller design

寬幅潛油電泵機組主要是為了適應生產井大幅度產液量變化的需求，潛油泵葉導輪的實際工作點可能會偏離高效點、額定點較多，軸向力變化也較大。因此，采用全壓縮型葉輪壓緊方式，泵軸向力主要傳遞給潛油保護器的高承載止推軸承，而葉輪之間沒有間隙，更有利于出砂環境電泵產品的長期運行。與常規泵的參數對比如表1 所示，相比常規泵，寬幅泵排量范圍更廣，單級效率更高，其處理自由氣能力可達15%～30%。

表1 常規泵與寬幅泵參數對比（以KF100 為例）Tab.1 Comparison of parameters between conventional pump and wide range pump （taking KF100 as an example）

寬幅泵設計立足于油井全生命周期的電泵運行特點，使之適應不同井況需求，如注水開發帶來的后期單井排量增加，或衰竭式開采帶來的后期單井排量迅速減少等情況。寬幅泵使一套電潛離心泵同時滿足油井前、中、后期的不同生產排量需求成為可能。

寬幅泵的特殊設計有效降低了葉輪上下兩個表面的液體軸向負載，允許泵可以工作在一個更寬的排量范圍，這就意味著一套泵可以適應不同時期油井產能的變化。以KF100 型號的寬幅泵為例，其排量適應范圍可以覆蓋36～215 m3/d。

3 現場應用及效果分析

2020 年以來，渤海A 油田A1井開始應用寬幅泵，電泵機組基本信息如表2 所示。

表2 A1 井電泵基本參數Tab.2 Basic parameters of electric pump of Well A1

渤海A 油田A1 井設計產量200 m3/d（50 Hz），檢泵后，由于衰竭開發，產能一直保持在100 m3/d（37 Hz），擬合到井下泵吸入口液量145.80 m3/d、泵出口液量114 m3/d，選用寬幅KF175 系列泵。目前電泵運行泵效處于推薦范圍內，在最佳效率點偏左位置，此生產狀態下，泵效理論上應為56.69%，運行頻率理論上為36.8 Hz，與實際吻合，根據實際生產情況擬合，電機負載39.1%，利于機組長久運行。

一方面，渤海A油田P9 井因平臺無修井機，檢泵作業成本極高，沙河街組儲層作業極易污染，故障后未及時恢復，檢泵后的產量風險很大；另一方面，關井已近3 年，結合有效解堵措施，產能潛力又可能很大。2021 年，采用KF100 系列寬幅泵，有效排量范圍在35～215 m3/d，投產50 Hz，運行產能近200 m3/d，泵效達63.8%。

渤海A 油田A17井檢泵拆檢時發現油泥、結垢堵塞泵體情況，原井下機組運轉2 個月后，產量由200 m3/d下降至40 m3/d；2021 年3 月，實施換泵作業，采用KF175系列寬幅泵，有效排量范圍為65～345 m3/d，運轉12 個月，穩產在250 m3/d，泵效達62.5%。

截至目前，渤海A油田應用寬幅潛油電泵20井次，機組平均運轉周期1 301 d，最長運行1 957 d。相比常規電泵，寬幅潛油電泵技術大幅提升A 油田電泵井平均檢泵周期1 年以上，平均機組故障率降低2%。

4 結 論

①通過技術創新，擴大了單泵合理排量范圍，拓寬了泵的高效區間，在電泵全壽命周期內，適應了油藏產量大幅變化，有效提高了泵效，減少了換泵頻次。

②寬幅泵設計更寬的流道及采用全壓縮型葉輪壓緊方式，具有較強的氣體處理能力，能有效解決油井出砂、油泥、析蠟等卡堵及氣鎖問題，可有效提升機組的適應能力。

③井場應用表明，寬幅潛油電泵技術可有效增寬泵的高效區,使電泵處于輕載運行狀態，有利于保護電泵長期穩定生產，從而實現單泵效益最大化。

④減少泵型種類、緩解機組庫存壓力、縮短作業供貨周期，有助于提升商務采辦效率。

⑤渤海A油田應用寬幅潛油電泵，可有效治理產能變化、高氣液比、出砂井、高溫油井等引起運轉周期降低的問題。相比常規機組，提升運轉周期365 d、最高運轉周期1 957 d，同時減少檢泵井6井次/年，預計避免原油產量損失6 000 m3/d，節省作業費用700 余萬元。寬幅潛油電泵技術應用后，對于提升油田電泵井管理、提質增效有巨大作用，技術成熟穩定，可以推廣應用。■