潛油電泵特性曲線修正及宏觀控制圖應用

張建國

（中國石化集團國際石油勘探開發有限公司，北京100029）①

潛油電泵特性曲線修正及宏觀控制圖應用

張建國

（中國石化集團國際石油勘探開發有限公司，北京100029）①

為了通過宏觀控制圖準確描述潛油電泵井泵排量的合理度，消除實際抽汲時流體中含自由氣或含水的影響，提出根據油層產出流體的性質對泵的特性曲線進行黏度修正和含氣修正，并根據修正后的電潛泵特性曲線確定出符合實際流體條件的泵排量上下限，進而確定出泵排量合理度的方法。通過對比分析證明，考慮特性曲線修正后的電潛泵宏觀評價結果更加符合油井的實際工況，對指導油井日常管理具有重要意義。

潛油電泵；宏觀控制圖；特性曲線；修正

宏觀控制圖是電潛泵井工況分析的一種重要工具，通過對油井工況進行系統分析，可以及時準確掌握油井的生產狀態（油井生產是否出現故障、油井潛力是否得到充分發揮、油井工作制度是否合理可行），并根據發現的不同問題采取不同的治理措施，最終達到提高電泵井工作效率、挖掘油井生產潛力的目的。以泵入口壓力和泵排量合理度為坐標軸的宏觀控制圖既能表征油層的供液能力，又能直觀反映電潛泵的實際工作狀況。但是，鑒于目前在電潛泵井宏觀控制圖應用過程中，采用的電潛泵特性數據都是廠商提供的水力特性測試數據，這與電潛泵在油井生產中的實際工作狀態有較大差別。本文在運用電潛泵井宏觀控制圖評價油井工況時，對電潛泵特性曲線進行了一定的修正［1-3］。

1 電潛泵井宏觀控制圖制作原理

1.1 泵入口壓力計算［4-5］

泵入口壓力是衡量低氣液比的電潛泵井供液能力的一個重要指標，計算泵入口壓力的公式：密度，無因次；為氣柱段平均溫度，K；Z為氣柱段平均溫度、平均壓力下的壓縮因子；ρog為某一深度h處的油柱密度，kg／m3；Hi為油管進油口處的深度，m；g為常數，9.8 N／kg；dh為迭代步長，m；Δhi為第i小段油柱的高度，m；ρogi為第i小段油柱的平均密度，kg／m3；Δpoi為第小段油柱的壓差，Pa。

1.2 排量合理度計算

式中：K為排量合理度；QL為日產液量，m3／d；Qthmax為泵理論排量上限，m3／d；Qthmin為泵理論排量下限，m3／d。泵理論排量上下限是表征泵最佳排量范圍的參數，排量在該范圍內時，泵效較高，工作狀況較好。

1.3 電潛泵井宏觀控制圖

通過對電潛泵入口壓力上下限和泵排量合理度上下限的確定，可將電潛泵井宏觀控制圖分為9個不同的區域，如圖1所示。A區，產量潛力，泵型偏大；B區，產量潛力，泵型合理；C區，產量潛力，泵型偏小；D區，產量合理，泵型偏大；E區，合理；F區，產量合理，泵型偏小；G區，供液不足，泵型偏大；H區，供液不足，泵型合理；I區，供液不足，泵型偏小。

其中，4條界限的確定方法是：

1） 泵入口壓力上限（a） 將油井自噴所需的泵入口壓力即平均泵掛深度對應的靜液注高度產生的壓力值作為泵入口壓力上限，也可根據油田自身評價油井是否有潛力的標準來設置泵入口壓力上限。

式中：pin為泵入口壓力，Pa；pc為井口套壓，Pa；Δpo為油柱壓差，Pa；pg為動液面（氣柱與油柱界面）處的壓力，Pa；Hf為動液面深度，m；γg為天然氣相對

圖1 電潛泵宏觀控制圖

2） 泵入口壓力下限（b） 根據實際使用電潛泵的特性以及分離器分離氣體的能力，結合實際的泵入口氣液比與泵入口壓力之間的關系曲線，如圖2所示，即可確定出泵入口壓力下限。

3） 排量合理度的上限（d）和下限（c） 一般情況下，排量合理度的上下限分別為日產液量等于泵理論排量上限、泵理論排量下限時的數值，通常其下限為0，上限為1。

圖2 泵入口壓力與泵入口氣液比關系曲線

2 電潛泵特性曲線修正原理

由于電潛泵廠商提供的電潛泵特性曲線是針對純水的，而實際抽汲的都是含有一定自由氣或水的原油，因此，需根據油層產出流體的性質對泵的特性曲線進行黏度和含氣修正［6-8］。

2.1 泵特性的黏度修正系數

1） 排量黏度修正系數

式中：kQμ為排量黏度修正系數；Kq、Kg為計算中間參數；μ為在泵內溫度和壓力下的井液黏度，m Pa·s；μs為賽波林通用黏度，s；ρ為泵內井液密度，g／cm3；ηb為被選泵的最高泵效，小數。

2） 揚程黏度修正系數

式中：kHμ為揚程黏度修正系數；KH1、KH2為計算中間參數。

3） 軸功率黏度修正系數

式中：kNμ為軸功率黏度修正系數；KN1、KN2為中間計算參數。

2.2 泵特性的氣體修正系數（如圖3）

圖3 氣體修正系數圖版

氣體修正系數是根據實驗結果用插值方法進行計算，圖版如圖3所示。其中，KQG為泵排量氣體修正系數，KHEG為揚程和效率修正系數。

2.3 修正后的泵特性

通過考慮黏度和氣體對泵特性的影響，泵的特性參數修正公式為：

式中：I為第I級泵；H為第I級泵修正前揚程，m；H（I）為第I級泵修正后揚程，m；Q為第I級泵修正前排量，m3／d；Q（I）為第I級泵修正后排量，m3／d；η為第I級泵修正前泵效，小數；η（I）為第I級泵修正后泵效，小數；ρ（I）為第I級泵內井液密度，g／cm3；N（I）為第I級泵功率，k W。

3 特性曲線修正的應用

宏觀控制圖的制作是按區塊進行的，但對于每口油井的評價都是根據油井自身的實際參數進行的，因此參與評價的每口油井都需要對特性曲線進行修正。在此以某區塊的實際數據對比不考慮與考慮特性曲線修正時對宏觀控制圖評價結果的影響。

1） 不考慮特性曲線修正時的宏觀控制圖評價結果

按照常規方法，不管是計算排量合理度還是排量效率，其所用的排量值均為電潛泵廠商提供的水力特性數據，宏觀控制圖評價結果如圖4所示。

圖4 未考慮特性曲線修正時的宏觀控制圖評價結果

2） 考慮特性曲線修正時的宏觀控制圖評價結果

考慮流體黏度與氣體含量對泵特性影響的情況下，進行宏觀控制圖評價，結果如圖5所示。

3） 評價結果對比

比較圖4～5可見，在考慮特性曲線修正時的宏觀控制圖評價結果發生了較大改變，19口井中有14口井評價結果發生了變化，如表1所示。通過分析認為，評價結果發生變化的原因是：在考慮流體黏度和氣體的影響后，電潛泵的合理排量上下限發生了變化，總體而言，上下限均變小，因此使得排量合理度也發生了變化，最終導致了工況評價結果的變化。

圖5 考慮特性曲線修正時的宏觀控制圖評價結果

表1 評價結果統計數據

4 結論

1） 電潛泵井宏觀控制圖的制作是以泵入口壓力和泵排量合理度為坐標軸的，并根據對泵入口壓力和泵排量合理度上下限的界定，將電潛泵井宏觀控制圖分為9個不同的區域。該方法能較為合理地表征電潛泵井的工作狀況。

2） 對電潛泵特性曲線的修正主要考慮了流體黏度和泵入口氣體2個影響因素，并將修改后的特性曲線應用于電潛泵井宏觀評價中。

3） 考慮特性曲線修正的電潛泵宏觀評價結果與直接使用廠商提供的水力特性數據進行的宏觀評價結果相比，能夠更加準確地反映泵的實際工作狀況，從而為生產管理正確決策提供重要依據。

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ESP Characteristic Curve Revision and Application of M ocro-control Diagram

Z H A N G Jian-guo
（Sinopec International Petroleu m E xploration and Production Corporation，Beijing100029，China）

In order to determine pu m p displacement rationalization by M ocro-control diagra m with eliminating effect of free gas and produced water，viscosity and gas revisions are presented according to produced fluid fro m formation，then the upper and lower limit of ESP displacement fit for real fluid condition are derived fro m ESP characteristic curve，at the end，pu m p displacement rationalization is determined.Furtherm ore，in terms of co m paring ESP macro-evaluation result considering characteristic curve revision and that without，it has been proved that the former method conforms to the real situation m uch better than the latter，therefore，this method will be a good guide in ESP management at the oilfield.

electric sub mersible pu m p；m ocro-control diagra m；characteristic curve；revision

T E933.307

B

10.3969／j.issn.1001-3482.2014.08.017

1001-3482（2014）08-0078-04

2014-02-12

中海石油科研項目“油田開發生產系統優化決策技術研究”（2008Z X05024）

張建國（1984-），男，山東臨沂人，工程師，碩士，2009年畢業于俄羅斯國立石油天然氣大學油氣田開發工程專業，主要從事油氣田開發生產研究及管理工作，E-mail：jianguozhang.sipc＠sinopec.co m。