浅谈电泵分离器选用图版的研究及应用

赵祖德 李永强 高国栋

摘 要 电泵分离器的使用目的是保证在一定的沉没度压力下，避免电泵发生气锁。在什么情况下使用分离器是我厂面临的问题。为了避免气锁，一方面：一些不必要使用分离器的井也使用了分离器，增加了分离器失效落井的隐患；另一方面：大部分电泵井泵挂过深，导致沉没度明显偏大，造成大量不必要的油管和电缆的投资。

关键词 潜油电泵井；潜油电泵井分离器；潜油电泵井管柱优化技术

1 研究内容及成果

通過研究，当进泵流体的气液比小于8%时，泵的性能不会受到影响；而进泵流体的气液比大于10%时，电泵特性曲线会加速恶化[1]。目前我厂使用的旋转式分离器生产时对气液比的适应范围可达到30%[2]。因此本课题以气液比30%和8%作为上下限，来研究分离器的使用条件。

进液口处的气液比大小主要受沉没度压力，生产气油比，含水率，温度，原油、天然气物性等因素影响。想要准确判断一口电泵井是否采用分离器生产，需要考虑以上所有因素。

1.1 原油、天然气物性对气液比的影响研究

（1）对溶解气油比的影响。在其他条件不变的情况下，原油和天然气的物性决定了原油的溶解天然气量。根据相似相溶原理可知，原油的相对密度越小、天然气的相对密度越大，原油能溶解的天然气越多，气液比就越小，反之则越大。课题组统计了我厂380余口电泵井的原油相对密度，发现主要集中在0.91～0.95之间，原油平均相对密度为0.9312。

（2）对天然气压缩因子的影响。理想气体状态方程表明，理想气体体积只和压力、温度有关，而在研究天然气时还需要考虑压缩因子的影响，压缩因子不仅与温度、压力有关，还受天然气的组分影响。课题组统计了181口电泵产气的数据，得出了其平均相对密度为0.6569，平均组分百分比为甲烷87.45%，乙烷2.58%，丙烷2.49%，异丁烷0.41%、正丁烷0.92%、异戊烷0.34%、正戊烷0.26%、氮3.49%、二氧化碳2.03%。

经过统计，我厂电泵井的原油、天然气物性差异性很小，因此在以后的研究中我们将取其平均值来进行相应的计算。

1.2 温度对气液比的影响研究

温度对原油、天然气体积均有影响，温度越高，因为热膨胀其体积越大。溶解气油比也受温度的影响，温度越高原油的溶解气量越低。课题组统计了190余口电泵井的原始地层温度，发现我厂电泵井的地温梯度在2.3～3.3摄氏度之间。在我厂电泵井平均泵挂1500m的情况下，可估算出泵挂处温度最高为70℃。在以后的研究中，此温度当作定值来计算。

1.3 沉没度压力对气液比的影响研究

（1）对天然气体积系数的影响。在研究天然气体积系数时，通常会采用压缩因子状态方程。先根据天然气的组分、泵挂处温度，通过S-K图版法[3]，得出不同沉没度压力下的天然气压缩因子，再计算出天然气体积系数。

（2）对原油体积及溶解气量的影响。原油能溶解的气量除了与原油、天然气物性及温度有关外，还和压力有关系。另外，在等温条件下原油的体积系数又受溶解气量和压缩性影响。

在石油行业大概有几种通用的方法来估算原油溶解气量和体积系数，课题组找出了3种方法[3]：

Vazquez公式；Standing公式；Laster公式

对于不同的油田，最准确的方法是现场取样，根据大量的实验结果来反推出适合自身油田状况的公式。查阅文献发现，胜利采油院曾在油田范围内分层位、分区块开展过此类工作。由于我厂缺乏实验条件，所以以文献中的一组公式（砂一层）为基础[4]，与通用的三种方法进行比对，选出最适合我厂情况的计算方法。

通过对比得出：Vazquez公式与采油院公式的计算结果偏差最小，最适合我厂溶解气油比和原油体积系数的计算[4]。

1.4 含水率对气液比的影响研究

含水率决定了单位体积井液中原油和水的占比，井口原油产量决定了在泵挂处的溶解的气量和原油体积的占比，而水近似地看成不可压缩液体。所以在相同的生产气油比情况下，井液含水率越高泵挂处的气液比就越小。

1.5 生产气油比对气液比的影响研究

一口油井的产气量也会影响进泵游离气的多少。因为原油的溶解能力有上限，在相同的条件下，井口产气量越高进入泵内的游离气就越多。

1.6 分离器选用图版的绘制

通过以上分别对五种因素和气液比的关系研究，可以根据某一口电泵井的生产气油比、含水率、沉没度来判断其是否需要用分离器生产，由于计算公式复杂，所以可以给定不同的沉没度压力、含水率、生产气油比通过以下公式的计算结果来绘制出分离器选用图版，图版的优点是使用方便直观，避免了烦琐的计算。

课题组分别在3、4、5、6兆帕四种沉没度压力下，给定不同的含水率，计算对应的极限生产气油比，并根据结果绘制了分离器选用曲线（进泵气液比8%曲线），见图1。

如图中所示，图版的横坐标为含水率、纵坐标为生产气油比。任取一口电泵井的含水率和生产气油比，在图中找出对应的点，假如该井的沉没度在400m左右，就看该点和4MPa压力时8%曲线的关系，如果点落在曲线的右下方就选择吸入口生产，如果落在左上方就选择分离器生产；同样，判断这口井的合理沉没度，就根据该点左上方距离最近的一条曲线对应的压力换算为沉没度。

2 研究成果的应用情况

2.1 取消分离器情况

通过对分离器选用图版的应用，选取22口生产井采取取消分离器生产，液、油、含水等基本生产数据与作业前差别不大。综合气油比从取消分离器前的69上升到84，这是因为分离器生产时会有一部分气体被分离到油套环空中，改为吸入口生产时这部分气体就进入了泵筒。

课题组针对这22口井，按照沉没度分类：分为300m以下、300～400m、400～500m、500m以上，分别在3、4、5、6兆帕的图版上取点，未发现异常点，均与理论相符合

（1）沉没度300m以内取消分离器井生产情况见表1，其在图版上的点，见图2。

（2）沉没度400-500m取消分离器井生产情况变化，详见图3。

（3）沉没度500m以上取消分离器井生产情况变化，详见图4。

3 结束语

（1）通过22口电泵井的实际验证，分离器选用图版符合我厂电泵井的状况。

（2）分离器取消后，生产气油比会增加，均值为取消前的1.2倍。

（3）必须准确录取作业前液量、气量、含水率、沉没度等各项资料，使用该图版才有意义。

（4）图版显示：当含水在92%以下时，生产气油比是影响进泵气液比的主要因素；当含水大于96%时，含水率是影响进泵气液比的主要因素。

参考文献

[1] 关成尧，赵国春，张翼翼，等.套管放气井环空流动与电泵井合理沉没度计算方法[J].石油学报，2010，31（1）：152-156.

[2] 孙浩玉.离心旋流式高效油气分离器的研制及仿真研究[D].北京：中国石油大学（华东），2006.

[3] 秦积舜，李爱芬.油层物理学[M].北京：石油大学出版社，2003：37-47，67-80.

[4] 于伟杰，顾辉亮.开发中后期试井解释中的PVT及相关参数确定方法[J].油气地质与采收率，2004，11（2）：43-44.