渤海稠油冷采井电潜泵精细化设计方法及延寿对策研究.pdf

第 卷 第 期广东石油化工学院学报.年 月 渤海稠油冷采井电潜泵精细化设计方法及延寿对策研究于法浩喻小刚黄荣贵侯新旭曾润(中海石油(中国)有限公司 天津分公司天津)摘要:渤海油田稠油冷采井通常采用电潜泵举升但目前电潜泵选泵设计以及现场运维未精细考虑稠油井黏度的动态变化出现了故障率高、效率低等问题 针对该问题依托典型井特征通过模拟计算建立了 型电潜泵适用黏度图版得出电潜泵极限工作黏度及适用乳化含水区间并提出了稠油冷采井生产前、中、后期的电潜泵精细化设计方法 为保障电泵运行寿命提出了掺水降低时机、经济掺水量、停井后再启泵频率、热洗井时机等运维手段关键词:电潜泵稠油冷采选泵设计延寿对策中图分类号:文献标识码:文章编号:()渤海有 个油田以稠油冷采为主稠油冷采井数为 余口其中电潜泵生产占比.潜油螺杆泵生产占比.电潜泵是渤海油田稠油冷采井主要的举升方式 稠油冷采井在不同生产阶段井液黏度随含水、温度动态变化呈现出生产初中期黏度大、生产后期黏度小的变化规律 电潜泵在这种动态变化井况中服役时生产初中期平均检泵周期为 故障率达其中检泵周期仅为渤海油田电潜泵平均值的生产后期平均检泵周期达到平均水平 由此可见井液黏度严重影响了电潜泵的平稳运行如何保证电潜泵在稠油冷采井不同生产阶段长寿、高效运行急需攻关研究 电潜泵运行寿命及效率受选型设计、产品质量、作业质量、运行维护四个因素影响经过几十年的研究渤海油田已形成多项设计标准或机采井管理体系在一定程度上推动了电潜泵长效运行 但由于现有选型设计方法以定性评价黏度对电潜泵影响为主且设计及运维管理多依靠经验缺少配套的理论支撑制约了稠油冷采井中电潜泵运行寿命及效率的进一步提升 为此本文通过深入剖析不同生产阶段黏度对电潜泵运行状态的影响建立了稠油冷采井电潜泵精细化设计方法及延寿对策为进一步电潜泵选型设计及运维管理提供理论依据 稠油冷采井电潜泵运行状态分析稠油冷采井不同生产阶段井液黏度随含水、温度动态变化 以在生产稠油冷采井为研究对象通过摸索不同生产阶段井液黏度变化规律分析黏度对电潜泵运行状态的影响为电潜泵精细化设计提供研究方向.不同生产阶段井液黏度变化规律渤海油田稠油冷采井广泛分布在 个油田中 为了摸清不同生产阶段井液黏度变化规律分析黏度对电潜泵运行状态的影响以实际井为研究对象并制定选井原则进行筛选:()原油黏度较大对电潜泵的运行产生影响()地层供液充足经历完整的含水变化阶段()井况良好生产过程无出砂、结垢、结蜡、腐蚀的问题依据以上选井原则筛选出、等 口实施化学降黏措施的井为研究对象通过各井生产动态分析得出了不同生产阶段井液黏度的变化规律:()生产初期:产液量 /含水率低井筒温度低井液黏度稍大于原油黏度()生产中期:产液量 /含水率高井筒温度高井液黏度低约为生产初期的.倍 以 井为例进行说明如图、所示图 井生产动态曲线图 井黏温曲线.黏度对电潜泵运行状态影响分析稠油冷采井生产初、中期井液黏度大通过系统梳理 口目标井在该生产阶段的电机电流、电机温度、扬程损失、能耗、泵效及检泵周期分析黏度对电潜泵运行状态的影响:()生产初、中期电机电流较生产后期升高 这是由于较大黏度的井液大幅增加了电机的负载()生产初、中期电机温度分布在 较生产后期升高 这是由于运行电流的增大导致电机发热量增加()生产初、中期电潜泵扬程损失达 较生产后期增加 较大黏度的井液大幅增加了泵内摩阻()生产初、中期单方耗电量分布在.生产后期单方耗电量为.()生产初、中期排量效率分布在 以下较生产后期低()黏度导致机组关停的比例为 生产初、中期电潜泵检泵周期仅为 生产后期为图 口目标井生产初中期及生产后期检泵周期 口目标井生产初中、后期检泵周期如图 所示 稠油冷采井电潜泵精细化设计图版建立黏度会大幅降低电潜泵的运行效率缩短电潜泵运行寿命由于在不同生产阶段井液黏度随生产参数动态变化为提高电潜泵对黏度的适应性保证不同生产阶段电潜泵高效举升需开展电潜泵精细化设计及延寿对策研究.精细化设计图版建立思路稠油冷采井中黏度造成电潜泵运行效率低、运行寿命短的根源是举升中较大的沿程摩阻大幅增加了机组负载导致机组严重偏离高效区工作 因此明确不同生产阶段沿程摩阻变化规律建立电潜泵扬程与沿程摩阻间的关系是稠油冷采井电潜泵精细化设计及举升对策制定的关键 举升中的沿程摩阻由入泵处摩阻、泵内摩阻及油管内摩阻组成电潜泵沿程受型号及频率影响 基于目标井通过建立电潜泵举升沿程摩阻与扬程间的关系图版指导设计与举升对策制定 精细化设计图版的建立思路如图 所示图 精细化图版建立思路广东石油化工学院学报 年.精细化设计图版建立精细化设计图版描述电潜泵扬程与举升中沿程摩阻间的关系 其中电潜泵扬程与型号有关较容易获取 而举升中的沿程摩阻与液量、流体性质、流动通道息息相关需要依托相关理论进行准确计算.沿程摩阻计算方法精细化设计图版建立的前提是准确计算举升中的沿程摩阻 沿程摩阻除与流速、黏度、流态相关外流动通道形状也是重要的影响因素其直接决定了摩阻计算理论 由于泵入口、泵内、油管内流动通道形状差别较大选择相匹配的方法进行计算()泵入口摩阻计算 电潜泵泵入口为 个相同大小的孔眼井液在泵入口处的摩阻参考孔眼流动摩阻计算公式:()()式中:为泵入口处摩阻为局部损失系数为泵入口处井液过流面积为入泵前井液过流面积为泵入口处井液流速/为重力加速度/()泵内摩阻计算 电潜泵由多级叶导轮组成叶导轮内井液流道非常复杂尤其在实际生产过程中井液存在径向、轴向、周向流动目前缺少一套准确计算泵内摩阻的理论计算方法 通过分析电潜泵内能量转换原理利用井下泵工况实际测试的泵入压、泵出压并结合运行频率下泵扬程进行泵内摩阻计算:()式中:为泵内摩阻为流入泵内井液压力 为一定频率下泵的扬程为泵挂处井液压力()油管内摩阻 井液在长度 油管内流动时由于热量逐渐损失井液温度逐渐降低黏度增大流动摩阻增加 由于井液在各井段的温度差异较大油管内流动摩阻应采用分段计算:()()式中:为油管内摩阻为 井段摩阻系数无量纲为 井段井液密度/为油管内井液流速/为 井段油管长度 为油管内径 为雷诺数无量纲为 井段井液黏度为 井段井液温度.系列电潜泵精细化设计图版以 井为目标井该井黏温曲线如图 所示结合该井油藏、钻完井、生产管柱基础参数在泵入口压力为 油压.条件下利用()()式沿程摩阻计算方法建立了纯油及不同含水率条件下 系列电潜泵(排量 /扬程 )精细化设计图版如图、图 所示图 纯油条件下 系列电潜泵图 不同含水件下 系列电潜泵 图版描述了产液量、井液黏度(泵入口处)、沿程摩阻、电泵扬程之间的关系其中图版中的实线表示第 期 于法浩等:渤海稠油冷采井电潜泵精细化设计方法及延寿对策研究沿程摩阻 油压的大小虚线表示 下电泵扬程 泵入口压力实线与虚线的交点表示电潜泵适用的原油黏度或含水边界 稠油冷采井电潜泵精细化设计及延寿对策利用纯油条件及不同含水条件下的电潜泵精细化设计图版一方面可以确定电潜泵适用的原油黏度及含水边界进而指导不同生产阶段电潜泵选型设计另一方面可以判断不同生产阶段电潜泵运行状态进而提出合理的降黏时机、降黏制度等延寿对策指导现场运维管理.电潜泵精细化设计从精细化设计图版中获取的 系列电潜泵适用的原油黏度及含水边界如表、表 所示 结合稠油冷采井不同生产阶段生产动态及黏度变化规律以电潜泵长寿、高效运行为目标建议生产初期选择 扬程的常规泵能够满足举升需求生产中期宜选择 高扬程大流道泵且配合降黏措施进行举升生产后期宜选择 低扬程常规泵进行举升表 型电潜泵适用的原油黏度(泵入口处)产液/(/)扬程/无产出表 型电潜泵适用的含水边界产液/(/)扬程/无产出无产出.电潜泵延寿对策受生产参数动态变化及平台电网波动等因素的影响设计选取的电潜泵实际运行过程中会面临适用井液黏度不强、停泵重启遇阻或无产出等风险需要制定合理的举升对策保证电潜泵稳定运行进一步延长电潜泵运行时间.降黏对策制定与其他降黏技术(化学、加热)相比尤其对于海上稠油冷采井掺水降黏成本最低 在原油乳化阶段当井液黏度超出电潜泵的适用含水边界时向环空注入一定量的水使/乳状液转变为/乳状液进而降低举升中沿程摩阻保证井液顺利举升在油井产液量/、电潜泵扬程 条件下(表)掺水降黏时机为含水率 降粘阶段为含水率 掺水后井液含水率超过能够保证井筒正常生产 经计算井液含水率 对应的掺水量如图 所示图 井液含水率 时对应的掺水量.开井启泵情况预判实际生产中油井会经历关井 关井后井液温度逐渐降低至地层温度井液黏度升高 启泵(扬程为 的.倍)时面临更大的沿程摩阻在油井产液量 /、电潜泵扬程 条件下建立电泵启泵预判图版如图 所示在 含水时关井 后 启泵泵需要匹配的扬程分别为 图 不同关井时间潜油电泵启泵预判图版启泵前建议热洗井广东石油化工学院学报 年 结论()立足渤海油田稠油冷采井充分剖析黏度对电潜泵运行状态的影响提出并建立了稠油冷采井电潜泵精细化设计图版明确了电潜泵适用原油黏度及乳化含水边界形成了不同生产阶段电潜泵选型设计方法及延寿对策在一定程度上丰富了电潜泵选型设计理论指导现场电潜泵井运维管理()建立的稠油冷井电潜泵精细化设计方法及举升对策能够提高电潜泵对井液黏度的适用性进一步提高电潜泵运行寿命及效率 此外研究方法也能够指导井下电加热、隔热油管、化学降黏等井筒保障措施的制定建议在生产或新开发稠油冷采油田采用精细化设计方法开展电潜泵选型设计()进一步建立不同泵型、不同稠油区块电潜泵精细化设计图版形成系列性精细化设计方法及延寿对策是下一步重点研究方向参考文献 李成见.含水原油黏度对电潜泵性能影响的室内试验研究.中国海上油气():.:.李勇辉.海上油田机采井一体化管理探索与实践.山东工业技术():.刘艳英张英勇蒋维军.机采系统管理在渤海某稠油油田创新优化实践.中国石油和化工标准与质量():.刘敏林高祺李杰.原油黏度及其对潜油电泵性能的影响.油气采收率技术():.张凤辉徐兴安薛德栋等.海上油田井口安全注水压力研究.石油钻采工艺():.刘合张广明张劲等.油井水力压裂摩阻计算和井口压力预测.岩石力学与工程学报():.陈德春薛建全孟红霞等.稠油井油套环空泵上掺水降粘举升工艺.河南石油():.于继飞.海上电泵井关井井口压力预测方法.():.():.:(责任编辑:余雪芳)第 期 于法浩等:渤海稠油冷采井电潜泵精细化设计方法及延寿对策研究