正确评价排砂采油射流泵井百米吨液耗电及系统效率

2018-04-09冷仁春刘振浩

石油工业技术监督 2018年1期

冷仁春，刘振浩，冷　冰

1.中国石油长城钻探公司地质研究院（辽宁盘锦 124010）

2.中国石化胜利油田隆迪石油技术（装备）有限责任公司（山东滨州 256600）

3.中国石油辽河油田分公司钻采工艺研究院（辽宁盘锦 124010）

射流泵是含砂较高油井的最有效举升方法[1-3]。传统意义上认为，射流泵井百米吨液耗电较高、系统效率较低，因此，其应用受到了限制。多数应用表明，通过射流泵排砂后，不仅产量增加，而且往往动液面也会升高。其原因就是排砂后油井表皮系数可以变成一个绝对值较大的负值，从而导致油藏驱油能耗降低。传统评价油井百米吨液耗电和系统效率的方法因没有考虑排砂所引起的油藏能耗降低，不能正确反映排砂采油射流泵井的百米吨液耗电和系统效率。将考虑油藏驱油能耗降低因素在内的百米吨液耗电及系统效率分别称作折算百米吨液耗电及折算系统效率。射流泵举升一般可分为单管举升和双管举升，同心双管举升应用效果比较好。

1　排砂采油射流泵井折算百米吨液耗电

同心双管射流泵[4]的完井管柱如图1所示。

图1　同心双管射流泵完井管柱示意图

地面电机的输入动力源为三相交流电，则百米吨液耗电为[5]：

式中：X为百米吨液耗电，kW·h/（100m·t）；U为供给地面电机的三相交流电源线电压，V；I为供给地面电机的电流强度，A；cosΦ为功率因素，无因次；L1为动液面深度，m；q为油井产液量，m3/d；γ为井液平均重度，t/m3。

对于排砂采油，砂子的排出不仅可使表皮系数减小、动液面增高，产量增大。即排砂采油油藏能量利用效率因两个因素而增加:①生产压差的减小；②产量的升高。从而百米吨液油藏耗能降低值为:

式中：ΔX为排砂采油比不排砂采油百米吨液油藏耗能降低值，kW·h/（100m·t）；q1、q2分别为同一口井不排砂与排砂采油的产量，m3/d；ΔL为同一口井当不排砂与排砂采油产量分别为q1、q2时，后者比前者动液面升高值，m。

考虑到油藏能耗降低因素后的百米吨液耗电称为折算百米吨液耗电。由式（1）和式（2），有:

式中：Xa为考虑油藏能耗降低因素时排砂采油射流泵的折算百米吨液耗电，kW·h/（100m·t）。

式（3）即为考虑油藏因素的折算百米吨液耗电。可见，排砂后，若考虑油藏能耗降低因素，则排砂采油射流泵百米吨液耗电会比传统意义上的百米吨液耗电小一个可观的数值（表1）。

由表1可见，在没有考虑射流泵排砂而使得油藏驱油能耗降低时，射流泵百米吨液耗电略高于有杆抽油泵百米吨液耗电。

2　排砂采油射流泵井折算系统效率

2.1　油井系统效率

油井系统效率可以写成[6]：

式中：η为不排砂井系统效率，%。

射流泵井能量消耗由地面电机、地面泵、地面管线、动力液油管、井下射流泵、动力液油管与外层油管环空混合物和地面回压的能耗所组成：系统效率=地面电机效率×地面泵效×地面管线效率×动力液油管效率×井下射流泵效率×动力液油管与外层油管环空混合物流动效率×地面回压造成的效率。

表1　百米吨液耗电统计表

2.2　排砂采油射流泵折算系统效率

常规意义上油井系统效率是不考虑采油过程中油藏能耗的变化，其与排砂采油的采液指数分别为：

式中：J1、J2分别为不排砂采油和排砂采油的采液指数，m3/(d·MPa)；ps为地层静压，Pa；pwf1、pwf2分别为不排砂采油和排砂采油的井底流压，MPa。

排砂后，J2＞J1，即说明排砂后油藏驱动效率增高，其值为:

式中：Δη为排砂采油比不排砂采油油藏能量效率的增加值，%。

由式（8）可以看出，pwf2越大（即动液面升高的越大）及q2越大，油藏效率的增加越大。可以说油藏效率的增加相当于给油藏额外注水保持油藏能量了。

考虑排砂采油油藏效率增加的油井系统效率称为折算系统效率，即为式（4）和式（8）右边的和：

式中：ηα为考虑油藏因素在内的排砂采油射流泵井的折算系统效率，%。

由达西方程[7]，有:

式中：q1、q2分别为不排砂与排砂采油时油井产液量，m3/d；ps、pwf1、pwf2分别为油层静压、不排砂采油井底流压及排砂采油井底流压，MPa；π为圆周率，无因次；k为油层渗透率，μm2；h为油层有效厚度，m；Re、rw为油井控制的油藏半径和井半径，m；μ为井液黏度，mPa·s；S1、S2分别为不排砂与排砂采油时表皮系数，无因次；α为单位换算系数，86.4。

式（10）与（11）相除后，有：

由式（13）可以看出，排砂后系统效率由两部分组成：一个是传统意义上的系统效率；另一个是油藏能耗降低而引起的油井系统效率的提高。而后者全取决于排砂后油井表皮系数的降低大小。实际上，排砂后，S2≤S1。一般地，S2＜0 。S1和S2可以通过压力恢复试井或生产测井而获得。

将式（1）代入式（13），有：

式（14）说明了排砂采油系统效率与百米吨液耗电之间具有减函数关系。

对式（14），若Xa=7.97 kW·h/(100 m·t)、Re=60 m、rw=0.106 m，则折算系统效率与排砂前后表皮系数的关系可以做出曲线，如图2所示。

图2　折算系统效率与排砂前后表皮系数的关系曲线

（X2=7.97 kW·h/(100 m·t)、Re=60 m、rw=0.106 m）

由图2可以看出：①排砂前油井表皮系数S2越大，折算系统效率ηα越大；②排砂后油井表皮系数绝对值越大，折算系统效率ηα越大；③∣S2∣较大时，表皮系数对ηα敏感性较大。所以，对于排砂采油，排砂前污染越严重，排砂后表皮系数绝对值越大，折算系统效率越高。

3　计算实例

中国石化胜利油田分公司和中国石油大港油田分公司应用同心双管射流泵排砂采油276口井（截至2015年底），经统计，折算百米吨液耗电一般不高于不排砂有杆泵的百米吨液耗电，折算系统效率不低于不排砂有杆泵的系统效率。其中郑408-8井先后下有杆泵和射流泵生产。为了评价不排砂采油的百米吨液耗电及系统效率，测取了该井的产量、动液面及表皮系数等数据并计算了排砂射流泵的百米吨液耗电及系统效率，见表2。