海上油田电潜泵井提液方案优化设计

于志刚　穆永威　曾玉斌　彭建峰　程利民　吴绍伟

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司， 广东 湛江 524057)



海上油田电潜泵井提液方案优化设计

于志刚穆永威曾玉斌彭建峰程利民吴绍伟

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司， 广东 湛江 524057)

摘要：电潜泵井换大泵提液作为海上油田稳产增产的重要措施，在许多油田得到了广泛应用且效果显著。针对海上油井及平台特点，综合论述了提液井换大泵优化设计的具体要求及在电泵设计时应考虑的各种影响因素。实践证明，该技术有效地提高了采液速度，达到了提液增油的目的，为油田的稳产增产发挥了重要作用。

关键词：电潜泵； 提液； 优化设计； 效果分析

目前，大部分海上油气田已进入开采的中后期，井况复杂。为保障油田的稳产增产，老油田挖潜任务十分艰巨。

作为海上油田最主要的举升方式，电潜泵井换大泵提液是油田增产稳产的重要措施。在进行换大泵优化设计时，应综合考虑老油田提液井的复杂井况，包括出砂、结垢、结蜡、腐蚀、井斜、管柱结构等多种因素；又要保证入井的电泵机组既能满足油藏提液要求，又能合理运转，延长电泵井检泵周期，实现增产降本。通过油井的潜力分析、电泵机组的优化设计及现场作业的精细化实施，南海西部油田换大泵提液井均取得了较好的增油效果。

1提液井的产能分析

电潜泵机组方案优化设计的关键是精确预测油井的流入特性，即要精确预测与分析油井产能。电潜泵机组排量的确定步骤如下：

(1)利用广义IPR曲线法进行油井产能分析与预测。该方法是在Vogel方程基础上演变而来的油气水三相产能预测方法[1-3]，公式见式(1)。

(1)

式中：q—— 油井产量，m3d；

qmax—— 纯液(油)相渗流时的最大产量，m3d；

pwf—— 井底流压，MPa；

pR—— 地层压力，MPa。

(2)分析多层油藏开采的流入特性。海上油田采油成本较高，为了在较短时间内提高采出程度，常采用多层合采。一般而言，同一套层系或相邻的油层，当其油层物性相差不大，压力系统相同，各层产能差异不大时，适合采取多层合采的方式。多层合采井的IPR曲线是分层IPR曲线的叠加。对于同时射开多层的油井，是实行多层合采还是单层开采，需根据各油藏的生产动态具体分析。

(3)当油井饱和压力不明确时，必须综合考虑产液量及水气比、油气比的大小。用无因次IPR曲线和采油指数曲线分别求得油井产能后，与该井开采历史数据对比，进行必要的加权修正。

(4)根据生产实际情况和一定周期内的已知油井采油指数曲线的变化趋势，拟合油井当前和今后一段时期的产能，从而确定合理的电潜泵机组排量。

2电潜泵机组优化设计与配套技术

2.1优化设计基本原则

海上油田作业费用高，为保证电泵机组高效合理运行，提高检泵周期，需对电潜泵机组排量进行优化设计，其应遵循的原则如下：

(1)合理选择泵型，使泵在最高效率点附近工作，并考虑油井3年内的供液能力的变化。

(2)泵的额定排量与油藏配产要求相匹配，额定扬程等于油井的总动压头，并满足计量和外输的需要。

(3)电机的输出功率能够满足举升液体需求，并尽可能涵盖较宽的变化范围，具有一定的提频空间。

(4)根据井况条件及电机参数选择规格配套的动力电缆。

(5)合理选择管柱尺寸，减少摩阻损失和油管冲蚀，节约成本，安全生产。

(6)结合平台要求，综合考虑用电量需求及电泵机组与控制柜、变压器的匹配要求。

2.2电潜泵机组推荐工况区

在选用电潜泵时需要了解电潜泵的特性曲线，以便判断所选用的电潜泵是否在高效区工作。通过电潜泵特性曲线图1可知，在抛物线顶部附近泵效率变化小，抛物线顶点是泵运行的最高效工作点，包含该点的小区域构成泵的推荐工况区。因此应对此区域内部及其边界扬程、排量和轴功率进行综合分析与验算。

图1　电潜泵特性曲线

当电潜泵的型号、扬程确定后，再根据选定泵型的排量系列，用对应的单级叶导轮最大轴功率而不是高效点的单级轴功率求取泵轴功率。也可根据已经计算的排量、扬程以及密度效率计算轴功率[3]，其计算公式为：

(2)

式中：P—— 泵轴功率，kW；

Q—— 泵的额定排量，m3d；

H—— 泵的扬程，m；

γ1—— 井液平均相对密度；

η——泵的效率，%。

2.4电缆选型

电缆线型选择取决于电缆的长度、电流、电阻、井温和电压降等数据。电压降一般限制为5%，铜的电阻率为1.724 1×10-8Ω·m。导体电阻率计算公式如下：

ρ=1.724 1×10-8×1.02×(234.5+T)254.5

(3)

A=(ρ×1.732×D×I)ΔV

(4)

式中：ρ—— 导体的电阻率，Ω·m；

T—— 井温，℃；

I—— 电机电流，A；

ΔV—— 电缆电压降，V；

D—— 电缆长度，m；

A—— 电缆线芯的横截面积，mm2。

2.5沉没度要求

电潜泵必须有足够的沉没度才能正常运转。如果吸入口流压过低，会导致供液不足甚至欠载停机，因此选择时需要充分考虑吸入口流压，选择合理的泵挂深度，以保证离心泵沉没度。为了确保电潜泵的正常生产，设计的电潜泵沉没度垂深应在 200 m 以上。

2.6电泵机组对狗腿度的要求

在斜井或定向井中下泵时，需考虑泵挂位置的狗腿度。在满足离心泵沉没度要求的前提下，不同机组尺寸和不同套管尺寸组合在下入过程中机组弯曲度应不超过3°30 m[4]。为了保证电潜泵机组的运转寿命，电潜泵机组运转位置处的狗腿度应小于 1°30 m。

2.7高气油比井配套技术

高气油比油井，应适当加深泵挂，使吸入口流压大于饱和压力，以避免游离气对泵效的影响[4-6]。如果加深泵挂不能解决气体对电潜泵机组的影响，则需加装相应的配套设备。当泵吸入口处自由气体积百分含量为10%～30%时，加装气体分离器，实现油气分离；当泵吸入口处自由气体积百分含量为 30%～70%时，采用气体处理器或多相流泵等装置，实现气液同采。

2.8防腐、防砂、防蜡、防垢配套技术

根据流体类型，分析是否存在腐蚀性流体，然后根据不同的情况选择相应的泵型和材质。

对于出砂油井，检泵时要进行冲砂洗井作业[7]。油井含砂量不应超过500 gm3。超过此标准的应根据具体情况下入不同等级的防砂电潜泵。

对于结蜡油井，在修井下入电潜泵前应进行刮蜡处理，并采取相应的防蜡措施。

对于结垢油井，一般采用防垢电潜泵机组，同时也可采用其他防垢设备或防垢措施。

2.9电泵工况监测配套技术

常规电泵工况仪测试参数有6个：泵吸入口温度、泵吸入口压力、泵排出口压力、电机绕组温度、泄漏电流、振动频率。安装电泵工况仪能准确预测油井产能，对电潜泵和地层条件进行实时监测。借助电泵工况仪，工程师可在地面实时了解井下主要设备的参数和信息，及时调整油井的工作制度。

2.10油管尺寸的选择

电潜泵提液井油管尺寸的选择主要考虑2个方面：(1)减少流体的滑脱损失和摩阻损失，充分考虑机组节能；(2)在满足油藏单井提液配产要求的同时，避免油管发生冲蚀。

电泵井配产较高时，使用尺寸较大的生产管柱可以减少摩阻损失，从而减少对电泵机组扬程和电机功率的需求，节约成本。

油管发生冲蚀的流速与配产有直接关系，需保证油井在最高配产条件下不发生冲蚀。当冲蚀流速比小于1时，油管不会发生冲蚀。因此选择油管尺寸时，需保证油井生产过程冲蚀流速比小于1。

2.11地面设备配套技术

电潜泵井地面设备主要需考虑变压器和控制柜(变频器)的选型。潜油电机所配变压器的容量应满足电机输入功率的要求。通常变压器的容量与电机功率的关系可表示为：

潜油电机的功率因数一般为0.82。考虑到电缆的损耗，选取的变压器容量还应包括使用余量。因此，变压器的容量计算公式表示为：

变频器选型需考虑变频器的效率及输出滤波器效率。其计算公式如下：

根据各个平台和机组使用情况，安全余量有所不同。在选泵设计时，计算电机的功率与举升扬程留有较大的余量，在此按一般工程进行计算，安全余量系数取1.2。

3矿场试验及应用效果评价

WC-X井于2012年5月投产，所下泵为100 m31 500 m电泵机组，合理排量范围为62～125 m3d。该井实际产液量在180 m3d左右波动，不在电泵机组的合理排量范围内。2013年底，根据井下压力计读数分析，该井产液指数为154 m3(MPa·d)，具有较大的提液潜力。

为提高油井产量，2014年2月对该井进行换大泵提液作业，优选400 m3800 m电泵机组入井。设计所需电泵轴功率为60 kW，下入机组电机额定容量为87 kW，满足一定范围内变频调产的需要。加装电泵工况仪，对电潜泵和油藏信息进行实时监测。设计泵挂深度为1 600 m，狗腿度为0.35°30 m(<1°30 m)。投产后泵吸入口流压为6.5 MPa。由于该井气油比较高，加装气体分离器。配套4#铅护套防腐防气电缆。下泵后该井生产稳定，日产液量410 m3，日产油量83 m3，日增油量55 m3。

根据油藏地质人员对油田提液潜力的分析结果，2014年南海西部海域共计实施换大泵提液作业12井次。在作业前进行了详细的电潜泵优化设计。作业实施后，各井电泵机组运转合理，达到了较好的提液增油效果，2014年累计增产原油10.5×104m3，占南海西部油田采取措施增产油量的46%。

4结语

换大泵提液是海上油田增产、稳产的重要措施，是老油田挖潜的重要手段。在进行换大泵优化设计时，应结合海上油井的各种条件，综合考虑，保证电泵机组的合理运转，提高电泵井的检泵周期。

参考文献

[1] 梅思杰,邵永实,刘军,等．潜油电泵技术：下册[M]．北京:石油工业出版社,2004：8-13．

[2] 张琪.采油工程原理与设计[M].东营:石油大学出版社,2005：19-23.

[3] 李颖川.采油工程[M].北京:石油工业出版社,2005：6-16.

[4] 《海上采油工程手册》编写组.海上采油工程手册:下册[M].北京：石油工业出版社,2001：850-853.

[6] 李波.高油气比油井潜油电泵采油工艺研究[J].石油矿场机械,2004,33(3):87-89.

[7] 雷万能,黄瑞祥,闫世伟,等.电泵井出砂结垢成因及处理措施[J].内蒙古石油化工,2008(5):62-64.

Optimization Design of ESP Well Extract for Offshore Oilfield

YUZhigangMUYongweiZENGYubinPENGJianfengCHENGLiminWUShaowei

(Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd., Zhanjiang Guangdong 524057, China)

Abstract:As an important measure of achieving stable producton for ESP wells, large pump has been widely used in many fields and has an obvious effect. According to characteristics of offshore oil well and platform, the paper optimizes the specific requirements for the optimization design of the ESP pump and the influencing factors in the designing process. Practice has proved that this technology can effectively improve the speed of production, and achieve the purpose of increasing oil. It plays an important role in the stable production of oil field.

Key words:ESP; extraction liquid; optimization design; effect analysis

收稿日期：2015-10-15

基金项目：中海油综合科研课题“海上在生产油气田挖潜增效技术研究”(CNOOC-KJ125 ZDXM06LTD03ZJ 12)

作者简介：于志刚(1982 — )，男，河北唐山人，硕士，工程师，研究方向为采油工艺。

中图分类号：TE933

文献标识码：A

文章编号：1673-1980(2016)03-0094-03