潜油电泵特性曲线修正及宏观控制图应用

张建国

（中国石化集团国际石油勘探开发有限公司，北京100029）①

潜油电泵特性曲线修正及宏观控制图应用

张建国

（中国石化集团国际石油勘探开发有限公司，北京100029）①

为了通过宏观控制图准确描述潜油电泵井泵排量的合理度，消除实际抽汲时流体中含自由气或含水的影响，提出根据油层产出流体的性质对泵的特性曲线进行黏度修正和含气修正，并根据修正后的电潜泵特性曲线确定出符合实际流体条件的泵排量上下限，进而确定出泵排量合理度的方法。通过对比分析证明，考虑特性曲线修正后的电潜泵宏观评价结果更加符合油井的实际工况，对指导油井日常管理具有重要意义。

潜油电泵；宏观控制图；特性曲线；修正

宏观控制图是电潜泵井工况分析的一种重要工具，通过对油井工况进行系统分析，可以及时准确掌握油井的生产状态（油井生产是否出现故障、油井潜力是否得到充分发挥、油井工作制度是否合理可行），并根据发现的不同问题采取不同的治理措施，最终达到提高电泵井工作效率、挖掘油井生产潜力的目的。以泵入口压力和泵排量合理度为坐标轴的宏观控制图既能表征油层的供液能力，又能直观反映电潜泵的实际工作状况。但是，鉴于目前在电潜泵井宏观控制图应用过程中，采用的电潜泵特性数据都是厂商提供的水力特性测试数据，这与电潜泵在油井生产中的实际工作状态有较大差别。本文在运用电潜泵井宏观控制图评价油井工况时，对电潜泵特性曲线进行了一定的修正［1-3］。

1 电潜泵井宏观控制图制作原理

1.1 泵入口压力计算［4-5］

泵入口压力是衡量低气液比的电潜泵井供液能力的一个重要指标，计算泵入口压力的公式：密度，无因次；为气柱段平均温度，K；Z为气柱段平均温度、平均压力下的压缩因子；ρog为某一深度h处的油柱密度，kg／m3；Hi为油管进油口处的深度，m；g为常数，9.8 N／kg；dh为迭代步长，m；Δhi为第i小段油柱的高度，m；ρogi为第i小段油柱的平均密度，kg／m3；Δpoi为第小段油柱的压差，Pa。

1.2 排量合理度计算

式中：K为排量合理度；QL为日产液量，m3／d；Qthmax为泵理论排量上限，m3／d；Qthmin为泵理论排量下限，m3／d。泵理论排量上下限是表征泵最佳排量范围的参数，排量在该范围内时，泵效较高，工作状况较好。

1.3 电潜泵井宏观控制图

通过对电潜泵入口压力上下限和泵排量合理度上下限的确定，可将电潜泵井宏观控制图分为9个不同的区域，如图1所示。A区，产量潜力，泵型偏大；B区，产量潜力，泵型合理；C区，产量潜力，泵型偏小；D区，产量合理，泵型偏大；E区，合理；F区，产量合理，泵型偏小；G区，供液不足，泵型偏大；H区，供液不足，泵型合理；I区，供液不足，泵型偏小。

其中，4条界限的确定方法是：

1） 泵入口压力上限（a） 将油井自喷所需的泵入口压力即平均泵挂深度对应的静液注高度产生的压力值作为泵入口压力上限，也可根据油田自身评价油井是否有潜力的标准来设置泵入口压力上限。

式中：pin为泵入口压力，Pa；pc为井口套压，Pa；Δpo为油柱压差，Pa；pg为动液面（气柱与油柱界面）处的压力，Pa；Hf为动液面深度，m；γg为天然气相对

图1 电潜泵宏观控制图

2） 泵入口压力下限（b） 根据实际使用电潜泵的特性以及分离器分离气体的能力，结合实际的泵入口气液比与泵入口压力之间的关系曲线，如图2所示，即可确定出泵入口压力下限。

3） 排量合理度的上限（d）和下限（c） 一般情况下，排量合理度的上下限分别为日产液量等于泵理论排量上限、泵理论排量下限时的数值，通常其下限为0，上限为1。

图2 泵入口压力与泵入口气液比关系曲线

2 电潜泵特性曲线修正原理

由于电潜泵厂商提供的电潜泵特性曲线是针对纯水的，而实际抽汲的都是含有一定自由气或水的原油，因此，需根据油层产出流体的性质对泵的特性曲线进行黏度和含气修正［6-8］。

2.1 泵特性的黏度修正系数

1） 排量黏度修正系数

式中：kQμ为排量黏度修正系数；Kq、Kg为计算中间参数；μ为在泵内温度和压力下的井液黏度，m Pa·s；μs为赛波林通用黏度，s；ρ为泵内井液密度，g／cm3；ηb为被选泵的最高泵效，小数。

2） 扬程黏度修正系数

式中：kHμ为扬程黏度修正系数；KH1、KH2为计算中间参数。

3） 轴功率黏度修正系数

式中：kNμ为轴功率黏度修正系数；KN1、KN2为中间计算参数。

2.2 泵特性的气体修正系数（如图3）

图3 气体修正系数图版

气体修正系数是根据实验结果用插值方法进行计算，图版如图3所示。其中，KQG为泵排量气体修正系数，KHEG为扬程和效率修正系数。

2.3 修正后的泵特性

通过考虑黏度和气体对泵特性的影响，泵的特性参数修正公式为：

式中：I为第I级泵；H为第I级泵修正前扬程，m；H（I）为第I级泵修正后扬程，m；Q为第I级泵修正前排量，m3／d；Q（I）为第I级泵修正后排量，m3／d；η为第I级泵修正前泵效，小数；η（I）为第I级泵修正后泵效，小数；ρ（I）为第I级泵内井液密度，g／cm3；N（I）为第I级泵功率，k W。

3 特性曲线修正的应用

宏观控制图的制作是按区块进行的，但对于每口油井的评价都是根据油井自身的实际参数进行的，因此参与评价的每口油井都需要对特性曲线进行修正。在此以某区块的实际数据对比不考虑与考虑特性曲线修正时对宏观控制图评价结果的影响。

1） 不考虑特性曲线修正时的宏观控制图评价结果

按照常规方法，不管是计算排量合理度还是排量效率，其所用的排量值均为电潜泵厂商提供的水力特性数据，宏观控制图评价结果如图4所示。

图4 未考虑特性曲线修正时的宏观控制图评价结果

2） 考虑特性曲线修正时的宏观控制图评价结果

考虑流体黏度与气体含量对泵特性影响的情况下，进行宏观控制图评价，结果如图5所示。

3） 评价结果对比

比较图4～5可见，在考虑特性曲线修正时的宏观控制图评价结果发生了较大改变，19口井中有14口井评价结果发生了变化，如表1所示。通过分析认为，评价结果发生变化的原因是：在考虑流体黏度和气体的影响后，电潜泵的合理排量上下限发生了变化，总体而言，上下限均变小，因此使得排量合理度也发生了变化，最终导致了工况评价结果的变化。

图5 考虑特性曲线修正时的宏观控制图评价结果

表1 评价结果统计数据

4 结论

1） 电潜泵井宏观控制图的制作是以泵入口压力和泵排量合理度为坐标轴的，并根据对泵入口压力和泵排量合理度上下限的界定，将电潜泵井宏观控制图分为9个不同的区域。该方法能较为合理地表征电潜泵井的工作状况。

2） 对电潜泵特性曲线的修正主要考虑了流体黏度和泵入口气体2个影响因素，并将修改后的特性曲线应用于电潜泵井宏观评价中。

3） 考虑特性曲线修正的电潜泵宏观评价结果与直接使用厂商提供的水力特性数据进行的宏观评价结果相比，能够更加准确地反映泵的实际工作状况，从而为生产管理正确决策提供重要依据。

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ESP Characteristic Curve Revision and Application of M ocro-control Diagram

Z H A N G Jian-guo
（Sinopec International Petroleu m E xploration and Production Corporation，Beijing100029，China）

In order to determine pu m p displacement rationalization by M ocro-control diagra m with eliminating effect of free gas and produced water，viscosity and gas revisions are presented according to produced fluid fro m formation，then the upper and lower limit of ESP displacement fit for real fluid condition are derived fro m ESP characteristic curve，at the end，pu m p displacement rationalization is determined.Furtherm ore，in terms of co m paring ESP macro-evaluation result considering characteristic curve revision and that without，it has been proved that the former method conforms to the real situation m uch better than the latter，therefore，this method will be a good guide in ESP management at the oilfield.

electric sub mersible pu m p；m ocro-control diagra m；characteristic curve；revision

T E933.307

B

10.3969／j.issn.1001-3482.2014.08.017

1001-3482（2014）08-0078-04

2014-02-12

中海石油科研项目“油田开发生产系统优化决策技术研究”（2008Z X05024）

张建国（1984-），男，山东临沂人，工程师，硕士，2009年毕业于俄罗斯国立石油天然气大学油气田开发工程专业，主要从事油气田开发生产研究及管理工作，E-mail：jianguozhang.sipc＠sinopec.co m。