深井小排量潛油電泵在塔里木油田的研究與應用

周懷光，沈建新，孫玉國，張新禮，程春杰，洪 濤

(1.中國石油塔里木油田分公司開發事業部，新疆 庫爾勒 841000;2.大慶力神泵業有限公司，黑龍江 大慶 163311)

潛油電泵[1］在塔里木油田已經應用24年，油田在電泵井技術管理方面積累了一定的經驗。目前大排量(＞100 m3/d)、低揚程(＜2 000 m)潛油電泵主要應用于高產井(＞100 m3/d)。塔里木部分油藏深度達到6 000m，井底溫度高達130℃以上，供液能力較差，使用有桿泵采油，因受機-桿-泵系統的額定載荷限制和井況的影響，生產過程中存在產液量低、泵效低、檢泵周期短的問題[2］。為此設計了小排量、高揚程潛油電泵機組，在該類井(下入深度3 500 m、日產液15～30 m3/d)現場應用取得了明顯的提液效果，且延長了此類井的檢泵周期。

1 小排量、高揚程深井潛油電泵選型

1.1 電泵性能參數

結合塔里木油田深井的井況及生產情況，制定的小排量、高揚程潛油電泵機組的適用井況條件為:生產套管直徑Φ157 mm、電泵機組工作環境溫度≤150℃、機組表面液體流速＞0.340 8 m/s、機組下入井段井斜≤5°。電泵機組的主要性能參數為:排量≤30 m3/d、揚程3 500 m。

1.2 電泵機組組成

井下裝置主要有潛油電機、保護器、分離器或吸入口、多級離心泵、潛油電纜、引接電纜頭、井下傳感器等組成;地面裝置主要有電泵采油樹、接線盒、變頻控制柜、變壓器等組成。

1.3 電泵主要裝置選型

潛油電泵機組組成部件主要是依據電泵的排量和揚程，確定井下和地面部件型號和技術參數。

1)多級離心泵選型。根據排量要求，先確定葉導輪尺寸，再由其特性曲線(圖1)確定單級揚程和泵效。由圖1可以看出，該機組葉導輪單級揚程為5.4 m/級，泵效36%，計算泵的總級數n:

式中，n—泵的總級數;h—泵的單級揚程，m;H—泵的額定揚程，m。

2)潛油電機選型。根據排量、揚程，由公式(2)計算泵的軸功率P;其次考慮油氣分離器和電機保護器的功率消耗，并結合該井套管尺寸、井溫，選擇電機的實際規格。

式中，P—離心泵所需軸功率，kW;Q—泵的額定排量 m3/d;γ1—井液平均相對密度，無量綱;η—泵的效率，%。

3)分離器和保護器選型。根據所選電機型號和該井的氣液比，確定分離器和保護器的型號。

4)潛油電纜的選型。根據井底溫度、電機功率、電機額定的電壓和電流等選擇電纜型號，長度由泵的下深決定。電纜的壓降損失和功率損失分別用式(3)和(4)計算[3］。

式中，ΔU—潛油電纜壓降損失，V;I—電機的額定電流，A;r—導體有效阻抗，Ω/km;cosφ—功率因數，無量綱;sinφ—無功率因數，無量綱;ΔP—潛油電纜功率損失，kW;R—潛油電纜的內阻，Ω。

5)變壓器的選型。根據電網電壓、頻率及電機功率、電纜壓降等確定變壓器容量，由式(5)計算。

式中，PT—變壓器的容量，kV·A;U—電機的額定電壓，V。

6)控制柜的選型。由機組現場使用條件和電機的功率、額定電流及機組額定電壓進行選配。

表1為深井小排量潛油電泵機組主要設備技術參數。

表1 深井小排量潛油電泵機組主要設備技術參數

2 現場應用

2.1 電泵機組試驗

小排量、高揚程深井[4］潛油電泵機組入井前，先在試驗井內進行性能試驗，合格后方可現場使用。由表2可以看出，該電泵機組滿足排量≤30 m3/d、揚程3 500 m的技術要求。

表2 深井小排量潛油電泵機組試驗數據

2.2 現場試驗

2.2.1 施工要求

1)模擬通井。加工專用通井規(外徑146 mm、長度10 m);用該通井規通井后，根據通井規磨損情況，采取相應作業處理手段通井合格，保證機組順利入井和起出。

2)降低下泵速度，增加電纜卡子數量。一般油井作業下油管速度控制在40～50根/h，每根油管打2只電纜卡子，而深井電泵機組下泵速度控制在20～30根/h，每根油管打3只電纜卡子，目的是防止電纜磨損和電纜由于自重而下滑。

2.2.2 現場試驗情況

2012年10月小排量、高揚程深井電泵在東河X1井進行了現場試驗，由Φ44 mm有桿泵井采油改為30 m3/d、揚程3 500 m的小排量深井電泵采油后，日產液由15 m3/d提高到40 m3/d，動液面3 018 m;隨后又在東河X2井、東河X3井和哈得X井應用，工況穩定。

3 應用分析

3.1 排量效率

東河X1井由有桿泵采油改用小排量、高揚程電泵采油后，排量效率133%，提液效果明顯(圖2)，截至2014年10月，累計增油13 126 t。現場應用4口井平均排量效率達106%，達到了設計排量的要求。

3.2 檢泵周期

表3是塔里木油田使用小排量、高揚程電泵后的檢泵周期統計表。可以看出，使用小排量電泵后檢泵周期平均延長了212 d，節省了作業費用。

表3 塔里木油田深井小排量潛油電泵檢泵周期

4 結論

1)深井小排量潛油電泵機組在東河X1井試驗成功，提液效果明顯，年增油1.3萬t。

2)深井小排量潛油電泵機組在塔里木油田4口井現場應用表明，電泵排量效率達到設計要求，且能夠延長油井檢泵周期。

3)對于低產液量、檢泵周期短、無復雜井況條件的油井，深井小排量潛油電泵機組具有良好的應用前景。

[1]梅思杰，邵永實，師世剛，等.潛油電泵技術[M］.北京:石油工業出版社，2004.

[2]齊正學，傅書貴，郭建良，等.小排量、高揚程潛油電泵機組設計與應用[J］.石油鉆采工藝，2012，34(4):71－74.

[3]萬仁傅，羅英俊.采油技術手冊(第四分冊)[M］.北京:石油工業出版社，2002.

[4]郭仕為.塔里木深井超深井采油技術應用分析[J］.中國石油和化工標準與質量，2013，19(1):73－73.