高氣油比條件下潛油電泵氣體處理技術

傅 鵬，李維維，張寶亮

（1.渤海石油裝備（天津）中成機械制造有限公司，天津 300280；2.中國石油渤海石油裝備制造有限公司，天津 300457）

0 引言

近年來我國許多油田進入了開采末期，油田產量下滑較快，采油成本也不斷升高，油田企業為了應對末期經營壓力，從技術角度對自身生產環境進行優化升級，潛油電泵設備是油田中后期重要的機械采油設備之一。目前我國大多數油田采用游梁式抽油機作為地面采油設備，潛油電泵作為地下采油設備的組合工藝，實現原油的舉升和開采工作。潛油電泵具有極強的舉升功能，在相同占地面積的基礎上具有更高的排量覆蓋范圍，符合現階段多數油田的開發需求，在海上油田的表現更為突出。受潛油電泵的工作原理決定，其泵效與增壓效果有著直接的關聯，容易受到井液中氣體含量的影響。

油田進入中后期開發階段后，地層飽和壓力差不斷減少，尤其在已經接近衰竭的油田更為明顯，直接導致了高氣油比現象的出現，井液中游離氣含量會迅速增加，當超過潛油電泵游離氣含量最高數值時，潛油電泵工作會受到嚴重的影響，運行電流波動嚴重，產量受到影響。最嚴重時可能出現氣鎖現象，造成機組欠載停機。合理應用避氣技術是確保潛油電泵工作質量的重要工作，基于常規避氣技術提出塔式泵的設計理念，同時應用高級氣體處理技術，提出在高氣比的油層環境下確保潛油電泵高效工作的氣體處理技術。

1 游離氣體處理的影響因素分析

目前我國常見的潛油電泵采油工藝中，對泵處理游離氣體能力有直接影響的因素主要有泵工況點、泵轉速、葉輪類型和泵掛處流壓：①不同的泵工況點位置有著不同的游離氣體處理能力，一般情況下泵工況點位于最佳效率點左側位置時，泵游離氣體處理能力最佳，越靠近右側，泵游離氣體處理能力越弱；②泵轉速與泵游離氣體處理能力成正比，泵轉速越高游離氣體處理能力越強；③葉輪類型是泵氣體處理能力的結構因素，軸向流泵游離氣體處理能力最強，徑向流泵則最弱；④泵掛處流壓決定泵對游離氣的耐受性，流壓越高耐受性越強。

2 常規避氣技術分析

目前在我國油田上應用的潛油電泵避氣技術種類較多，但從技術原理角度可以分為，避氣入泵技術和氣體分離技術。

2.1 避氣入泵技術

避氣入泵技術的核心原理是通過改變泵體位置或增加相應配件，降低氣體進入潛油泵的可能性，從根源上降低游離氣對潛油電泵的影響。一般使用加深潛油泵的安裝位置或安裝導流罩等方式：加深位置需要根據吸入口流壓與油藏飽和壓力差值決定，在技術允許的情況下，應選擇流壓大于飽和壓力的位置安裝潛油泵；導流罩分為常規倒流罩、帶延伸管的導流罩、導置式倒流罩等。

2.2 氣體分離技術

氣體分離技術是對已經進入潛油泵的游離氣體進行氣液分離的技術，一般利用離心力和氣液成分的密度差進行分離，在高速旋轉中，密度較高的液體會被甩在外圈，氣體會滯留在中央位置，經過交叉流道時，氣體被排出至環空。氣體分離設備有旋轉式氣體分離設備和旋渦式氣體分離設備兩種：①旋轉式氣體分離設備在油氣水三相總體積30%以下的游離氣體分離中有著很好的表現，但功耗過高；②旋渦式氣體分離設備通過葉輪帶動流體產生旋渦流動，讓液體產生壓差進入軸流葉輪，實現氣液分離，相比旋轉式分離設備，分離效率更高，旋轉部件少也具備更高的動平衡精度。

3 氣體處理新技術分析

我國在氣體處理的研究方面起步較晚，與西方國家在技術原理和實踐經驗方面都存在一定的差異，但近年來我國油田企業十分重視對潛油電泵氣體分離技術的研究，取得了一定的研究成果。目前主要以塔式潛油電泵、高級氣體處理技術、電機負載實時檢測和轉速實時控制等3 個方向進行研究。

（1）塔式潛油電泵是目前較新的潛油電泵類型之一。與傳統潛油電泵最大的區別是塔式潛油電泵具有不同大小的泵型結構，由小至大排列，類似塔的結構，不同體積的泵體壓力和氣液總體積不同。該設計可以有效適應油氣總體積的變化，提高泵處理氣體的能力。

（2）高級氣體處理技術是基于游離氣體處理和離心泵的先進技術。該技術在游離氣體進入潛油電泵的離心泵體前，就通過改變游離氣體的形態和大小，對游離氣體進行預處理，降低進入泵體的氣泡直徑，減少游離氣體。對葉輪打孔，改變離心泵流道設計也是高級氣體處理技術的應用方向之一，在采油的舉升流程中，進入泵體內部的游離氣體可以通過葉輪上的小孔進行分離排出，提高潛油電泵對游離氣體的耐受性。

（3）監測電機負載。實時提高機組轉速需在潛油電泵工作過程中對電機負載進行實時檢測，根據檢測結果調整電機轉速，讓潛油電泵從轉速控制角度克服氣體段塞的影響，達到平穩運行的目的。

4 應用效果分析

以大慶油田某潛油電泵油井為例進行技術實踐應用效果的分析，該油井已經進入末期開采階段，采用衰竭式開采模式，油藏垂直深度約為1230 m。經實地測量，地層壓力約為12.66 MPa，飽和壓力約為11.00 MPa，可以發現井飽和壓力小于地層壓力，屬于高油氣比油井。該井在投產初期屬于自噴井，產液量可以達到60～100 m3/d，伴隨不斷的生產開發，地層能量逐漸降低，由自噴型逐漸轉變為間歇自噴型油井，平均產油量約為20 m3/d，該時期的地層壓力約為10.44 MPa、含水率為2.9%。

依據潛油電泵設計要求，油井地面產液量90 m3/d，泵掛垂深為1200 m。根據生產需求，對改進應用塔式潛油電泵和高級氣體處理技術。計算泵吸入口處流壓為3.7 MPa，流量為217 m3/d，游離氣體積百分含量為54%，在GINPSH 泵操作范圍內；計算MVP 多相流泵第一級葉輪處流壓為4.2 MPa，流量為190 m3/d，游離氣體積百分含量為47%，在MVP 多相流泵操作允許的范圍內。

作業施工后該井的工況點在最佳效率點右側，電流穩定，電泵運行平穩高效。

5 總結

基于高油氣比條件下潛油電泵排氣技術的新進展，研究得出如下結論：

（1）部分油井處于特殊時期時，泵工況點、泵轉速、葉輪類型、泵掛處流壓等對潛油電泵氣體處理能力有著直接影響。

（2）基于常規避氣技術和氣體分離技術，提出了塔式電泵和高級氣體處理技術、電機功率增加等全新技術優化方向。

（3）結合實際案例，對文章提及技術進行應用分析，并在案例分析該技術的實際應用效果。