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,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 graphPC[3]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Ⅰ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Ⅱ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Ⅲ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,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12.6×31.5 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,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