油田接力复合举升深抽工艺技术研究与应用课程.docx
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油田接力复合举升深抽工艺技术研究与应用课程
中国石化西北油田分公司2007年科研项目验收报告
塔河油田
接力复合举升深抽工艺技术研究与应用
中国石化西北油田分公司工程技术研究院
2008年12月
塔河油田
接力复合举升深抽工艺技术研究与应用
项目负责单位：
中石化西北油田分公司工程技术研究院
项目负责人：
赵海洋张志宏
报告编写人：
邓洪军刘榧杨映达张建军柏森黄云
报告审核：
赵海洋
起止时间：
2007年1月至2008年12月
中国石化西北油田分公司工程技术研究院
2008年12月
1项目研究目的意义
1.1目的意义
随着开发的不断深入，油层能量逐渐降低，低液面油井不断增多。
特别是塔河油田奥陶系碳酸岩储层为代表的西部油藏具有超深、高温、缝洞发育等复杂的地质特征，油井深度5000m以下。
油井见产初期产能高、递减快，后期主要以人工举升开采方式为主，目前塔河油田主要采取有杆泵（管式泵、抽稠泵、螺杆泵、自动补偿泵采油工艺）、无杆泵（电潜泵采油工艺）采油方式为主，但随着地层能量的进一步的下降，部分油井因供液不足处于间开生产状态，液面已经下降到常规有杆泵极限泵挂深度，现有工艺无法满足生产要求，因此必须发展提高深抽工艺及深抽配套工艺技术，提高油井的生产时效，以满足油田开发生产要求，同时为油田提高采收率做出贡献。
1.2课题内容设置
1.2.1课题主要研究内容
（1）国内外复合举升深抽工艺技术调研
（2）接力举升采油工艺技术优化研究
（3）有杆泵-电泵接力复合举升方式配套管柱研究
（4）有杆泵-电泵接力复合举升系统生产参数优化设计技术研究
（5）有杆泵-电泵接力复合举升工艺现场试验应用
1.2.2主要技术指标
（1）有杆泵-电潜泵接力举升系统管柱设计及优化；
（2）接力升系统下泵深度达到4000m；
（3）检泵周期大于300天。
1.2.3主要技术路线
首先通过对不同类型油藏和油田地面条件的特点分析，初步筛选出不同类型油藏的复合举升工艺方案，然后在数值模拟的基础上，研究最佳的参数匹配，优化确定复合举升方式。
再根据复合举升方式设计相应的举升设备。
最后研究不同的工作参数对复合举升系统的影响，进行优化设计，从而形成塔河油田超深复合举升采油技术。
1.2.4技术关键
（1）有杆泵-电泵接力举升优化组合及参数匹配研究
（2）接力复合举升系统参数优化设计技术研究
2工作量及经济技术指标完成情况
2.1工作量完成情况
序号
主要研究内容
完成情况
1
国内外复合举升深抽工艺技术调研
总结分析了喷射泵—电潜泵组合深抽工艺和喷射泵—电潜泵接替举升工艺，调研深抽工艺现状；
2
有杆泵-电泵接力举升采油工艺技术方案优化研究
完成了有杆泵-电潜泵接力举升深抽工艺的可行性分析，总结分析了接力举升工艺的理论原理，管柱耐压及拉伸强度分析计算；
3
有杆泵-电泵接力复合举升方式配套管柱研究
优化设计了有杆泵—电泵接力复合举升工艺管柱设计，研制了井液匹配储能器装置、高效油气分离器装置；
4
接力复合举升系统生产参数优化设计技术研究
合理优化设计了接力复合举升系统生产参数，确保了现场成功应用。
2.2技术指标完成情况
序号
主要技术指标
完成情况
1
有杆泵-电潜泵接力举升系统管柱设计及优化；
形成了一套适应塔河油田深抽工艺技术要求的有杆泵-电泵接力举升系统管柱设计，配套井液匹配储能器及高效油气分离器；
2
接力升系统下泵深度达到4000m；
有杆泵-电潜泵接力举升系统下深最深至4020m；
3
检泵周期大于300天
最长检泵周期达到336天，其余井仍正常生产。
2.3项目研究人员
项目职责
姓名
单位
职称
研究分工
项目负责
赵海洋
西北油田分公司工程技术研究院
高级工程师
总体设计与组织管理
首席专家
林涛
西北油田分公司工程技术研究院
教授级高工
总体设计与规划
研究人员
赵普春
西北油田分公司采油二厂
高级工程师
项目落实及组织实施
研究人员
张志宏
西北油田分公司工程技术研究院
高级工程师
国内调研
基础理论研究
研究人员
邓洪军
西北油田分公司工程技术研究院
工程师
研究人员
刘榧
西北油田分公司工程技术研究院
工程师
管柱设计优化研究
研究人员
黄云
西北油田分公司工程技术研究院
工程师
研究人员
杨映达
西北油田分公司工程技术研究院
工程师
研究人员
张建军
西北油田分公司工程技术研究院
工程师
方案优化设计
研究人员
柏森
西北油田分公司工程技术研究院
工程师
研究人员
胡雅洁
西北油田分公司工程技术研究院
工程师
现场试验跟踪评价
研究人员
刘广燕
西北油田分公司工程技术研究院
工程师
3取得的主要技术成果
3.1接力复合举升工艺技术调研
国内对于复合举升工艺也做了一些探索，如喷射泵—电潜泵组合深抽工艺和喷射泵—电潜泵接替举升工艺等。
3.1.1.喷射泵—电潜泵组合深抽工艺
工艺流程见图3-1，工艺流程设计具体方法是在油井附近打一眼深约50m的井，称为口袋井。
将电潜泵（即电动潜油离心泵）挂在口袋井中，作为系统动力液的升压升温设备，三相分离器置于油井附近实现动力液循环和原油外输。
由于流程中无机械运动部件，喷射泵随油管可下到一定深度，电潜泵在地面给动力液提供较高的压力（一般可达12～20MPa），系统通过大排量动力液将油井产出液带出，克服了有杆泵深抽小液量难以提升的弱点，整个系统不易发生机械故障，适合深井举升。
油井产出液经喷射泵与动力液混合从油套管环形空间返出，进入三相分离器，其中一部分液体作为油井产量外输至计量站，一部分液体作为动力液进入口袋井循环。
这样，循环动力液就不断地从油井井底和口袋井中电潜泵机组获得热量，最终使动力液具有较高的温度，因而工艺具有较好的热力开采特性。
图3-1喷射泵与电潜泵组合举升流程图
但是，该工艺的局限性也是显而易见的。
一是用喷射泵效率低，下泵深度受限。
二是与单一电潜泵比，并无优势。
3.1.2喷射泵—有杆泵接替举升工艺
喷射泵有杆泵接替举升是通过喷射泵系统举升和有杆泵系统举升两级举升接替实现的。
主要包括有杆泵系统、喷射泵和封隔器。
封隔器在喷射泵以下密封油套管环形空间。
其中喷射泵为套管式反循环泵，动力液（水或油水混合液）由井口油套管环形空间打入，经喷射泵与油层产出液混合。
喷射泵将混合液举升到有杆泵的正常抽汲深度（保持有杆泵有一定的沉没度），实现一级举升。
由有杆泵系统再将混合液举升到地面，实现二级举升。
这样经喷射泵有杆泵的举升接替完成了油层产出液的举升过程。
接替举升只要求喷射泵将油层产出液和乏动力液举升到井筒的一定高度，因此动力液可采用低压（可为0）动力液，地面泵可采用低压离心泵，或直接在井口加一回流装置，让一部分混合液不经过任何处理重新注入油套管环形空间，形成循环动力液。
接替举升工艺设计是以油层—井筒—喷射泵—抽油泵、杆、机所组成的生产系统为对象，在油层、喷射泵及有杆泵相互协调的前提下，选定不同机、杆、泵（包括有杆泵和喷射泵）及其工作参数，以喷射泵为求解点，采用系统节点分析方法，确定出最大的可能产量及其相应的抽汲参数。
接替举升设计比常规的机、杆、泵系统设计要复杂，它不仅涉及井筒多相管流的压力和温度场分布，而且还涉及到喷射泵和有杆泵之间的相互协调关系及其工作状况。
该工艺特点如下：
喷射泵无机械运动部件，动力液工作压力很低，可随油管下入足够深度。
理论上只要有杆泵在喷射泵的有效扬程内，能实现凡尔的开关，即可实现举升接替，因此接替举升系统的抽汲深度与单一的有杆泵或喷射泵的抽汲深度相比会大大增加。
合理设计喷射泵与有杆泵之间的距离，可以改善有杆泵的供液能力，从而改善有杆泵系统的工况。
从地面管理角度分析，接替举升系统与单一有杆泵系统相差无几，只是在井口多一个动力液入井流程。
地面调整的参数为有杆泵系统的冲程、冲数及喷射泵需要的井口动力液量，这些参数的调整必须满足举升接替的协调关系。
油层产出液量是上述参数调整的依据，根据喷射泵的特性曲线，以满足有杆泵的入口压力为基础，确定井口动力液量。
与单一的有杆泵深抽或喷射泵深抽相比，接替举升工艺的适应性有所增强。
例如，对斜井和水平井，接替举升系统的喷射泵可下至油井的倾斜段和水平段；对高凝高粘油井，喷射泵的乏动力液易于实现对高凝高粘原油加温稀释等等。
但也应该看到，该技术并未解决有杆泵半程出液与喷射泵的协调问题，这将使本来效率低的喷射泵变的更加低。
同时，由于喷嘴的低寿命，无法实现水力起下，难以矿场应用。
通过对各种复合举升方式的研究分析表明，合理的组合方式仅为有限的几种。
比较合理的复合举升方式为
（1）有杆泵－电潜泵；
（2）电潜泵－电潜泵；（3）电潜泵－射流泵
3.2接力复合举升基础理论研究
3.2.1高温高压流体物性计算
3.2.1.1原油物性
1）API重度
（3-2-1）
式中
——原油相对密度，小数。
2）原油密度
（3-2-2）
式中ρSTO——原油在标准条件下的密度，lbm/ft3；
——天然气相对密度，小数。
）原油体积系数
Standing（1981）相关式
（3-2-3）
Vasquez-Beggs（1980）相关式
（3-2-4）
表3-2-1系数c1～c3数据
系数
＞0.8762
≤0.8762
c1
c2
c3
4.677×10-4
1.751×10-5
-1.811×10-8
4.670×10-4
1.100×10-5
1.337×10-9
Glaso（1980）相关式
（3-2-5）
式中
）溶解气油比
Standing（1947）相关式
（3-2-6）
式中
Vasquez-Beggs（1980）相关式
（3-2-7）
表3-2-2系数c1～c3数值
系数
≥30
＜30
c1
c2
c3
0.0362
1.0937
25.7240
0.0178
1.1870
23.9310
Glaso（1980）相关式
（3-2-8）
式中
Lasater相关式
（3-2-9）
当
≤40时，
当
＞40时，
当
时，
当
时，
无因次法，该方法仅实用于压力远远低于饱和压力的情况，而饱和压力下的溶解气油比采用Standing相关式计算。
（3-2-10）
）原油粘度
Beggs-Robinson（1975）相关式
（3-2-11）
式中
脱气原油粘度
Beggs-Robinson（1991）相关式
（3-2-12）
式中
当p>pb时，
式中
）油气界面张力
（3-2-13）
式中
3.2.1.2天然气物性参数
）天然气密度
（3-2-14）
式中p——压力，Psi；
Tr——拟对比温度，无因次。
）天然气体积系数
（3-2-15）
）临界压力温度
公式1
公式2
公式3
式中
——H2S的含量，无因次；
——CO2的含量，无因次；
——N2的含量，无因次。
公式4
当
≥0.7时，
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