淺談罐裝系統電潛泵在高油氣比惠州25-4油田N層的應用

代 文，唐文峰，黃映仕

目前，主要存在的人工舉升方式有梁式抽油機，電潛泵以及氣舉等。電潛泵作為海上石油平臺人工舉升方式首選有著占地面積小，維護簡單，可調產量范圍寬等獨特優勢。海上油田由于環境限制其開采成本相比較陸地油田普遍要高。所以潛油電泵機組的檢泵修井周期，尤其在油價波動時期，是油井生產中一項重要的技術經濟指標。一次檢泵修井的費用包括了材料的運輸，井下設備的采購，井隊以及相關作業人員的日費支出。在當前低油價時期，通過充分了解油藏信息，選擇合適的生產管串對于延長修井檢泵周期，減少作業者的修井支出就顯的格外重要[1]。

中海油惠州25-4油田（以下簡稱惠州25-4油田）位于中國南海珠江口盆地16和19區塊，距蛇口東南約190 km,惠州19-2油田相距6 km，水深102 m。2005年12月鉆HZ25-4-1井發現惠州25-4油田。由于地質儲量較小,因此利用惠州19-2平臺應用大位移鉆井技術進行開發。2006年11月ODP獲得批準。2007年11月油田投產。2009年12月HZ25-4-3井確認文昌組砂巖油氣藏，新增石油地質儲量605×104m3。惠州25-4油田N層系油藏是在基底隆起上發育起來的披覆背斜構造，主體構造形態比較簡單，屬于單一構造單元，但是由于小斷層的存在，使油氣的運移及成藏變得復雜。N層系油層發育在下第三系始新統恩平組上部至文昌組下部，埋深3 630～3 830 m，孔隙砂巖的孔隙度在9%以上，屬于中低孔隙度、中低滲透率儲集層[2]。

1　電潛泵泵送原理及其完井方式

電潛泵為多級離心泵。泵送流體時高速旋轉的葉輪會給與葉輪上液體一定的離心力。受到離心力的作用，井液會跟隨葉輪一并旋轉運動獲得動能。當井液離開葉輪進入導輪時運動速度降低動能轉換為靜壓能得到了一定的壓頭[3]。通過對于井底流動情況的了解以及地面的需要得到所需要的壓頭，并得到所需要的級數。

對于裸泵生產方式則是由生產管柱下方直接懸掛電潛泵機組，下入到對應深度后實現降低井底流動壓力從而達到生產的目的。在渤海以及南海的油田中這是最為普遍以及經濟的一種完井方式。但是對于有多個層位的生產井只能合并開采，不能達到分層開采的目的。井底壓差可以根據油嘴開關的大小以及頻率的變化實現調整。但是在下入過程中機組本體以及動力小扁電纜直接暴露在套管中，容易受到傷害，對于套管內壁不是很光滑的井段容易受到機械傷害導致絕緣丟。Y形管柱則是通過對油管下方連接Y接頭，電泵機組懸掛于油管旁，旁通管則直接接在油管同側。在多層生產井中，下部完井配合下入層位封隔器，頂部分隔器。下入生產管柱時，旁通管一側配有定位密封以及可開關滑套連同電泵一起下入井中。打開以及閉合相對應層位的滑套從而實現對于多層位油井的選擇性層位開采。同時也可以直接通過旁通管進行取樣，測井，循環等作業。但是由于旁通管的存在，機組以及旁通管的共同外徑較大，容易導致在下入過程中的遇阻。對于罐裝電潛泵系統來說，下部完井時需要下入頂部封隔器，同時將電泵機組安裝在一個封閉的罐裝系統內中，灌裝系統下部帶有插入密封。下入生產管柱時油管下部連接密封的罐裝系統，將插入密封插入頂部分隔器中，地層流體通過插入密封進入機組與罐裝的換空中。實現了將油套環空與井液隔絕的目的，可以防止電纜受到井液的腐蝕，同時又能夠保護套管。將機組下入罐裝中，由于罐裝為整體的連續的管串，在井壁中下入不僅保護機組同時降低遇阻風險，同時直接將電泵機組下入罐裝系統中，提高液體流速，加快機組散熱，從而延長機組運行壽命[4]。

2　HZ25-4-3 ERW井裸泵完井方案

HZ25-4-3為大位移開發井，鉆遇N層系厚度較為客觀的油層，開發生產動態情況較好。3井于2010年11月完鉆。同年12月首次完井，下入裸泵一套，下深為4 948 m。采用貝克休斯人工舉升設計軟件AutoGraphPC[1]模擬井下參數，井眼軌跡以及油藏參數見表1。

HZ25-4-3ERW定向井，采用244.48 mm 47#N80套管完井，177.8 mm割縫尾管掛深5 016.2 m，下深7 080 m。射孔層位3層，分別為6 990～7 012 m、7 014～7 042 m、7 045～7 064 m。未采用預充填篩管，或者環空打砂等下部完井完井方式。擬定生產電泵下到244.48 mm套管內，泵掛斜深為4 948.32 m，上部采用電潛泵過電纜封隔器，坐封斜深為1 293 m。油藏和生產參數見表2。

通過對于井下狀態模擬，AutoGraphPC軟件選擇機組，下入裸泵一套。泵掛處的套管尺寸為244.48 mm，下入ESP尺寸為500系列。下入過程順利，未發生遇阻情況，下入過程測試系統絕緣良好，下至泵掛設計位置測量絕緣值為81 MΩ，三相直阻為9.0Ω。地面變壓器改變檔位至2 580 V。

3　HZ25-4-3 ERW首次完井運行狀況分析

3-ERW首次完井后于2010年12月16日啟泵生產，初期生產狀況良好。日產液201.1 m3，含水率為2%。日產氣6 570 m3，氣油比33.4。正常生產至2011年6月17日，發現套壓快速升至9.66 MPa（1 400 psi)，保持穩定后泄壓失敗。于2011年6月18日停井，原因為海底管道泄漏。油管注柴油發現套壓升高，初步懷疑油管泄露，后期確定漏點，關閉安全閥觀察油管壓力變化。發現油壓從9.66 MPa下降至1.38 MPa(200 psi)，同時套管壓力無變化，判定油管漏點在安全閥以下。決定起出管柱，修井作業。

表1　井眼軌跡數據（截取部分）

表2　油藏及生產參數

4　修井方案制定

2011年7月17日開始起井作業，起出過程發現油管無漏點，且機組以及電纜絕緣正常，并未發現異常。保護器以及電機盤軸順滑，無阻力。在上部保護器的上膠囊腔的內腔發現井液，同時泵盤軸較為困難，但是不影響正常運轉。管串起出后發現生產封隔器密封膠皮損壞嚴重，再加上壓井作業的試驗數據表明，該井因封隔器失效，造成套管環空壓力升高。經過分析討論，判定封隔器失效可能與機組距離較遠，電潛泵運行產生振動及封隔器底部管串的自身重量有關。因此決定采用底部增加貝克休斯DB-1型封隔器+鎖緊式插入密封組合，中部電潛泵+罐裝系統組合，上部過電纜封隔器+滑套+井下安全閥組合設計，該完井系統設計組合使井液與油套環空完全隔離，不僅延長電潛泵系統的運行壽命，更大大避免和緩解氣體及井液對套管的氣蝕和腐蝕的速率，從而降低油井后期修井成本。

4.1　底部DB-1型封隔器+鎖緊式插入密封組合特點及優勢

DB-1型封隔器+鎖緊式插入密封組合功能與RC油藏控制閥功能類似，成本較低；隔離產層井液與上部套管接觸，避免氣體和井液對244.48 mm N80套管的氣蝕或者腐蝕。

4.2　中部電潛泵+罐裝系統組合特點及優勢

電潛泵與首次裸泵完井時同種類型機組。泵和保護器使用新的，電機起出測試合格后重新入井，這樣節省設備成本；罐裝系統使用193.68 mm偏心電泵罐裝系統。罐裝系統特點:

1）罐裝懸掛器。用以密封整個罐裝系統并承受整個下部罐裝系統的重量，懸掛器與套管間的O圈用以密封罐裝系統內部。此外，懸掛器提供電纜穿越通道，使電纜可以從懸掛器中穿過。

2）下部變徑。是整個罐裝系統的最下部組成部分，用以將178 mm BTC扣變為114 mm EUE扣型，從而連接下部油管或工具串，如鎖緊式插入密封。

3）配長短節及可調短節。用以保證電潛泵機組下部與罐裝系統底部有足夠的空間，同時保證有效的小扁電纜松緊度，并在電潛泵吸入口上方留有足夠的空間用以暫時儲存游離氣體。

4）放氣閥。安裝在罐裝懸掛器外部的單向閥，通過一條9.52 mm管線聯通至油管，在正常生產過程中，罐裝系統內部的氣體聚集在系統內部環空的上部，油管壓力高于罐裝系統內部的環空壓力，單向閥保持關閉。停泵狀態下，油管壓力下降，罐裝系統環空壓力高于油管壓力，單向閥打開，氣體由罐裝系統內部流向油管，從而在下次起泵生產的時候從油管排出，形成罐裝系統內部的氣體排放。

罐裝系統優點:

1）增加套管使用壽命。對比常規完井方式，罐裝系統有效地隔絕了生產管柱與套管，尤其在含CO2及H2S的生產井中，配套使用Cr13材質及高氣密扣型的罐裝系統及油管，可以將腐蝕物質完全隔絕在油管及灌裝系統中，保證套管不會受到酸蝕，極大地增加了套管的使用壽命，在減少套管成本的同時減少修井次數。

2）保護電潛泵機組及小扁電纜。由于大斜度井的井身結構復雜，狗腿度大，在下入電潛泵機組的過程中電潛泵及電纜很容易與井壁產生磕碰從而造成損壞。在增加了罐裝系統后，將電潛泵機組及電纜保護在罐裝系統內部，因此在下入過程中在可以保證一定下入速度的同時，也可以保證電潛泵機組和小扁電纜的安全。

3）配合底部DB-1型封隔器+鎖緊式插入密封使用。當管串鎖緊式插入密封進入DB-1型封隔器后，形成密封與罐裝系統配合隔離生產套管與油藏流體，上部與過電纜封隔器配合，在環空形成一個密閉空間，在完井的過程中可以在環空中的隔離液中加入化學藥劑如緩蝕劑、殺菌劑及除氧劑減緩以對生產套管的腐蝕。另外，鎖緊式插入密封插入鎖緊時需要較大的壓力，罐裝系統的套管具有較大的垂直抗擠壓強度從而可以將插入時的壓力均勻地分散在套管管壁上防止對電潛泵機組及油管的損害。

4）增加電潛泵電機降溫效率。電潛泵電機溫度是決定電潛泵系統壽命的重要指標，較高的電機溫度會造成電機的過早損壞。在日常生產過程中，電機的溫度主要由流經電機的井液帶走從而實現電機的降溫。而在井液流動性較差或井底溫度較高的井中，井液為電機降溫的能力將大大下降。使用罐裝系統時，電機與罐裝系統套管間的環空空間較小，從而增加了流經電機周圍井液的流速，進而大幅度提升了電機的降溫效果。而該井正是含氣且產量較低，電機溫升較高，采用該罐裝系統可大大增加電機的降溫效率。

5）使用穩定性及可靠性高。中國市場貝克休斯公司自2004年就開始在渤海區域設計安裝罐裝電泵系統，有著豐富的設計和安裝經驗。罐裝電泵系統應用區塊不限于曹妃甸作業公司、ROC石油公司、中海油湛江分公司等多達200多口井次，平均運行壽命都超過1 200 d。系統的穩定性和可靠性有著極高的保證。

4.3　上部過電纜封隔器+滑套+井下安全閥組合特點及優勢

底部封隔器+鎖緊式插入密封及中部罐裝電泵系統組合完井方式，可以不使用上部的過電纜封隔器，但在討論該井修井方案時，考慮到電潛泵在實際運轉過程中會產生振動，為防止底部插入密封因振動影響串氣到上部環空，增加整體套壓升高，縮短修井周期，增加生產修井成本。因此，上部增加過電纜封隔器，即使下部插入密封失效，上部封隔器同時起到隔離產層與上部生產套管的作用，從而延長整個電泵系統的運行壽命，達到降本增效的目的。滑套+井下安全閥屬于常規完井管串工具組合，保證生產的正常管理運行。同時也考慮到地層壓力足夠，在保證合理的泵沉沒度基礎上將泵掛深度上提至3 991 m。此調整在維持了足夠的生產壓差的同時也避免了地層砂的侵入以及自由氣的影響，更節約1 000 m的油管成本。下入過程順利，下至預定泵掛深度時，機組絕緣為125 MΩ，三相直阻為7.8Ω。修井后于2011年7月31號起泵，穩定運行在51 Hz，流量為148.8 m3/d。運行良好至今，目前產液117.49 m3/d，含水4%，產氣9 119 m3/d，生產氣油比為82.8。

5　結論

油層的掌握對于上部完井過程中至關重要，溶解氣含量，地層的結膠狀況以及井液的腐蝕性能決定了在下入生產管柱時的設備選型。另外，當下部完井方式無防砂措施，既沒有下入預充填篩也沒有選礫石充填的井，保證下入的機組能夠維持單次下入生產管柱最大的經濟效益回收最為重要。針對上述幾種情況，貝克休斯人工舉升產品線有相對應產品解決井下復雜情況[5]。罐裝系統在HZ25-4-3 ERW井中，保證了電潛泵機組及電纜下入過程中受到井壁的摩擦，避免了機械損傷，防止機組在下入過程中的磨損降低因為井壁不光滑而導致的機組絕緣丟失的情況，大大增加了整個電潛泵的運行壽命。為后來的HZ25-4-9井大位移井完井管串設計奠定了可靠的基礎。另外，根據油田油井特點,罐裝電潛泵系統可以進一步拓展技術應用,比如:把化學藥劑管線引入罐內,與泵吸入口連接,注入防蠟劑或防垢劑,經泵吸入口與井液充分混合,再舉升到地面,避免結垢、結蠟,可提高電潛泵機組的運行壽命。也可以根據油田需要，設計罐裝電潛泵系統為雙罐裝電潛泵系統及單罐裝雙電潛泵系統等。

參考文獻：

[1]邱宗杰.海上采油工藝新技術與實踐[M].北京:石油工業出版社,2009.

[2]萬仁浦.采油工程手冊[M].北京:石油工業出版社,2003.

[3]張 鈞.海上采油工程手冊[M].北京:石油工業出版社,2001.

[4]中國海洋石油總公司.采油電泵采油系統功率計算:Q/HS 2008—2009[S].北京:石油工業出版社,2016.

[5]唐文峰,李勇鋒,代 文.等.淺談海上油井出泥出砂條件下電潛泵的選材優化[J].石油工業技術監督,2017,33(1):9-12.