海上油田电潜泵井下油水分离回注系统参数设计研究_尹莎莎.pdf

2023年05月|157下油水分离器入口相连，另一侧管柱油管与桥式通道在顶部封隔器上连接，通过桥式通道与注水层联通。1.2 工作原理井下油水分离回注管柱通过一趟管柱下入，其下部插入密封分别与顶部封隔器及隔离封隔器对接。启泵生产后，产出液通过带孔管进入中心管，经桥式通道、泵吸入口，进入油水分离器，分离出的水经分离器出水口、控制水嘴流入另一侧的回注管柱，并注入注水层；剩余富含油的产液经泵增压后举升至地面。回注管柱一侧安装回注水调控装置以及信号电缆，可在地面对回注水量进行监测、调控，调节分流比，保证分离器工作效率与分离效果，同时管柱上设有回注水取样管线，可在地面对回注水水质进行监测。同时，可通过油管直接注酸的方式，实对回注层的酸化解堵。1.3 技术特点(1)工艺管柱以成熟的 Y 管管柱为基础，结构紧凑，施工工艺成熟，最大限度降低了改造成本，减少了作业操作难度；0 引言随着油田生产规模的扩大，我国现有的很多油田都进入了中后期的开采阶段，这一阶段面临着高含水率问题，增大了开采难度1。为解决开采工作中面临的这一难题，逐步出现了井下油水分离技术。各种井下油水分离技术的出现，为油田开发开采提供了巨大的便捷2。针对海上高含水油田产水量大、地面水处理受限等问题开发的井下油水分离及回注技术，将地层产出液直接在井下进行油水分离，分离出的水直接在井下回注至同井目标层位，分离出的低含水产液通过电泵举升到井口，从而大幅降低井口产水量。目前形成单级处理量达到 3 000 m3/d 的系列产品。1 井下油水分离系统结构及工作原理1.1 系统组成海上油田电潜泵井下油水分离回注系统由产出层子系统、注入层子系统、电潜泵子系统、井筒多相管流子系统、油水分离器子系统、监测控制子系统 6 个子系统组成。井下油水分离回注系统以 Y 管分采管柱为基础，Y 接头上悬挂井下油水分离器，电泵出口与井海上油田电潜泵井下油水分离回注系统 参数设计研究尹莎莎(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司钻采工程研究院，天津 300452)摘要：文章以海上油田一口井的井下油水分离工艺设计为例，研究了井下油水分离系统结构及工作原理，从机理研究出发，采用节点和系统分析方法，形成了海上油田电潜泵井下油水分离回注系统参数设计方法。通过现场试验，降低了井口含水率，同时减少了产出水的地面水处理费用，降低了开发成本，为一井多用工艺参数设计提供了参考意义。关键词：海上油田；井下油水；分离回注；采油技术中图分类号：TE931 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2023)14-0157-03DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.14.046Study on Parameter Design of Oil and Water Separation Reinjection System for Electric Submersible Pump in Offshore OilfieldYIN Sha-sha(Engineering Technology Branch of CNOOC Energy Development Corporation Drilling Engineering Research Institute,Tianjin 300452,China)Abstract:Taking the design of the downhole oil-water separation process for a well in an offshore oilfield as an example,this paper studies the structure and working principle of the downhole oil-water separation system.Starting from the mechanism study,using the node and system analysis method,the paper forms the parameter design method of the downhole oil-water separation and reinjection system of the electric submersible pump in the offshore oil field.Through the field test,the wellhead water cut is reduced,the surface water treatment cost of the produced water is reduced,and the development cost is reduced,It provides a reference for the design of multi-purpose process parameters of a well.Keywords:offshore oil field;downhole oil and water;separate reinjection;oil production technology工程与施工158|2023年05月回注水量的要求3。井下油水分离器是产出和回注流动系统的衔接处，因此选择井下油水分离器出口为求解点。3.2 节点分析3.2.1 节点分析基础数据(1)泵挂深度：1 750 m；(2)Y 接头上部油管：外径 114.3 mm、长度 1 550 m；(3)回注水管柱组成：外径76 mm油管(约10 m)+外径 114.3 mm 油管与内径 220 mm 套管环空(约 150 m)+外径 193.7 mm 罐装系统与内径 220 mm 套管环空(约35 m)+外径 114.3 mm 油管与内径 220 mm套管环空(约 420 m)；(4)产液层地层压力：24.56106 Pa；(5)产液层采液指数：1 844106 m3/(d Pa)；(6)回注层地层压力：19.75106 Pa；(7)回注层吸水指数：预估在 276106 m3/(d Pa)484.5106 m3/(d Pa)之间。3.2.2 井筒压力分布计算基本步骤沿井筒的压力分布可以根据多相管流的压力梯度进行计算。由于多相管流中流体物性会随井筒内压力和温度的变化而变化，即流体物性参数是压力和温度的函数，使得沿井筒的压力梯度不是一个常数4。为此，多相管流井筒压力分布需要按照分段流体物性进行分段计算。可采用按深度增量迭代和按压力增量迭代两种迭代途径进行，本次计算采用按深度增量迭代法。多相垂直管流计算准确程度受多种因素的影响，关键是不同压力和温度下的流体性质参数的变化5。Wellflo、Pipesim 等软件不仅具有计算流体性质参数的相关式可供选用，还可以根据油田高压物性实验资料对计算公式进行检验和必要的修正，在油井压降计算及选泵设计中应用较好，因此可借助相关软件建模辅助计算。3.2.3 产出端系统分析计算(1)产出层产液能力分析Q产=J产(Pe-Pwf)(1)式中：Q产为地层产液量(m3/d)；J产为地面产液指数(m3/(d Pa)；Pe为产出层地层静压(Pa)；Pwf为产液量为时的井底流压(Pa)。(2)PVT拟合。根据油田高压物性实验资料拟合，选择适用的流体性质参数的相关式，并对计算公式进行检验和必要的修正。(2)采用的管式分离器，节流压差小且无运动部件，故障率低；(3)监测控制子系统实现了回注端流量的监测和控制，准确掌握注采参数，有效保证了油水分离器的工作效率，一定程度规避了分离器失效风险。2 井下油水分离系统协调关系分析井下油水分离系统通过电潜泵实现产出层举升能量供给的同时，也通过电潜泵为分离后的水回注提供注入能量。由于生产过程中，产出端与回注端连接且相互关联影响，因此系统参数设计在满足产出端、回注端系统协调关系的同时，也需要满足整体系统的协调。2.1 产出端系统协调关系分析产出端系统由产出层子系统、井筒多相管流子系统、电潜泵子系统、油水分离器子系统构成，每个子系统有各自不同的流动规律。要使油井高效率地稳定生产，就必须在参数设计时充分利用各子系统协调的油井生产规律。协调的关键在于以产出端系统为对象，以产出层供液能力为依据，以产出端系统的协调为基础，把获得规定产量下最高泵效和最低能耗作为设计目标。2.2 回注端系统协调关系分析回注端系统由电潜泵子系统、油水分离器子系统、井筒多相管流子系统、注入层子系统构成。与产出端系统的差别主要在于注入层子系统与产出层子系统的差别。同理，要使回注端稳定注入，参数设计时充分利用各子系统协调的注入规律。协调的关键在于以注入端系统为对象，以回注层吸水能力为依据，以回注端系统的协调为基础，把实现高效油水分离和回注作为设计目标。2.3 整体系统协调关系分析产出端与回注端系统共用电潜泵子系统、油水分离子系统，以电潜泵子系统作为能量来源、以油水分离子系统实现划分，因此实现整体系统的协调，关键在于产出端与回注端系统在电潜泵子系统处的协调。3 系统电泵机组参数设计3.1 求解点的选择系统节点分析求解点的选择主要取决于所要研究解决的问题。井下油水分离系统节点分析的主要目的在于通过优选合适的电泵举升参数并结合水嘴的调节，既满足地面产液量和井口压力的要求，又满足2023年05月|159力为 20106 Pa 进行井下油水分离电泵参数设计。设计结果如表 1 所示。表1 井下油水分离电泵参数泵型排量/(m3/d)扬程/m泵级数/级功率/kWKC150002 000850933003504 现场试验效果2021 年 4 月，该井完成井下油水分离工艺施工，启井返排。工艺实施前，该井井口产液量 1 780.8 m3/d，含水率约 97.8%；2021 年 6 月 15 日，电泵频率 49 Hz，根据下电潜泵的泵工作曲线模拟计算，井下泵排量约1 202 m3/d，井口产液量 550.3 m3/d、产油量 23.1 m3/d，井口含水率降低至 95.8%，井下回注水量约 651.9 m3/d。减 少 651.9 m3/d 产 出 水 的 地 面 水 处 理 费用，假设处理水费用 7 元/m3，年生产 300 天，可节省费用651.93007=136.9 万元。同时工艺实施后有效释放了地面处理设备容量，为其余井提液措施的实施奠定了基础。5 结语本文基于工艺特点，综合进行产出端系统协调关系分析、回注端系统协调关系分析、整体系统协调关系分析，从机理研究出发，采用节点和系统分析方法，形成了海上油田电潜泵井下油水分离回注系统参数设计方法，有效支撑了井下油水分离工艺的应用，缓解了海上高含水油田产水量大、地面水处理受限等问题。同时该分析设计方法对于其余类型的一井多用工艺参数设计具有显著的指导意义。参考文献：1 岳继红，齐春海.井下油水分离技术最新进展J.油气田地面工程，2003，22(11)：56-57.2 孙淑梅.井下油水分离系统的联台工业化研究J.国外油田工程，1998(10)：8-18.3 张劲松.对井下油水分离和同井回注的认识J.油气田地面工程，2001，20(2)：5-6.4 颜廷值.电潜泵井下油水分离系统方案设计J.石油机械，2000，28(9)：5-7.5 张琪.采油工程原理与设计M.东营：石油大学出版社，2000(9)：439，450，54，56，5-6.6万仁溥.采油工程手册M.北京：石油工业出版社，1996.作者简介：尹莎莎(1983-)，女，汉族，湖北黄陂人，工程师，本科，学士学位，研究方向：海上油田采油工艺技术设计研究、数字化应用功能研发等。(3)流动相关式选择。选用 Hagedorn-Brown 方法计算井筒压力分布6。(4)计算井下分离器出口处压力。根据地面产液量 1 800 m3/d、地面要求最小井口油压 2.2106 Pa、油水分离器下入斜深为 1 550 m(垂深约 1 464 m)，反推井下分离器出口处压力。P分离器出口 1