潜油隔膜泵举升工艺在G油田的应用

2019-09-12李长生大庆油田有限责任公司第七采油厂

石油石化节能 2019年8期

李长生（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

随着油田开发的不断深入，近年来G油田大斜度井逐年增加。这部分大斜度井应用游梁式抽油机有杆举升，不同程度地存在着杆管偏磨严重、泵挂深度浅、产能发挥不充分等问题，但无杆举升工艺可以解决上述问题。2018年，G油田试验潜油隔膜泵举升工艺，为了检验该举升工艺的可靠性、稳定性，以及全生命周期长度，先期在2口直井上开展了先导试验，并在试验中不断改进其性能，为最终在大斜度井上应用奠定基础。

1 潜油隔膜泵举升工艺组成及其原理

1.1 工艺组成

潜油隔膜泵举升工艺由地面和井下两部分组成（图1）。地面核心部分是控制柜，配套部分有电子压力计、接线盒等；井下核心部分是潜油隔膜泵，配套部分有小扁电缆、动力电缆、泄油阀、井下传感器等。潜油隔膜泵（图2）由排出阀、吸入阀、橡胶隔膜、柱塞、偏心驱动、减速器、电动机等组成，该泵实际上是潜油电动机与柱塞隔膜的组合体[1]。

图1 潜油隔膜泵举升工艺图2 隔膜泵组成示意图组成示意图

1.2 工艺原理

地面配电箱给电，通过电缆启动电动机。电动机启动，经减速器带动偏心驱动，偏心驱动带动柱塞上下往复运动，柱塞通过复位弹簧与橡胶隔膜相连，带动隔膜运动。在吸入阀、排出阀的配合下实现液体进泵、排出，完成举升。

表1 潜油隔膜泵与游梁式抽油机举升工艺的能耗对比

2 现场试验及应用效果

2018 年5 月和8 月，在G 油田2 口井上应用了潜油隔膜泵举升工艺。截至目前，2 口井运行平稳，免修期已分别达到241 天和135 天，沉没度保持在合理水平，井底流压控制在地质部门给定的范围内。

2.1 潜油隔膜泵举升工艺能耗及系统效率

对2口井应用潜油隔膜泵举升工艺后能耗情况进行了评价。采用潜油隔膜泵举升工艺前，2 口井均运用游梁式抽油机举升工艺进行采油。在应用潜油隔膜泵举升工艺前后，2 口井各项生产数据基本一致的前提下，利用电参测试仪对各自系统的能耗情况进行了测试，并对相关数据进行了计算，计算结果见表1。结果显示，使用潜油隔膜泵后，2 口井的平均有功功率为2.475 kW，较应用前减少2.09 kW，日节电达到50.16 kWh，节电率为45.78%；同时，对两种举升工艺的吨液耗电情况进行了对比，潜油隔膜泵举升工艺的平均吨液举升能耗为6.835 kWh，较游梁式抽油机举升工艺减少6.075 kWh。

对两种举升工艺的系统效率进行对比，对油压、套压、动液面进行测试，利用罐车方式对日产液量进行量取，由原油举升系统的效率公式计算2口井举升方式改变前后的系统效率值[2]。

式中：η——系统效率，%；

Q——日产液量，t；

ρ——采出液密度，t/m3；

H液——动液面深度，m；

P油——油压，MPa；

P套——套压，MPa；

P实——实测有功功率，kW；

g——重力加速度，取9.8 m/s2。

计算结果见表2。结果表明，在G 油田的地质条件下[3]，机采井正常生产时，潜油隔膜泵举升工艺的系统效率可达25.18%，较游梁式抽油机举升工艺的系统效率高出12.88个百分点。

综上所述，在相同的地质条件下，机采井正常生产时，潜油隔膜泵举升工艺较游梁式抽油机举升工艺其日耗电量小、吨液举升能耗低、系统效率高，节能效果显著。

2.2 潜油隔膜泵举升工艺合理热洗参数的确定

热洗是确保机采井正常生产的有效手段之一，合理的清蜡点及热洗参数是机采井热洗的内在要求。潜油隔膜泵举升工艺与游梁式抽油机举升工艺差异较大，其合理的清蜡点判定及热洗参数的标准不能照搬游梁式抽油机举升工艺，有必要重新确定。

表2 潜油隔膜泵与游梁式抽油机举升工艺的系统效率对比

潜油隔膜泵井下电动机非直线电动机，其运转属单方向，运转过程中，只会呈现一个较为平稳的电流值。电动机电流值的大小可以直接反映举升工艺的负荷情况，因属无杆举升，系统的主要负荷表现在三个方面：举升高度、井口回油压力、油管内部蜡影响。考虑保持举升高度合理、井口回油压力平稳的情况下，电动机电流值与油管内部蜡影响之间具有较强的相关性。

G 油田试验的2 口井的电动机上限电流值为11.4 A。出厂设计要求，当实际电流达到上限值的90%时，必须采取应对措施，否则易发生故障。依其设计要求，将上限电流值的90%即实际电流达到10.3 A时作为系统的清蜡点。现场采取“一定热洗排量下，不同洗井时间的电流降幅”方式，对合理洗井参数进行确定。

1 号井合理洗井参数确定情况见表3。正常生产时，该井电流为9.1 A，此时，回油压力为0.5 MPa，套管压力为0.52 MPa，动液面深度为741 m。2018年10 月8 日，发现该井电流已上升至10.3 A，9 日对该井进行热洗。热洗排量为8 m3/h，热洗时间1.5 h。热洗后正常生产，3 天后对该井进行相关测试，回油压力为0.49 MPa，套管压力为0.51 MPa，动液面深度为736 m，电流为9.6 A。电流未恢复到正常水平，12 日开始第二次热洗，排量、时间不变。2 天后再进行相关测试，回油压力为0.49 MPa，套管压力为0.5 MPa，动液面深度为749 m，电流为9.1 A。电流恢复至正常水平，热洗达到效果。

表3 1号井确定洗井参数相关数据记录

2 号井合理洗井参数确定情况见表4。正常生产时，该井电流为9.0 A，此时，回油压力为0.55 MPa，套管压力为0.54 MPa，动液面深度为709 m。2018年11 月25 日，发现该井电流已上升至10.2 A，26日对该井进行热洗。热洗排量为8 m3/h，热洗时间1.5 h。热洗后正常生产，2 天后对该井进行相关测试，回油压力为0.53 MPa，套管压力为0.54 MPa，动液面深度为716 m，电流为9.7 A。电流未恢复到正常水平，28 日开始第二次热洗，排量、时间不变。2 天后再进行相关测试，回油压力为0.52 MPa，套管压力为0.54 MPa，动液面深度为711 m，电流为9.0 A。电流恢复至正常水平，热洗达到效果。

表4 2号井确定洗井参数相关数据记录

分析2口井热洗前后的测试数据，以“年洗井次数最少，年洗井用水量最少”为基本原则，确定“热洗排量8 m3/h，热洗时间3 h”作为G 油田潜油隔膜泵举升工艺的合理洗井参数。

综上所述，G油田的潜油隔膜泵举升工艺的清蜡点为电动机上限电流的90%即10.3 A，合理洗井参数为热洗排量8 m3/h，热洗时间3 h。

2.3 潜油隔膜泵效率

潜油隔膜泵的结构与目前油田矿场在用的整筒泵有着本质上的不同，其设计无漏失点；因此，在举升井液的过程中不产生漏失，泵的效率较高。

通过现场量油方式对潜油隔膜泵的泵效率进行了计算（表5）。计算结果表明，2口隔膜泵井平均泵效率可达89.8%，较整筒泵的27.6%高出62.2 个百分点。

表5 泵效率对比

2.4 潜油隔膜泵举升工艺的优势

潜油隔膜泵举升工艺的地面设备除井口外只有配电箱，占地面积不足5 m2。在此工艺管理过程中，只需对配电箱进行操作即可实现参数调整、电流数据读取、能耗数据读取等功能；地面设备无需特殊保养，只需定期查看配电箱门、盖是否完整即可。潜油隔膜泵举升工艺设备具有占地面积小、操作简单、维护修理便捷等优势，可减轻一线员工的劳动强度，利于油井生产管理。