深层水淹气井电潜泵排采工艺优化分析

杜 洋，宋诗光，周兴付，赵哲军，徐晓峰，倪 杰

(1.中国石化西南油气分公司 a.石油工程技术研究院；b.川西采气厂，四川 德阳 618000；2.渤海石油装备(天津) 中成机械制造公司，天津 300280)

开发应用

深层水淹气井电潜泵排采工艺优化分析

杜 洋1a，宋诗光2，周兴付1b，赵哲军1a，徐晓峰1b，倪 杰1a

(1.中国石化西南油气分公司 a.石油工程技术研究院；b.川西采气厂，四川 德阳 618000；2.渤海石油装备(天津) 中成机械制造公司，天津 300280)

川西须家河气井见水后产水量迅速上升，易导致水淹停产。气藏高温、高压、超深的特征制约了常用排水采气工艺的应用。在DY1井引入电潜泵排水采气工艺，针对大斜度深层气井开展设计和施工工艺优化，评价排水采气效果，分析故障原因，认为电潜泵排水采气工艺能满足该井连续高强度排液要求。但是，受机组振动和地层流体腐蚀等因素影响，电潜泵排采工艺技术在深层气井中应用风险较大。

电潜泵；水淹井；排水采气；优化设计

电潜泵排水采气工艺是采用随油管一起下入井底的多级离心泵装置，将水淹气井中的积液从油管中迅速排出，降低对井底的回压，重新获得一定的生产压差，使水淹气井重新复产的一种机械排水采气生产工艺[1-6]。该工艺具有排量、扬程范围大、举升效率高、最大限度地降低井底压力，理论上可以将气井采至枯竭、可以根据产液变化要求进行变频调速、地面设备占用面积和空间小等特点[7]，近年来在川渝气田直井中被广泛使用。

1 试验井生产简况

DY1井是一口针对须家河二段的深层预探井，井深5 142 m，在距井口850 m处开始造斜，最大井斜角34.5°(4 140 m)。投产初期井口压力为42 MPa，初期日产气8×104m3，产出气体中CO2含量为1.85%，地层产出水为CaCl2型，日产约25 m3，氯离子质量浓度50 000 mg/L，流体具有一定的腐蚀性[8]。该井生产近3 a后因水淹关井，期间采用泡排、气举等排采工艺[9]，但由于该井产水量较大，均未达复产效果。为继续挖潜该井的产能，开展了排量更大的电潜泵排水采气工艺。

2 工艺施工参数优化

针对该井复杂的井身结构和地层流体性质，在工艺施工过程中开展了5方面的优化设计，最终顺利将机组下入4 400 m预设深度，创下川内气井电潜泵最深下深记录。

2.1 电潜泵机组参数设计

根据DY1井前期使用阀气举期间产液量95 m3/d，设计排液量为120 m3/d，机组下深应尽量靠近产层顶部[10]，则选择泵挂深度为4 400 m。结合泵的特性曲线，优选离心泵为中成机械制造公司的QYB-102型泵。泵的有效排量为96～144 m3/d，设计泵级数为587级，泵效55%，所需总功率为140 kW。电潜泵机组主要参数件表1。

表1 DY1井电潜泵机组参数

2.2 施工参数优化设计

1) 通井。该井造斜点多，井斜较大，最大狗腿度16.1°/100 m，考虑到总长39.8 m的ø138 mm电潜泵机组通过ø177.8 mm的套管可能会出现磕碰或遇阻的现象[11]，在通井时采用ø146.4 mm全尺寸通井规带ø138 mm模拟电机管柱入井，顺利到达井深4 467 m处，全程无遇阻现象，确保电潜泵机组能顺利入井。

2) 电缆的固定。电缆作为电泵机组输送电能的通道，部分又长期工作在高温、高压和具有腐蚀性流体的环境中而显得特别敏感，针对电缆的保护措施就显得十分重要，尤其是在这种斜度较大的深井中时[12]。因此，电潜泵入井时采用了多重电缆保护措施，如图1所示：①小扁电缆采用专用的小扁电缆保护器；②机组连接处用电缆扶正器固定；③造斜段油管接箍处采用铸铁卡子保护器；④电缆跨接处采用双联固定；⑤直井段油管接箍处采用不锈钢带固定。经过对电缆采取的多重防护手段，再结合人工操作时控制速度和有效监控，确保了电缆顺利入井。

图1 电缆的固定方式

3) 每下入20根油管监测一次机组电性参数和传感器工况，确保各参数正常且有效后继续施工作业。

4) 电缆跨接工艺。电缆在深度超过3 000 m的井中容易出现三相电流不平衡，单相电缆发热量大而影响动力电缆和机组的使用寿命，对3盘电缆对接处采用跨接工艺能有效避免这种情况的发生[13]。

5) 防腐措施。须家河组气藏天然气中CO2含量较高，同时地层水氯根和矿化度高，流体腐蚀性较强，为了减少腐蚀对电潜泵机组使用寿命的影响，机组入井时增加了一套牺牲阳极保护阴极装置[14]，下放位置位于电机尾部，有效作用范围为上下50 m。

3 排水采气效果分析

DY1井电潜泵已累计运转128 d，排出地层水1.45×104m3，累计产气10.66×104m3，最终因为管柱漏失形成短路，不能有效举升出地层产水而修井并提出管串。

电泵运转期间，通过传感器实测数据计算井底流压、产液指数与产液量之间的关系如图2所示，井底流压随吸入口压力的降低而降低，生产压差不断增大，日产水量逐渐减少，产液指数也越来越小，分析认为该井长期处于水淹状态，通过电潜泵持续大排量的排水，近井地带的积液不断被采出，有利于远端气体流向井筒，从而达到复产。其中，第1阶段以低频缓慢排水为主，井底流压由46.09降至26.3 MPa，压降速度为0.53 MPa/d，产液指数由29 m3/(MPa·d)降至5.3 m3/(MPa·d)，环空液面高度由距井口162 m最深下降至2 395 m，日产液93～206 m3。第2阶段在90 d关井后重启，机组以高频运转，井底流压迅速从47.09降至18.12 MPa，压降速度为0.91 MPa/d，产液指数由23.43 m3/(MPa·d)降至3.9 m3/(MPa·d)，环空液面深度由距井口325 m降至3 220 m。运行初期两根放喷管均能点燃火炬，焰高约0.8 m，随着吸入口压力降至21 MPa左右，套压开始上涨，井筒内两相流导致生产卡片出现带状，气井瞬产达1×104～1.5×104m3/d。但随着管柱开始漏失并形成短路，吸入口压力快速上涨，井底流压升高，环空液面上升，气井不再产气。

图2 井底流压、产液指数与产水量关系曲线

4 故障分析

通过修井检泵，确认故障为管柱漏失，漏失位置分别位于管串泄油器和泵出口位置。泄油器属于整个管柱最大的薄弱点，在长期高温高压高流速的影响下，油管内的水不断冲击泄油器阀芯，最终在金属阀芯外侧形成刺漏，如图3所示。泵出口与油管连接位置是整个管柱中压力最大、振动最强的部位。泵出口处采用的316L材质与P110油管强度不一致，经过单相液体冲刷时并无明显影响，但随着气体不断产出而产生的冲刷和管柱的振动，该位置发生刺漏并最终掉块，如图4所示。两处刺漏最终导致油管短路，地层水无法举升至地面而停机。测量电缆电性和机组部件，发现仍存在一些问题。

1) 电缆绝缘下降快。

电缆长期在水中浸泡，同时受环空中气体影响，绝缘性能下降较快。由完井时的428 MΩ降至5 MΩ。机组运行期间环空液面几乎保持在2 000 m以下，第1盘电缆受气体影响较大，在剪断第1盘电缆时，电缆中有气体释放出。分别对3盘电缆单独测试，电阻相等，单相绝缘均在2 000 MΩ以上，证明电缆各相正常。

图3 泄油器刺漏

图4 泵出口处刺漏

2) 机组振动影响管柱稳定。

机组之间连接均采用螺栓，在泵连接处发现螺栓损坏且呈对称分布，该位置处于管柱中振动最强处，机组强烈的振动导致了螺帽对称性的脱落和损坏，如图5所示。

图5 泵连接处螺栓破损

3) 流体腐蚀性较强。

入井时安装在传感器与导锥之间的长35 cm、直径10.188 cm的牺牲阳极保护阴极装置腐蚀严重，如图6所示，仅剩小片本体(长约10 cm，宽2 cm)，绝大部分在高温高压环境中，受气体中CO2溶于水呈酸性和高氯根影响造成腐蚀，表明该装置有效延缓了管柱的腐蚀，同时也再次证明井下流体腐蚀性较强。

图6 阴极保护装置腐蚀

5 结论

电潜泵排水采气工艺具有举升高度大、排液量大等特点。通过在DY1深层水淹井开展电潜泵优化设计和施工，机组顺利下至4 400 m并顺利运转128 d，但受管柱漏失影响导致最终停机检泵。通过该工艺的实践，得到以下认识：

1) 深层气井电潜泵施工应加强电缆保护。针对不同位置而采用的多种电缆保护器，应用电缆跨接技术，加密电性参数监测，能保障机组正常运行。

2) DY1井电潜泵初期排量达到240 m3/d，后期排液量达到110 m3/d，能迅速降低水淹气井井底流压，井筒掏空速度快，排液能力强，满足深层水淹气井强排水需求。

3) 机组振动和地层腐蚀性流体冲刷等因素造成管柱漏失，致使电潜泵在深井中运行寿命较短，应进一步加强机组扶正措施，并综合抗拉和防腐要求选择机组材质。

4) DY1井电缆总长超过4 000 m，井内压力和温度较高，电缆受气体压力变化影响而发生进气，电缆绝缘下降较快，也将导致机组使用寿命缩短。

[1] K.E 布朗.升举法采油工艺卷二(上)[M].北京：石油工业出版社，1987.

[2] 户贵华，程戈奇，童广岩，等.气井抽汲排液采气工艺的研究与应用[J].石油矿场机械，2006，35(6)：102-103.

[3] 秦勇，张政，白建平，等.沁水盆地南部煤层气井水源解析及合层排采可行性判识[J].煤炭学报，2014，39(9)：1892-1898.

[4] 王可可，彭小龙，孙晗森，等.水平分支井排水采油提高强底水薄油层产量[J].油气田地面工程，2011，30(10)：17-19.

[5] 余淑，田建峰.苏里格气田排水采气工艺技术研究与应用[J].钻采工艺，2012，35(3)：40-43.

[6] 田伟，白晓弘，郭彬.连续油管排水采气技术在苏里格气田的应用研究[J].化工技术与开发，2010，30(10)：14-15.

[7] 杨川东.采气工程[M].北京：石油工业出版社，1997.

[8] 王学强，彭杨，周朝定，等.气井电潜泵排水采气工艺技术进展及其应用[J].天然气工业，2013，33(增刊)：1-5.

[9] 乐宏，唐建荣，葛有琰.排水采气工艺技术[M].北京：石油工业出版社，2011.

[10] 张宗福，卢富国.电潜泵排水采气工艺在川南气田的实践[J].钻采工艺，1993，16(1)：96-98.

[11] 赵章明.电潜泵工艺在四川气田的应用与分析[J].钻采工艺，2004，27(2)：23-25.

[12] 陆秀林，秦伟，文明，等.天东90井电潜泵排水实施效果评价[J].天然气勘探与开发，2011，34(1)：42-46.

[13] 熊杰，王学强，孙新云，等.深井电潜泵排水采气工艺技术研究及应用[J].钻采工艺，2012，35(4)：60-61.

[14] 马进文，金文刚，李昌胜，等.电潜泵井防腐工艺探讨[J].石油化工腐蚀与防护，2012，29(1)：18-19.

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

国家青年科学基金项目“鲕粒灰岩渗透率非线性有效应力研究”(41404083)

杜 洋(1984-)，男，助理研究员，硕士，2012年毕业于西南石油大学，主要从事天然气开发与排水采气技术研究，E-mail：duyang1004@126.com。

TE935

A

10.3969/j.issn.1001-3482.2017.01.010

稿日期：2016-07-05