电潜泵_气举组合排水采气工艺设计方法研究

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电潜泵-气举组合排水采气工艺设计方法研究

陈维

1

刘竟成

2

（1、西南石油大学，四川南充6370002、重庆科技学院，重庆404100）

1概述

电潜泵作为一种经济有效的人工举升方法，近年来用于产水气藏的强排取得了一些成功的经验。但常规的电潜泵排水采气工艺，其生产方式为油管排水、套管产气，对于大水量高气水比气井，其自身气的能量未能得到充分利用。电潜泵-气举组合排水采气工艺提出，在电潜泵上部油管柱安装气举阀，将气体引入电泵上部油管柱，减小液柱压力，节约电泵投资及运行成本。

组合排水采气工艺由于采用两套子系统同时工作，具有单一举升系统所不具备的独特优势，主

要表现在以下几个方面：其子系统的启动压力、

运行功率明显较单一举升系统低，可根据现场情况选用最经济的组合，使井下设备的选择范围更广；当某一子系统失效时，另一子系统可以较小的产量维持生产直至整个系统恢复；由于组合灵活，可通过调整子系统的运行功率，使系统在最佳状态下工作，防止系统过载[1-3]。

2组合举升原理

电潜泵-气举组合排水采气系统是通过电潜

泵子系统和气举子系统两级组合实现的。

其管柱结构如图1所示，

主要包括电潜泵子系统、气举子系统两部分。气体由油套环空经工作阀进入电潜泵上部油管。根据气井地层气水比与采气经济性评价结果决定采用外部注入气气举或采用伴生气气举。电潜泵需保持一定的沉没深度，以保证电潜泵安全运行。注气工作阀位于动液面上部，确保液体不过阀，

保证气举阀长效安全工作。

地层水经电潜泵加压进入油管；地层气和注入气经油套环空至工作阀注入油管，与油管内的地层水混合形成气水两相管流，将地层水举升至地面。

组合举升中，电潜泵作为一级举升系统，气举

作为二级举升系统。

由于气举降低了电潜泵上部油管流体压力梯度，因而降低了设计中电潜泵出口压力，相当于减小了电潜泵的泵挂深度。采用组合举升系统设计后，设计电潜泵出口压力降低值，对应的表示了组合举升系统中，气举举升子系统所减小

的水力压头。由于当量深度的减小，

电潜泵可采用较小的功率设计，节约电潜泵下入级数。气举作为二级举升系统，由于地层气经气举阀注入油管，可充分利用地层气体的能量，减少整个排水采气系统的运行能耗。

2.1井下管柱

典型的组合举升系统井下结构如图1所示。a.为双管柱结构，气举子系统的注气通道由独立插入油管完成，与电潜泵主系统互不影响，油气层生产的天然气在井下分离后，进入油套环空，减

少气体对电潜泵举升效率的影响。

但双油管的下入要求套管尺寸较大，且插入的注气油管往往尺寸较小，使注气量受到限制。

b.采用封隔器将气举子系统和电潜泵主系统

分开，封隔器上部的油套环空作为注入气通道。油气层产出的天然气必须全部经电潜泵进入油管，过多的天然气将影响电潜泵的工作，甚至出现“气锁”，可通过增加泵挂深度，减少游离态的气体进泵或增加气体处理装置，使气体能与液体混合均匀一并通过电潜泵，而对电潜泵的举升效率影响小。

c.相对于a 、b 两种管柱结构，直接采用油气层的产出液体将电潜泵和气举分开，要求油气层具有较高的地层压力和较大的产液指数，井下管柱最简单。

2.2节点系统分析

组合举升系统井下管柱结构不同于常规单一举升系统，它是由电潜泵子系统与气举子系统组合而成。为避免气体对电潜泵的影响，造成电泵失效，电潜泵子系统位于气举子系统下部。组合举

升系统中，电潜泵将整个井筒分为上下两个部分。设计过程中，总排液系统上部可视为一纯气举排液举升虚拟井；下部可视为电潜泵排液举升虚拟井。对整个系统进行节点分析时，可将系统解节点可选在电泵出口。流入压力为：

（1）

流出压力为：

（2）

3设计方法

电潜泵-气举组合排水采气工艺是以产层-井筒-电潜泵子系统-气举子系统所组成的生产系统为对象，在生产中各子系统相互协调的前提下，采用系统节点分析法，优选不同的子系统工作参数，最终确定合理的组合举升系统设计方案。组合举升系统设计比常规电潜泵系统排液举升设计、常规气举系统排液举升设计要复杂。它的难点和核心是不仅要使电潜泵子系统与气举子系统互不干扰，而且还要相互协调[4,5]。针对组合举升系统的三种

井下结构（图1

），其设计方法也不同。对于采用双管柱（图1a ）和加封隔器（图1b ）的井下管柱结构，由于注气通道和地层产气流出通道相对独立，不用考虑地层产出液会流经气举阀，从而造成气举阀的损坏，因而其设计方法相对简单，其设计步骤如下：

a.在已知设计产液量Qi 的条件下，根据产层流入动态确定井底流压p w f 。

b.从井底向上计算井筒压力分布至泵挂深度处，计泵入口压力。

c.在已知设计井口压力条件下，以电泵出口为起点，假设一电泵出口压力，取该压力为连续气举设计井底流压，电泵出口流体物性参数为连续气举设计流体物性参数，对电泵出口至井口段做连续气

举优化设计。

d.根据已知设计产液量Qi 、泵入口及泵出口压力、

井身结构，确定电潜泵机组及电缆参数。e.假设一系列不同的电泵出口压力，从c 开始，进行连续气举优化设计。

f .按照产量或系统效率等指标对可行的组合举升方案进行排序，挑选出适合的方案实施。

对于单管柱不加封隔器的井下结构，油套环空不仅作为注气通道，同时也是地层产气通道。地层流体经井下气液分离器后，地层液体经电泵-油管-井口排出；地层气经油套环空-气举阀-油管-井口排出。油套环空中，气举阀以下的流体在地层产气的作用下形成气液两相上升流，为防止大量的地层产液流过气举阀进而造成气举阀损坏，必须对气液两相流能达到的最大液面高度做准确预测。

4结论及认识

4.1电潜泵-气举组合可用于大水量、高气水比深井排水采气。该工艺能有效利用气井自身气能量，节约设备投资及排水采气系统运行成本。

4.2电潜泵-气举组合可有效解决单一举升工艺系统负荷过大造成的举升系统失效问题，可利用较小的系统能耗实现深井大排液量深抽。

4.3电潜泵和气举举升均为大排量、连续举升工艺，能实现子系统间无干扰耦合，避免系统间干扰造成的系统效率降低。

4.4电潜泵-气举组合可根据现场情况，增加或减小单一子系统功率，实现排水采气系统的经济技术最优化。

e.组合举升工艺能降低系统启动压力。f .可缩短生产延期，当其中一个系统出现故障或失效时，可以较小产量延续生产直至系统恢复。

参考文献

[1]李颖川.采油工程[M].北京:石油工摘

要:给出三种电潜泵-气举组合排水采气工艺的井下管柱结构，并根据不同的井下管柱结构各自的特点，提出了两种不同的组合排水采气

工艺设计方法与步骤。组合举升工艺将气井自身气通过气举阀引入到油管中，利用地层气的能量减小上部油管柱流体密度，降低了举升管柱压力，可实现采用较少的泵级数、

较小的泵功率即能达到将地层水泵出地面的目的，从而降低了整个排水采气系统的系统投资及运行成本。关键词：深井；排水采气；连续气举；电潜泵；组合举升（下转22页）