高气油比条件下潜油电泵气体处理技术

傅 鹏，李维维，张宝亮

（1.渤海石油装备（天津）中成机械制造有限公司，天津 300280；2.中国石油渤海石油装备制造有限公司，天津 300457）

0 引言

近年来我国许多油田进入了开采末期，油田产量下滑较快，采油成本也不断升高，油田企业为了应对末期经营压力，从技术角度对自身生产环境进行优化升级，潜油电泵设备是油田中后期重要的机械采油设备之一。目前我国大多数油田采用游梁式抽油机作为地面采油设备，潜油电泵作为地下采油设备的组合工艺，实现原油的举升和开采工作。潜油电泵具有极强的举升功能，在相同占地面积的基础上具有更高的排量覆盖范围，符合现阶段多数油田的开发需求，在海上油田的表现更为突出。受潜油电泵的工作原理决定，其泵效与增压效果有着直接的关联，容易受到井液中气体含量的影响。

油田进入中后期开发阶段后，地层饱和压力差不断减少，尤其在已经接近衰竭的油田更为明显，直接导致了高气油比现象的出现，井液中游离气含量会迅速增加，当超过潜油电泵游离气含量最高数值时，潜油电泵工作会受到严重的影响，运行电流波动严重，产量受到影响。最严重时可能出现气锁现象，造成机组欠载停机。合理应用避气技术是确保潜油电泵工作质量的重要工作，基于常规避气技术提出塔式泵的设计理念，同时应用高级气体处理技术，提出在高气比的油层环境下确保潜油电泵高效工作的气体处理技术。

1 游离气体处理的影响因素分析

目前我国常见的潜油电泵采油工艺中，对泵处理游离气体能力有直接影响的因素主要有泵工况点、泵转速、叶轮类型和泵挂处流压：①不同的泵工况点位置有着不同的游离气体处理能力，一般情况下泵工况点位于最佳效率点左侧位置时，泵游离气体处理能力最佳，越靠近右侧，泵游离气体处理能力越弱；②泵转速与泵游离气体处理能力成正比，泵转速越高游离气体处理能力越强；③叶轮类型是泵气体处理能力的结构因素，轴向流泵游离气体处理能力最强，径向流泵则最弱；④泵挂处流压决定泵对游离气的耐受性，流压越高耐受性越强。

2 常规避气技术分析

目前在我国油田上应用的潜油电泵避气技术种类较多，但从技术原理角度可以分为，避气入泵技术和气体分离技术。

2.1 避气入泵技术

避气入泵技术的核心原理是通过改变泵体位置或增加相应配件，降低气体进入潜油泵的可能性，从根源上降低游离气对潜油电泵的影响。一般使用加深潜油泵的安装位置或安装导流罩等方式：加深位置需要根据吸入口流压与油藏饱和压力差值决定，在技术允许的情况下，应选择流压大于饱和压力的位置安装潜油泵；导流罩分为常规倒流罩、带延伸管的导流罩、导置式倒流罩等。

2.2 气体分离技术

气体分离技术是对已经进入潜油泵的游离气体进行气液分离的技术，一般利用离心力和气液成分的密度差进行分离，在高速旋转中，密度较高的液体会被甩在外圈，气体会滞留在中央位置，经过交叉流道时，气体被排出至环空。气体分离设备有旋转式气体分离设备和旋涡式气体分离设备两种：①旋转式气体分离设备在油气水三相总体积30%以下的游离气体分离中有着很好的表现，但功耗过高；②旋涡式气体分离设备通过叶轮带动流体产生旋涡流动，让液体产生压差进入轴流叶轮，实现气液分离，相比旋转式分离设备，分离效率更高，旋转部件少也具备更高的动平衡精度。

3 气体处理新技术分析

我国在气体处理的研究方面起步较晚，与西方国家在技术原理和实践经验方面都存在一定的差异，但近年来我国油田企业十分重视对潜油电泵气体分离技术的研究，取得了一定的研究成果。目前主要以塔式潜油电泵、高级气体处理技术、电机负载实时检测和转速实时控制等3 个方向进行研究。

（1）塔式潜油电泵是目前较新的潜油电泵类型之一。与传统潜油电泵最大的区别是塔式潜油电泵具有不同大小的泵型结构，由小至大排列，类似塔的结构，不同体积的泵体压力和气液总体积不同。该设计可以有效适应油气总体积的变化，提高泵处理气体的能力。

（2）高级气体处理技术是基于游离气体处理和离心泵的先进技术。该技术在游离气体进入潜油电泵的离心泵体前，就通过改变游离气体的形态和大小，对游离气体进行预处理，降低进入泵体的气泡直径，减少游离气体。对叶轮打孔，改变离心泵流道设计也是高级气体处理技术的应用方向之一，在采油的举升流程中，进入泵体内部的游离气体可以通过叶轮上的小孔进行分离排出，提高潜油电泵对游离气体的耐受性。

（3）监测电机负载。实时提高机组转速需在潜油电泵工作过程中对电机负载进行实时检测，根据检测结果调整电机转速，让潜油电泵从转速控制角度克服气体段塞的影响，达到平稳运行的目的。

4 应用效果分析

以大庆油田某潜油电泵油井为例进行技术实践应用效果的分析，该油井已经进入末期开采阶段，采用衰竭式开采模式，油藏垂直深度约为1230 m。经实地测量，地层压力约为12.66 MPa，饱和压力约为11.00 MPa，可以发现井饱和压力小于地层压力，属于高油气比油井。该井在投产初期属于自喷井，产液量可以达到60～100 m3/d，伴随不断的生产开发，地层能量逐渐降低，由自喷型逐渐转变为间歇自喷型油井，平均产油量约为20 m3/d，该时期的地层压力约为10.44 MPa、含水率为2.9%。

依据潜油电泵设计要求，油井地面产液量90 m3/d，泵挂垂深为1200 m。根据生产需求，对改进应用塔式潜油电泵和高级气体处理技术。计算泵吸入口处流压为3.7 MPa，流量为217 m3/d，游离气体积百分含量为54%，在GINPSH 泵操作范围内；计算MVP 多相流泵第一级叶轮处流压为4.2 MPa，流量为190 m3/d，游离气体积百分含量为47%，在MVP 多相流泵操作允许的范围内。

作业施工后该井的工况点在最佳效率点右侧，电流稳定，电泵运行平稳高效。

5 总结

基于高油气比条件下潜油电泵排气技术的新进展，研究得出如下结论：

（1）部分油井处于特殊时期时，泵工况点、泵转速、叶轮类型、泵挂处流压等对潜油电泵气体处理能力有着直接影响。

（2）基于常规避气技术和气体分离技术，提出了塔式电泵和高级气体处理技术、电机功率增加等全新技术优化方向。

（3）结合实际案例，对文章提及技术进行应用分析，并在案例分析该技术的实际应用效果。