深井小排量潜油电泵在塔里木油田的研究与应用

周怀光，沈建新，孙玉国，张新礼，程春杰，洪 涛

(1.中国石油塔里木油田分公司开发事业部，新疆 库尔勒 841000;2.大庆力神泵业有限公司，黑龙江 大庆 163311)

潜油电泵[1］在塔里木油田已经应用24年，油田在电泵井技术管理方面积累了一定的经验。目前大排量(＞100 m3/d)、低扬程(＜2 000 m)潜油电泵主要应用于高产井(＞100 m3/d)。塔里木部分油藏深度达到6 000m，井底温度高达130℃以上，供液能力较差，使用有杆泵采油，因受机-杆-泵系统的额定载荷限制和井况的影响，生产过程中存在产液量低、泵效低、检泵周期短的问题[2］。为此设计了小排量、高扬程潜油电泵机组，在该类井(下入深度3 500 m、日产液15～30 m3/d)现场应用取得了明显的提液效果，且延长了此类井的检泵周期。

1 小排量、高扬程深井潜油电泵选型

1.1 电泵性能参数

结合塔里木油田深井的井况及生产情况，制定的小排量、高扬程潜油电泵机组的适用井况条件为:生产套管直径Φ157 mm、电泵机组工作环境温度≤150℃、机组表面液体流速＞0.340 8 m/s、机组下入井段井斜≤5°。电泵机组的主要性能参数为:排量≤30 m3/d、扬程3 500 m。

1.2 电泵机组组成

井下装置主要有潜油电机、保护器、分离器或吸入口、多级离心泵、潜油电缆、引接电缆头、井下传感器等组成;地面装置主要有电泵采油树、接线盒、变频控制柜、变压器等组成。

1.3 电泵主要装置选型

潜油电泵机组组成部件主要是依据电泵的排量和扬程，确定井下和地面部件型号和技术参数。

1)多级离心泵选型。根据排量要求，先确定叶导轮尺寸，再由其特性曲线(图1)确定单级扬程和泵效。由图1可以看出，该机组叶导轮单级扬程为5.4 m/级，泵效36%，计算泵的总级数n:

式中，n—泵的总级数;h—泵的单级扬程，m;H—泵的额定扬程，m。

2)潜油电机选型。根据排量、扬程，由公式(2)计算泵的轴功率P;其次考虑油气分离器和电机保护器的功率消耗，并结合该井套管尺寸、井温，选择电机的实际规格。

式中，P—离心泵所需轴功率，kW;Q—泵的额定排量 m3/d;γ1—井液平均相对密度，无量纲;η—泵的效率，%。

3)分离器和保护器选型。根据所选电机型号和该井的气液比，确定分离器和保护器的型号。

4)潜油电缆的选型。根据井底温度、电机功率、电机额定的电压和电流等选择电缆型号，长度由泵的下深决定。电缆的压降损失和功率损失分别用式(3)和(4)计算[3］。

式中，ΔU—潜油电缆压降损失，V;I—电机的额定电流，A;r—导体有效阻抗，Ω/km;cosφ—功率因数，无量纲;sinφ—无功率因数，无量纲;ΔP—潜油电缆功率损失，kW;R—潜油电缆的内阻，Ω。

5)变压器的选型。根据电网电压、频率及电机功率、电缆压降等确定变压器容量，由式(5)计算。

式中，PT—变压器的容量，kV·A;U—电机的额定电压，V。

6)控制柜的选型。由机组现场使用条件和电机的功率、额定电流及机组额定电压进行选配。

表1为深井小排量潜油电泵机组主要设备技术参数。

表1 深井小排量潜油电泵机组主要设备技术参数

2 现场应用

2.1 电泵机组试验

小排量、高扬程深井[4］潜油电泵机组入井前，先在试验井内进行性能试验，合格后方可现场使用。由表2可以看出，该电泵机组满足排量≤30 m3/d、扬程3 500 m的技术要求。

表2 深井小排量潜油电泵机组试验数据

2.2 现场试验

2.2.1 施工要求

1)模拟通井。加工专用通井规(外径146 mm、长度10 m);用该通井规通井后，根据通井规磨损情况，采取相应作业处理手段通井合格，保证机组顺利入井和起出。

2)降低下泵速度，增加电缆卡子数量。一般油井作业下油管速度控制在40～50根/h，每根油管打2只电缆卡子，而深井电泵机组下泵速度控制在20～30根/h，每根油管打3只电缆卡子，目的是防止电缆磨损和电缆由于自重而下滑。

2.2.2 现场试验情况

2012年10月小排量、高扬程深井电泵在东河X1井进行了现场试验，由Φ44 mm有杆泵井采油改为30 m3/d、扬程3 500 m的小排量深井电泵采油后，日产液由15 m3/d提高到40 m3/d，动液面3 018 m;随后又在东河X2井、东河X3井和哈得X井应用，工况稳定。

3 应用分析

3.1 排量效率

东河X1井由有杆泵采油改用小排量、高扬程电泵采油后，排量效率133%，提液效果明显(图2)，截至2014年10月，累计增油13 126 t。现场应用4口井平均排量效率达106%，达到了设计排量的要求。

3.2 检泵周期

表3是塔里木油田使用小排量、高扬程电泵后的检泵周期统计表。可以看出，使用小排量电泵后检泵周期平均延长了212 d，节省了作业费用。

表3 塔里木油田深井小排量潜油电泵检泵周期

4 结论

1)深井小排量潜油电泵机组在东河X1井试验成功，提液效果明显，年增油1.3万t。

2)深井小排量潜油电泵机组在塔里木油田4口井现场应用表明，电泵排量效率达到设计要求，且能够延长油井检泵周期。

3)对于低产液量、检泵周期短、无复杂井况条件的油井，深井小排量潜油电泵机组具有良好的应用前景。

[1]梅思杰，邵永实，师世刚，等.潜油电泵技术[M］.北京:石油工业出版社，2004.

[2]齐正学，傅书贵，郭建良，等.小排量、高扬程潜油电泵机组设计与应用[J］.石油钻采工艺，2012，34(4):71－74.

[3]万仁傅，罗英俊.采油技术手册(第四分册)[M］.北京:石油工业出版社，2002.

[4]郭仕为.塔里木深井超深井采油技术应用分析[J］.中国石油和化工标准与质量，2013，19(1):73－73.