電潛柱塞泵在水平井開發(fā)中的探索應(yīng)用

朱珺瓊（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

引言

大慶外圍油田葡萄花油層具有豐度低、滲透率低、油層薄、連續(xù)性差等特征，直井開發(fā)效益差。為探索低豐度儲(chǔ)量有效動(dòng)用新途徑，采油八廠于2002年開展了水平井開發(fā)低豐度葡萄花油藏試驗(yàn)[1]。水平井是指利用增加井眼軌跡在油層中的穿行距離，擴(kuò)大油井生產(chǎn)過程中的泄油面積，降低生產(chǎn)壓差和提高產(chǎn)量[2]，從而提高低滲透油田的采油速率和采收率。要想獲得較高的采收率和采油速率，可以將水平段的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)足夠長(zhǎng)，但相應(yīng)的油田水平井的開發(fā)成本會(huì)大幅度增加；反之，則會(huì)直接影響采油速率和采收率[3]，同時(shí)受到地層儲(chǔ)層發(fā)育的影響，水平井井身結(jié)構(gòu)差異性很大，造斜角度較大的水平井實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)舉升較困難。水平井平均單井初期產(chǎn)量相當(dāng)于周圍直井的3倍，產(chǎn)液量大，通常采用抽油機(jī)+抽油泵舉升方式。選用泵徑φ56或φ44整筒泵，受井身結(jié)構(gòu)限制，泵下至油層以上240～300 m左右；而傳統(tǒng)直井，抽油泵一般下至油層以上80 m左右。因此，采用抽油機(jī)舉升的水平井，生產(chǎn)過程中流壓偏高，影響水平井產(chǎn)能的充分發(fā)揮，系統(tǒng)效率低，噸油耗電高。為解決以上問題，考慮應(yīng)用無桿舉升技術(shù)，提高系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)高效開發(fā)。

目前除部分井采用提撈采油外，基本采用抽油機(jī)舉升，但抽油機(jī)舉升也存在以下問題：系統(tǒng)效率低、能耗高；桿管偏磨井作業(yè)比例高；地面設(shè)備存在一定安全隱患；低洼地區(qū)汛期影響正常生產(chǎn)。

1 電潛柱塞泵技術(shù)特點(diǎn)

大慶外圍油田產(chǎn)量低，不適于電泵舉升，受到低產(chǎn)、井深限制，采用螺桿泵效果也較差，因此考慮電潛柱塞泵高效舉升。電潛柱塞泵技術(shù)能夠有效解決現(xiàn)有機(jī)采方式適應(yīng)性及效益較差的問題。

往復(fù)式電潛柱塞泵系統(tǒng)是由直線電動(dòng)機(jī)、配套抽油泵、變頻控制系統(tǒng)三部分組成[4]。配套工藝主要有井下電纜保護(hù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、液面自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及電加熱清防蠟系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)定子與油管相連，動(dòng)子在控制系統(tǒng)的控制下帶動(dòng)柱塞沿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，泵位于上端，下部連接直線電動(dòng)機(jī)，液體由泵和電動(dòng)機(jī)中間的篩管進(jìn)入泵筒。該工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）一次性投資低。通過裝置和系統(tǒng)簡(jiǎn)化，大大降低了投資，且施工簡(jiǎn)單，容易維護(hù)。

2）運(yùn)行能耗低。無桿舉升消除了桿柱無效舉升和沖程損失所增加的無效能耗；同時(shí)，直線電動(dòng)機(jī)本身功率因數(shù)高，無需任何補(bǔ)償措施，解決了為滿足啟動(dòng)需要造成的負(fù)荷不足問題，具有明顯的節(jié)能效果。

3）采用無桿舉升，徹底避免了桿管的偏磨，更加適應(yīng)于定向井、水平井等特殊井眼軌跡生產(chǎn)井。

4）地面設(shè)備及井口簡(jiǎn)單，易損件少，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用低；無傳動(dòng)部件，安全性高；滲漏點(diǎn)少，不易對(duì)環(huán)境造成破壞；同時(shí)，對(duì)于低洼井區(qū)汛期仍可保證正常生產(chǎn)。

通過低產(chǎn)井舉升設(shè)備由抽油機(jī)更換為數(shù)控式往復(fù)電潛柱塞泵的調(diào)整措施，實(shí)現(xiàn)了降低單耗和延長(zhǎng)檢泵周期的目的，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[5]。

針對(duì)有桿泵舉升無法下入水平段生產(chǎn)，以及潛油電泵、氣舉、水力活塞泵、射流泵舉升工藝的不適應(yīng)性，水平井水平段舉升應(yīng)具備以下條件：采用無桿舉升；采用往復(fù)式抽油泵；能夠下入水平段任意位置；井下運(yùn)行相對(duì)安全可靠。通過分析論證，只有電潛柱塞泵高效舉升工藝能夠在理論上和實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)特殊水平井的有效開發(fā)。

2 適用范圍

通過前期研究和試驗(yàn)，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了整體優(yōu)化、設(shè)計(jì)水平抽油泵和材質(zhì)特殊工藝處理，形成了水平井電潛柱塞泵高效開發(fā)主體工藝技術(shù)。另外，配套試驗(yàn)了電加熱清防蠟工藝，將空心抽油桿下入電潛柱塞泵井油管內(nèi)，空心桿內(nèi)下入帶有絕緣扶正器的加熱桿，底部連接接觸器構(gòu)成回路；空心桿內(nèi)注入導(dǎo)熱介質(zhì)，對(duì)加熱桿通電產(chǎn)生熱能，加熱油管內(nèi)原油[6]。通過后期試驗(yàn)，水平井電潛柱塞泵高效舉升技術(shù)應(yīng)用效果較好。

水平井開發(fā)采用電潛柱塞泵舉升需要滿足的基本條件：

1）電潛柱塞泵及其配套工具，能夠下入中曲率半徑、51/2in（1 in=25.4 mm）套管完井的水平井水平段任意位置。

2）考慮水平井特殊井身結(jié)構(gòu)限制，為降低風(fēng)險(xiǎn)，水平井水平段舉升工藝不適合于壓裂完井或出砂水平井。

3）受舉升力較小及結(jié)蠟的影響，該舉升工藝適合于含水率大于60%，液量低于15 m3的油井。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

采油八廠水平井開發(fā)中，在14口井上先后應(yīng)用了電潛柱塞泵。初期試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了水平井水平段舉升，降低流壓深抽，提高泵效及系統(tǒng)效率的目的，但存在電動(dòng)機(jī)舉升力不足、檢泵周期短等問題。通過直線電動(dòng)機(jī)的整體優(yōu)化和定子、轉(zhuǎn)子的防腐和抗磨工藝處理，電纜保護(hù)器優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)后的直線電動(dòng)機(jī)舉升力達(dá)到了舉升需求，且耐用。

從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況看，與同排量抽油機(jī)相比，電潛柱塞泵節(jié)電率達(dá)49.7%，平均免修期418天，最長(zhǎng)免修期1272天。

4 經(jīng)濟(jì)效益

1）投資對(duì)比：抽油機(jī)系統(tǒng)考慮機(jī)、桿、泵、采油樹及配電系統(tǒng)，電潛柱塞泵系統(tǒng)考慮電泵機(jī)組、電纜、采油樹及配電系統(tǒng)，同時(shí)考慮基建施工及投產(chǎn)作業(yè)費(fèi)用。電潛柱塞泵與八型抽油機(jī)相比單井節(jié)資5.3萬元/口（表1）。

2）運(yùn)行、維護(hù)成本對(duì)比：不同舉升系統(tǒng)按運(yùn)行10年考慮，從作業(yè)維護(hù)、設(shè)備維修更換、運(yùn)行維護(hù)及電能消耗等方面分別測(cè)算兩種舉升方式維護(hù)費(fèi)用（表2）。運(yùn)行、維修費(fèi)用電潛柱塞泵比抽油機(jī)低2萬元/口。

3）與八型抽油機(jī)相比，電潛柱塞泵平均單井日節(jié)電78 kWh，按照工業(yè)用電收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)0.63元/kWh計(jì)算，單井年可節(jié)約電費(fèi)1.79萬元，14口井從2006年至2017年產(chǎn)生直接節(jié)電效益為48.97萬元。按照投資單井節(jié)約5.3萬元/口計(jì)算，14口井節(jié)約初期投資74.2萬元；按照運(yùn)行、維護(hù)成本單井每年節(jié)約2萬元/口計(jì)算，節(jié)約運(yùn)行成本54萬元。

表2 兩種舉升方式維護(hù)費(fèi)用對(duì)比 萬元/口

5 結(jié)論

電潛柱塞泵高效舉升屬于無桿采油技術(shù)，克服了井身結(jié)構(gòu)對(duì)水平井高效開發(fā)的影響，解決了定向井舉升存在的問題，消除了桿管偏磨的影響，降低作業(yè)成本，節(jié)能效果顯著。采用電潛柱塞泵舉升實(shí)現(xiàn)了水平井高效開發(fā)，經(jīng)過多年驗(yàn)證，能夠滿足適用水平井的生產(chǎn)需求，并且前期投資低，后期維護(hù)、運(yùn)行成本較抽油機(jī)舉升低，無地面可動(dòng)設(shè)備，工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低，也便于管理，提高了工作效率，使無法實(shí)現(xiàn)有桿泵舉升的水平井能夠正常投產(chǎn)。

[1]于海山，王劍，吳錯(cuò).大慶外圍油田葡萄花油層水平井壓裂技術(shù)進(jìn)展[J].油氣藏評(píng)價(jià)與開發(fā)，2013，3（2）：51-56.

[2]許國(guó)民，王衛(wèi)東，高忠敏，等.水平井技術(shù)在老區(qū)剩余油挖潛中的應(yīng)用[J].特種油氣藏，2007，14（6）：80-82.

[3]麻宇杰.關(guān)于水平井水平段影響因素的分析[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013（10）：116.

[4]樊文鋼.電潛柱塞泵在低滲透油田的應(yīng)用[J].中外能源，2013，18（10）：53-55.

[5]張大偉.數(shù)控式往復(fù)電潛柱塞泵在低產(chǎn)井上的節(jié)能應(yīng)用[J].石油石化節(jié)能，2013，3（5）：34-35.

[6]齊笛，陳靈山.電潛柱塞泵井空心桿電加熱清防蠟技術(shù)[J].油氣田地面工程，2014，33（10）：30.