海洋平臺排水采氣設計

摘要：對于井況復雜、含氣豐富的油井，需明確設計參數后進行排水采氣設計，主要步驟有：明確油井溫度、壓力、排量和揚程等主要設計參數，分析排采階段，分析初期排水情況并進行模擬，對其余可能出現的非標預期情況進行模擬，從而完成對電潛泵的排水采氣作業設計。現詳細描述了設計的各個步驟，對相似工況下的排水采氣設計可以起到指導借鑒作用。

關鍵詞：排水采氣;海洋平臺;油井

0? ? 引言

針對一口海洋平臺井況復雜油井的現場情況，本文介紹了該海洋平臺電潛泵的排水采氣設計方案，并通過排采階段分析、初期排采情況分析模擬、非標預期情況模擬的設計路線，完成了海洋平臺排水采氣的設計范例，對相似工況下的排水采氣設計具有指導借鑒意義。

1? ? 電潛泵排水采氣基本設計參數

對于井況條件較為復雜、前期為自噴生產的油井，明確基本設計參數：

1.1? ? 溫度

根據套管程序和井斜數據，初步確定電泵下入深度在4 100～

4 200 m，垂深與斜深基本相同。井下溫度預計較高，按140 ℃代入設計計算，井口流體溫度按70 ℃模擬計算。電潛泵設備需要滿足在高溫環境下運轉。

1.2? ? 壓力

考慮到生產氣水需要并入管網，在井口采用油套混輸的方式，考慮背壓均為7 MPa。同時兼顧考慮后期背壓下降后的設備工況，添加3 MPa背壓的運轉分析。

1.3? ? 排量和揚程

根據目前自噴產水量，預計下入電潛泵后產水量會增大，預計排量范圍100～400 m3/d，同時考慮最高揚程的極限情況。

1.4? ? 氣液比

產氣量以15萬m3/d為中心，同時考慮前期排水不產氣，中期氣水同采，后期高氣液比的分析。

1.5? ? 振動和功率負載

套管尺寸內徑為152.5 mm，考慮機組在高溫、高腐蝕、高揚程下的整體可靠性，減少泵軸負載和電機負載，縮小機組長度以減少可能存在的振動影響，機組首選538～562系列大外徑機組。

1.6? ? 泵掛深度和通過性分析

泵掛深度選擇原則為盡量接近底部永久式封隔器，以降低動液面高度;同時避開大狗腿度位置，兼顧機組運轉的穩定性。A1井的造斜點在4 184 m;從4 225 m開始，狗腿度逐步增大，所以4 225～4 500 m不推薦下泵。4 100～4 150 m，狗腿度相對較小，井身較平緩，推薦傳感器尾部深度在4 150 m，泵吸入口在4 134 m。

2? ? 排采階段分析

電泵排水采氣，由于其本身的產水PI指數不確定，因此需要以一個基礎產液/產氣量為中心，分生產的前、中、后、極限4種井況條件進行模擬計算。

本次排水采氣設計按照水量100～400 m3/d、產氣量0～15萬m3/d，分成如表1所示幾個情況，并借鑒參考四川地區以往的作業經驗，按照“分離器+多相流高效氣體處理泵+混相流泵”的基本電泵配置，使用AutographPC模擬分析。

3? ? 初期排水情況模擬分析

在電泵運轉初期時段內，產氣很小或者不產氣，產水量400 m3/d。流過電泵內部流體基本全部為水，電泵所需的揚程比后期產氣階段都要高。吸入口考慮保留1 000 m沉沒度。選用“G31型多相流高效氣體處理泵+Flex47型混相流泵”電泵配置進行模擬：此時運行頻率為55 Hz，電泵排量為400 m3/d，揚程為3 117 m，工作點均在兩種泵型的合理工作區。同時經過軟件分析，電泵軸負載最高為75.25%。電泵排出口的內外壓差為31 MPa，小于400系列電潛泵殼體最高耐壓等級37.85 MPa。此時電機負載為76.64%，內部運行溫度174.9 ℃，需要選用本體耐溫204 ℃以上的電機。所有參數均在推薦范圍之內。

4? ? 其他幾種模擬情況結果

用同樣的模擬過程對其余幾種生產情況進行模擬，結果如下：

（1）初期排水極限情況：如果在初期排水動液面下降過低，沉沒度下降到200 m，排量200 m3，電泵揚程3 857 m，運行頻率58.1 Hz，電機負載率67.3%，電機運行溫度172.9 ℃，泵軸最大負載率65.5%。

（2）氣水同采1：產氣10萬m3/d，產水量300 m3/d，吸入口沉沒度當量為450 m，流壓13 MPa;此時電泵運轉頻率為57.6 Hz，排量為300 m3/d，揚程為3 615 m;泵殼最大壓差33.55 MPa，泵軸最大負載70%;經過雙節高效分離器后，MVP泵內含氣最大為14%，由MVP泵進入Flex47泵的氣體低于10%，不會產生氣鎖。

（3）氣水同采2：產氣15萬m3/d，產水量200 m3/d，吸入口沉沒度當量為300 m;此時電泵運行頻率為57.2 Hz，排量為200 m3，揚程為3 716 m;泵殼最大壓差31.37 MPa，泵軸最大負載57.6%，電機負載59.34%，溫度168.9 ℃;經過雙節高效分離器后，MVP泵內含氣最大為28.96%，由MVP泵進入Flex47泵的氣體低于20%，不會產生氣鎖。

（4）氣水同采極限情況：若把產氣量進一步放大到20萬m3/d，產水量下降到100 m3/d。經過分離器分離后氣體含量約有52%進入MVP泵，進入Flex47泵的氣體含量約為35%。大量存在的游離氣會影響泵效，可能產生氣阻。在排水采氣的后期，如果氣產量增大到電潛泵舉升方式無法適用，建議嘗試考慮氣舉的方式。

（5）氣水同采3與氣水同采2模擬模型校驗：排采后期，管網背壓改變，電泵需要揚程降低，其他條件不變，電泵負載率降低，有利于電泵運行;套壓降低，流壓相應降低，進泵氣體會增加，因此對氣水同采2模型進行驗證。產氣15萬m3/d，產水量200 m3/d，吸入口沉沒度當量為520 m，流壓8.8 MPa，此時電泵運行頻率為54.8 Hz，揚程為3 391 m;泵殼最大壓差27.58 MPa，泵軸最大負載52.36%，電機負載54.03%，溫度165.8 ℃;MVP泵進泵氣體46.51%，由MVP泵進入Flex47泵的氣體低于31%，泵效會受較大影響。

5? ? 結語

對于井況復雜、含氣豐富的油井，需要明確設計參數后進行排水采氣設計，主要步驟有：明確油井溫度、壓力、排量和揚程等主要設計參數;分析排采階段;分析初期排水情況并進行模擬;對其余可能出現的非標預期情況進行模擬，從而完成對電潛泵的排水采氣作業設計。本文詳細描述了設計的各個步驟，對相似工況下的排水采氣設計起到指導借鑒的作用。

[參考文獻]

[1] 蔣平.工程力學基礎（Ⅰ）[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2] 胡榮.地面驅動單螺桿泵組合桿柱設計的微元段法[J].石油機械，2004，32（4）：30-32.

[3] 胡才志.螺桿泵采油工藝技術在埕島油田的應用研究[J].中國海上油氣（工程），2003，15（2）：38-45.

收稿日期：2020-07-24

作者簡介：何超（1983—），男，四川自貢人，工程師，從事人工舉升應用技術與銷售相關工作。