罐装电潜泵系统在渤海油田的技术研究与应用.docx

1、罐装电潜泵系统在渤海油田的技术研究与应用罐装电潜泵系统在渤海油田的技术研究与应用摘要:在渤海油田的开发、开采中,相继发现了多个边际油田。由于这些油田受开发成本限制,没有油气处理等设备,多依附于其他有油气处理能力的平台进行生产,油井的高井温、高含气和腐蚀等一些特殊井况原因,给电潜泵的生产带来困难。针对上述问题,设计了耐高温和高油气处理能力的电潜泵机组,并研制了罐装电潜泵系统,取得了良好效果,满足了油田的正常生产,并为罐装电潜泵系统的推广应用和复杂管柱工艺设计奠定了基础。关键词:边际油田 电潜泵 罐装系统 管柱工艺在渤海油田的开发开采中,相继发现了像CFD18-1和BZ34-3/5等这样的多个边际

2、油田,这种油田分布广、储量小或原油物性差等特点1。如何经济有效地开发这些边际油田？是一个复杂的系统工程。随着能源经济的变化和海上油田开发技术的不断进步,使这些油田经济有效的开发开采成为可能。采用新技术和依托开发的路线,最大限度地降低投资,才具有开发开采效益。这些边际油田多采用依托生产方式的三一模式进行开采,所谓三一模式2即一座无人简易平台、一条海底管线、一条海底电缆,将其生产的油气回接到已开发的较近油田。CFD18-1油田按照以上开发方式进行工程建设,但是相比普通电泵生产工艺,还存在以下问题。CFD18-1 A1h井溶解气油比较高,地面日产气量预计达到5万方,泵吸入口含气量可能高达25%,而普

3、通电潜泵只能承受小于10%的含气量;该井产出流体含CO2(最大含量(mol)为1.19%),最大分压为0.311 MPa,套管无特殊的防CO2措施;油田属于衰竭生产方法,含水率、产能变化幅度高;平台没有油、气、水工艺处理设备,需要电潜泵具备很高的举升压头,将油气水通过海管输送到大平台;而普通电潜泵举升工艺设计很难解决以上所有问题,因此我们需要设计一套密闭、处理高含气、耐高温、宽幅及高举升能力的特殊的罐装电泵管柱工艺系统,有较强的适应性,才能保证电潜泵的生产。1 罐装电潜泵系统设计原理及思路1.1 设计整体思路罐装系统是通过不同设备优化组成,包括电潜泵机组安装于密闭罐装(CAN)系统,避免腐蚀物

4、对套管的接触;电缆有较好的耐高温和防气性能;泵要有较高的游离气处理能力和较宽的工作范围;电潜泵机组适用高温度等级配套泵工况,用于连续检测压力、温度等参数变化。1.2 罐装系统设计方案罐装系统是一种密封装置,设计示意图见图1所示,在完井和修井过程中与电潜泵机组配合使用4,沟通油藏,为井液提供流动通道,从射孔段到井口处形成一个整体的密封系统,罐装系统可使井液与套管完全隔离。系统包括:悬挂器、电缆穿越器、偏心接头、自动换向阀、电潜泵等设备设计组成。1.2.1 悬挂器的设计悬挂器是罐装系统的重要部件,见图2所示,它悬挂电潜泵机组和罐装系统装置。按需求,它被设计成三个通道,一是电潜泵输送油路通道,一是电

5、缆传输通道;二是电潜泵输送油路通道;三是管线连接通道。连接扣型采用FOX扣具有良好的气密性能,对井液与套管隔离起到重要效果。输油通路与悬挂器采用偏心设计,以给电缆穿越器留出足够的空间。1.2.2 电缆穿越器设计电缆穿越器设计采用整体穿越结构,穿越器本体和悬挂器连接,引接电缆与穿越器下接头做为一体,现场安装时下接头与穿越器本体连接,避免引接电缆与穿越器电缆的连接。引接电缆长度能够满足电机电缆插头到穿越器下接头的实际距离需求,提高了可靠性,并节省作业时间。穿越器上接头电缆与动力电缆连接后,穿越器上接头与穿越器本体连接,形成电缆动力传输通路,为电机提供电力源。1.2.3 偏心接头从(图3)中可以看出

6、,在罐装系统内设计安装了偏心接头以保证安装后的电潜泵机组与罐同心。避免了电潜泵机组的偏磨,有利于电机的散热和提高电潜泵机组的可靠性。由于引接电缆和穿越器的下接头做为一体结构,要保证现场引接电缆平直并保证长度正好满足所需要求,现场安装时,除配油管短节外,还设计安装了油管伸缩短节进行微调。1.2.4 自动装换阀在罐装系统中还设计安装了自动转换阀,在电潜泵运行时,阀体由电潜泵出口的液体推动,关闭油管与环空的通道,液体从泵的吸入口进入,经泵的增压举升到地面。当电潜泵不运行时,阀体由弹簧装置自动打开,关闭油管和环空之间的通道。可达到两个作用,一个是油井有自喷能力时,液体可直接进入自动转换阀与油管间的通道

7、举升至井口,减少泵的狭小流道对自喷能力的阻碍;另一个是检泵作业时,自动转换阀还起到泄流阀的作用。1.2.5 插入密封和定位密封罐装系统的长度按照电潜泵机组配长,罐体采用无接箍7”套管连接。罐的底部设计安装了插入密封和定位密封,当插入密封插入封隔器后,油层与套管空间隔离,罐装内部与油层连通,井液进入罐装系统内部。1.2.6 电潜泵选型设计电潜泵设计是罐装系统设计的另一个重要部分,包含:电机、离心泵、保护器、泵工况和电缆的设计。计算采用贝克休斯深锤电潜泵的电泵系统选型设计软件Auto graphPC3计算。按照油井设计产量和不同年份油井数据变化,模拟了三种模型进行了计算输出,见(表1)。由于平台无

8、增压泵设备,井口压力需要大于7 MPa,才能将油气输送到有油气处理能力的中心平台。由表1数据可知,数据模型中初始给定的采油指数为393.79 m3/d/MPa时,在此给定条件下A1h有能力自喷。数据模型中在设计产量为250 m3/d和预计的压力衰竭下,泵吸入口处压力为15.87 MPa,流量408 m3/d,附近含气为24.46%。模型中在设计产量为250 m3/d和采油指数17.03 m3/d/MPa时,泵吸入口处处压力为9.504 MPa,流量346 m3/d,附近含气为22.11%。(1)电潜泵机组设计配套。机组系列的确定该井套管内径为220 mm,可下入7”23lb/ft外径的罐装系统

9、,其外径为178 mm,内径为162 mm,通径尺寸为159 mm。4#引接电缆尺寸12.631.5 mm,根据机组投影尺寸=(电机外径+泵外径)/2+引接电缆的厚度,计算投影尺寸=152.3 mm,因此,可选择562系列电机和538系列泵。泵的设计综合选泵三个模型的计算和AutographPC软件拟合计算,选用538系列157级G31泵,两种模型下均在泵的处理范围之内,井口压力达到8 MPa,最高达11.4 MPa。气体分析和处理软件计算得知,泵入口采用6级538系列,GINPSHH塔式压缩泵。该泵采用大流量泵型,60 Hz下的最佳流量为1200 m3/d,其主要作用是搅拌,使气液混合均匀,

10、避免产生气锁。通过该泵的气体含量变化从24.46%23.5%,气体压缩较少,在经过G31泵增压后的气体百分数降到约1%,气体不会对泵的运行产生影响。电机的设计AutographPC软件模拟计算,选用562系列电机,电机参数:222HP/1954 V/69A/50 Hz,适用环境温度150 ,电机绕组温度到198 ,所选电机在负载率和绕组温度能够满足配套要求。(2)保护器的设计。AutographPC软件模拟计算,选用513系列双节串接保护器,每节均有两个胶囊和一个沉降腔组成,所选保护器能够起到有效的保护作用。(3)电缆的设计。动力电缆用。AutographPC软件模拟计算,选用5kV电压等级4

11、#园铅护套电缆;电机运行电流63.38 A和给定井况条件下,软件计算模拟电缆导体温度为131 ,而电缆允许最高温度为232 ,铅护套具有良好的防气性能和耐高温性能,满足井况和机组运行使用要求。(4)泵工况的确定。采用贝克休斯深锤公司的WellLIFT-H型泵工况,适应环境温度:-25 150 ,压力:35 MPa。检测参数:泵吸入口压力、泵出口压力、井温、振动、泄漏电流等参数,能够有效检测机组运行状况及监测油藏压力变化。综上所述,软件模拟计算和电潜泵机组各部件的设计,在满足在设计产量、气体处理、耐温和防腐性能等方面满足电潜泵设计要求。1.3 罐装系统技术优点电潜泵机组与套管隔离,且完全密封。

12、井液与套管隔离,消除了腐蚀、高温、压力等因素对套管的影响,可以将腐蚀物质完全隔绝在油管及罐装系统中,保证套管不会受到酸蚀,延长了套管的使用寿命,对动力电缆也起到有效的保护。电潜泵被罐包裹,在下井和提井过程中对电潜泵机组提供了有效保护,特别是在斜井中,提高了作业的成功率。与地层保护阀配合使用,在修井和完井过程中无需循环压井,且无漏失和对地层的污染。可使电潜泵机组和罐间的间隙做到最小,对提高电机表面流速,增加电机的散热,可延长使用寿命。这种灌装电潜泵系统工艺要求所有气体都要通过泵进行处理,因此,要求电潜泵机组必须有较高气体处理能力。1.4 罐装系统施工工艺罐装系统首次在渤海油田使用,作业前,制定了

13、严格的作业程序和作业指导书。施工中,在悬挂器与7”套管的配合、电缆穿越、偏心接头与伸缩短节配合、插入密封和定期密封的安装达到设计要求,电缆保护器与机组和罐的配合尺寸、位置合理。同比常规电潜泵管柱设计,油气分离要从套管排放,这种罐装系统起到了密封作用,管柱可靠,起到井液与套管隔离作用。CFD18-1-A1h罐装电潜泵系统通过精心设计和施工,成功应用井下运行,满足了CFD油田的油、气同采和同时输送到中心平台处理的需求。2 现场应用2.1 现场应用及效果CFD18-1 A1h井于2011年5月1日作业结束,5月4日正式计量生产。5月8日生产数据基本稳定,电潜泵机组工作频率50 Hz,产液量603 m

14、3/d,产气5.3104 m3/d,含水2.9%,井口压力9.17 MPa。用AutographPC软件模拟计算,泵入口处的体积为1044 m3/d,偏离538系列G31泵给定最佳推荐特性曲线上限,长期在这种状态下运行,对泵的运行质量将产生不利的影响。5月9日将工作频率由50 Hz下调到30 Hz,油嘴由13.5 mm下调到12.3 mm,产液量为322.56 m3/d,井口压力7.82 MPa产气量下降到2.9712104 m3/d。用AutographPC软件模拟计算,泵入口处的体积为339 m3/d,满足538系列G31泵给定最佳推荐特性曲线范围(30 Hz下,泵流量从144348 m3

15、/d)。随着含水的上升,泵的运行状态会更加趋于合理。该机组从2011年5月2012年9月运行安装运行17个月,产液量平均为320 m3/d,平均产气量1.239104 m3/d,平均含水73.15%,入口压力基本维持在22 MPa,平均井口压力7.485 MPa,井温在109.5 ,电机温度为123.9 ,电机运行电流为46.6 A,电潜泵机组运行平稳,泵型有较宽的流量调节范围,实际产量达到选泵设计要求。目前运转平稳。2.2 推广情况在CFD18-1-A1h成功应用基础上,又深入研究了配套工艺,结合BZ28-1 N4井的特点,又设计了一套罐装电潜泵系统。该井自1989年5月投产以来,由于气窜、

16、产量下降、套管压力增高等因素,分别下入射流泵、氮气诱喷、Y型管柱电泵合采等多次修井均未取得良好效果,长期处于停产状态。由于套管压力增高,最高压力达到19.4 MPa,为了优化生产及消除安全隐患,2012年6月采用罐装电潜泵系统修井检泵作业,达到了油管和套管同压力隐患治理的目的。3 结论通过油藏数据收集、电潜泵机组设计、罐装系统设计、技术评审论证、陆地准备和现场应用,所设计研发的罐装电潜泵系统具有独特的技术特点,并积累了罐装电泵系统的作业经验,罐装电潜泵系统符合渤海油田实际生产情况,解决了生产实际问题,通过设计研发和应用情况的分析可达到以下结论。通过CFD18-1-A1h/BZ28-1-N4井的成功应用,罐装电潜泵系统为提高海上边际小油田经济效益,并提供一项重要的机采配套工艺措施。罐装电潜泵系统是基于成熟的电潜泵设备和精确选型计算,