淺談電泵分離器選用圖版的研究及應用

2019-10-21 10:01:30趙祖德李永強高國棟

科學與信息化 2019年11期

趙祖德李永強高國棟

摘要電泵分離器的使用目的是保證在一定的沉沒度壓力下，避免電泵發生氣鎖。在什么情況下使用分離器是我廠面臨的問題。為了避免氣鎖，一方面：一些不必要使用分離器的井也使用了分離器，增加了分離器失效落井的隱患；另一方面：大部分電泵井泵掛過深，導致沉沒度明顯偏大，造成大量不必要的油管和電纜的投資。

關鍵詞潛油電泵井；潛油電泵井分離器；潛油電泵井管柱優化技術

1 研究內容及成果

通過研究，當進泵流體的氣液比小于8%時，泵的性能不會受到影響；而進泵流體的氣液比大于10%時，電泵特性曲線會加速惡化[1]。目前我廠使用的旋轉式分離器生產時對氣液比的適應范圍可達到30%[2]。因此本課題以氣液比30%和8%作為上下限，來研究分離器的使用條件。

進液口處的氣液比大小主要受沉沒度壓力，生產氣油比，含水率，溫度，原油、天然氣物性等因素影響。想要準確判斷一口電泵井是否采用分離器生產，需要考慮以上所有因素。

1.1 原油、天然氣物性對氣液比的影響研究

（1）對溶解氣油比的影響。在其他條件不變的情況下，原油和天然氣的物性決定了原油的溶解天然氣量。根據相似相溶原理可知，原油的相對密度越小、天然氣的相對密度越大，原油能溶解的天然氣越多，氣液比就越小，反之則越大。課題組統計了我廠380余口電泵井的原油相對密度，發現主要集中在0.91～0.95之間，原油平均相對密度為0.9312。

（2）對天然氣壓縮因子的影響。理想氣體狀態方程表明，理想氣體體積只和壓力、溫度有關，而在研究天然氣時還需要考慮壓縮因子的影響，壓縮因子不僅與溫度、壓力有關，還受天然氣的組分影響。課題組統計了181口電泵產氣的數據，得出了其平均相對密度為0.6569，平均組分百分比為甲烷87.45%，乙烷2.58%，丙烷2.49%，異丁烷0.41%、正丁烷0.92%、異戊烷0.34%、正戊烷0.26%、氮3.49%、二氧化碳2.03%。

經過統計，我廠電泵井的原油、天然氣物性差異性很小，因此在以后的研究中我們將取其平均值來進行相應的計算。

1.2 溫度對氣液比的影響研究

溫度對原油、天然氣體積均有影響，溫度越高，因為熱膨脹其體積越大。溶解氣油比也受溫度的影響，溫度越高原油的溶解氣量越低。課題組統計了190余口電泵井的原始地層溫度，發現我廠電泵井的地溫梯度在2.3～3.3攝氏度之間。在我廠電泵井平均泵掛1500m的情況下，可估算出泵掛處溫度最高為70℃。在以后的研究中，此溫度當作定值來計算。

1.3 沉沒度壓力對氣液比的影響研究

（1）對天然氣體積系數的影響。在研究天然氣體積系數時，通常會采用壓縮因子狀態方程。先根據天然氣的組分、泵掛處溫度，通過S-K圖版法[3]，得出不同沉沒度壓力下的天然氣壓縮因子，再計算出天然氣體積系數。

（2）對原油體積及溶解氣量的影響。原油能溶解的氣量除了與原油、天然氣物性及溫度有關外，還和壓力有關系。另外，在等溫條件下原油的體積系數又受溶解氣量和壓縮性影響。

在石油行業大概有幾種通用的方法來估算原油溶解氣量和體積系數，課題組找出了3種方法[3]：

Vazquez公式；Standing公式；Laster公式

對于不同的油田，最準確的方法是現場取樣，根據大量的實驗結果來反推出適合自身油田狀況的公式。查閱文獻發現，勝利采油院曾在油田范圍內分層位、分區塊開展過此類工作。由于我廠缺乏實驗條件，所以以文獻中的一組公式（砂一層）為基礎[4]，與通用的三種方法進行比對，選出最適合我廠情況的計算方法。

通過對比得出：Vazquez公式與采油院公式的計算結果偏差最小，最適合我廠溶解氣油比和原油體積系數的計算[4]。

1.4 含水率對氣液比的影響研究

含水率決定了單位體積井液中原油和水的占比，井口原油產量決定了在泵掛處的溶解的氣量和原油體積的占比，而水近似地看成不可壓縮液體。所以在相同的生產氣油比情況下，井液含水率越高泵掛處的氣液比就越小。

1.5 生產氣油比對氣液比的影響研究

一口油井的產氣量也會影響進泵游離氣的多少。因為原油的溶解能力有上限，在相同的條件下，井口產氣量越高進入泵內的游離氣就越多。

1.6 分離器選用圖版的繪制

通過以上分別對五種因素和氣液比的關系研究，可以根據某一口電泵井的生產氣油比、含水率、沉沒度來判斷其是否需要用分離器生產，由于計算公式復雜，所以可以給定不同的沉沒度壓力、含水率、生產氣油比通過以下公式的計算結果來繪制出分離器選用圖版，圖版的優點是使用方便直觀，避免了煩瑣的計算。

課題組分別在3、4、5、6兆帕四種沉沒度壓力下，給定不同的含水率，計算對應的極限生產氣油比，并根據結果繪制了分離器選用曲線（進泵氣液比8%曲線），見圖1。

如圖中所示，圖版的橫坐標為含水率、縱坐標為生產氣油比。任取一口電泵井的含水率和生產氣油比，在圖中找出對應的點，假如該井的沉沒度在400m左右，就看該點和4MPa壓力時8%曲線的關系，如果點落在曲線的右下方就選擇吸入口生產，如果落在左上方就選擇分離器生產；同樣，判斷這口井的合理沉沒度，就根據該點左上方距離最近的一條曲線對應的壓力換算為沉沒度。

2 研究成果的應用情況

2.1 取消分離器情況

通過對分離器選用圖版的應用，選取22口生產井采取取消分離器生產，液、油、含水等基本生產數據與作業前差別不大。綜合氣油比從取消分離器前的69上升到84，這是因為分離器生產時會有一部分氣體被分離到油套環空中，改為吸入口生產時這部分氣體就進入了泵筒。

課題組針對這22口井，按照沉沒度分類：分為300m以下、300～400m、400～500m、500m以上，分別在3、4、5、6兆帕的圖版上取點，未發現異常點，均與理論相符合

（1）沉沒度300m以內取消分離器井生產情況見表1，其在圖版上的點，見圖2。

（2）沉沒度400-500m取消分離器井生產情況變化，詳見圖3。

（3）沉沒度500m以上取消分離器井生產情況變化，詳見圖4。

3 結束語

（1）通過22口電泵井的實際驗證，分離器選用圖版符合我廠電泵井的狀況。

（2）分離器取消后，生產氣油比會增加，均值為取消前的1.2倍。

（3）必須準確錄取作業前液量、氣量、含水率、沉沒度等各項資料，使用該圖版才有意義。

（4）圖版顯示：當含水在92%以下時，生產氣油比是影響進泵氣液比的主要因素；當含水大于96%時，含水率是影響進泵氣液比的主要因素。