潛油隔膜泵舉升工藝在G油田的應(yīng)用

李長生（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

隨著油田開發(fā)的不斷深入，近年來G油田大斜度井逐年增加。這部分大斜度井應(yīng)用游梁式抽油機有桿舉升，不同程度地存在著桿管偏磨嚴(yán)重、泵掛深度淺、產(chǎn)能發(fā)揮不充分等問題，但無桿舉升工藝可以解決上述問題。2018年，G油田試驗潛油隔膜泵舉升工藝，為了檢驗該舉升工藝的可靠性、穩(wěn)定性，以及全生命周期長度，先期在2口直井上開展了先導(dǎo)試驗，并在試驗中不斷改進(jìn)其性能，為最終在大斜度井上應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 潛油隔膜泵舉升工藝組成及其原理

1.1 工藝組成

潛油隔膜泵舉升工藝由地面和井下兩部分組成（圖1）。地面核心部分是控制柜，配套部分有電子壓力計、接線盒等；井下核心部分是潛油隔膜泵，配套部分有小扁電纜、動力電纜、泄油閥、井下傳感器等。潛油隔膜泵（圖2）由排出閥、吸入閥、橡膠隔膜、柱塞、偏心驅(qū)動、減速器、電動機等組成，該泵實際上是潛油電動機與柱塞隔膜的組合體[1]。

圖1 潛油隔膜泵舉升工藝 圖2 隔膜泵組成示意圖組成示意圖

1.2 工藝原理

地面配電箱給電，通過電纜啟動電動機。電動機啟動，經(jīng)減速器帶動偏心驅(qū)動，偏心驅(qū)動帶動柱塞上下往復(fù)運動，柱塞通過復(fù)位彈簧與橡膠隔膜相連，帶動隔膜運動。在吸入閥、排出閥的配合下實現(xiàn)液體進(jìn)泵、排出，完成舉升。

表1 潛油隔膜泵與游梁式抽油機舉升工藝的能耗對比

2 現(xiàn)場試驗及應(yīng)用效果

2018 年5 月和8 月，在G 油田2 口井上應(yīng)用了潛油隔膜泵舉升工藝。截至目前，2 口井運行平穩(wěn)，免修期已分別達(dá)到241 天和135 天，沉沒度保持在合理水平，井底流壓控制在地質(zhì)部門給定的范圍內(nèi)。

2.1 潛油隔膜泵舉升工藝能耗及系統(tǒng)效率

對2口井應(yīng)用潛油隔膜泵舉升工藝后能耗情況進(jìn)行了評價。采用潛油隔膜泵舉升工藝前，2 口井均運用游梁式抽油機舉升工藝進(jìn)行采油。在應(yīng)用潛油隔膜泵舉升工藝前后，2 口井各項生產(chǎn)數(shù)據(jù)基本一致的前提下，利用電參測試儀對各自系統(tǒng)的能耗情況進(jìn)行了測試，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了計算，計算結(jié)果見表1。結(jié)果顯示，使用潛油隔膜泵后，2 口井的平均有功功率為2.475 kW，較應(yīng)用前減少2.09 kW，日節(jié)電達(dá)到50.16 kWh，節(jié)電率為45.78%；同時，對兩種舉升工藝的噸液耗電情況進(jìn)行了對比，潛油隔膜泵舉升工藝的平均噸液舉升能耗為6.835 kWh，較游梁式抽油機舉升工藝減少6.075 kWh。

對兩種舉升工藝的系統(tǒng)效率進(jìn)行對比，對油壓、套壓、動液面進(jìn)行測試，利用罐車方式對日產(chǎn)液量進(jìn)行量取，由原油舉升系統(tǒng)的效率公式計算2口井舉升方式改變前后的系統(tǒng)效率值[2]。

式中：η——系統(tǒng)效率，%；

Q——日產(chǎn)液量，t；

ρ——采出液密度，t/m3；

H液——動液面深度，m；

P油——油壓，MPa；

P套——套壓，MPa；

P實——實測有功功率，kW；

g——重力加速度，取9.8 m/s2。

計算結(jié)果見表2。結(jié)果表明，在G 油田的地質(zhì)條件下[3]，機采井正常生產(chǎn)時，潛油隔膜泵舉升工藝的系統(tǒng)效率可達(dá)25.18%，較游梁式抽油機舉升工藝的系統(tǒng)效率高出12.88個百分點。

綜上所述，在相同的地質(zhì)條件下，機采井正常生產(chǎn)時，潛油隔膜泵舉升工藝較游梁式抽油機舉升工藝其日耗電量小、噸液舉升能耗低、系統(tǒng)效率高，節(jié)能效果顯著。

2.2 潛油隔膜泵舉升工藝合理熱洗參數(shù)的確定

熱洗是確保機采井正常生產(chǎn)的有效手段之一，合理的清蠟點及熱洗參數(shù)是機采井熱洗的內(nèi)在要求。潛油隔膜泵舉升工藝與游梁式抽油機舉升工藝差異較大，其合理的清蠟點判定及熱洗參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)不能照搬游梁式抽油機舉升工藝，有必要重新確定。

表2 潛油隔膜泵與游梁式抽油機舉升工藝的系統(tǒng)效率對比

潛油隔膜泵井下電動機非直線電動機，其運轉(zhuǎn)屬單方向，運轉(zhuǎn)過程中，只會呈現(xiàn)一個較為平穩(wěn)的電流值。電動機電流值的大小可以直接反映舉升工藝的負(fù)荷情況，因?qū)贌o桿舉升，系統(tǒng)的主要負(fù)荷表現(xiàn)在三個方面：舉升高度、井口回油壓力、油管內(nèi)部蠟影響。考慮保持舉升高度合理、井口回油壓力平穩(wěn)的情況下，電動機電流值與油管內(nèi)部蠟影響之間具有較強的相關(guān)性。

G 油田試驗的2 口井的電動機上限電流值為11.4 A。出廠設(shè)計要求，當(dāng)實際電流達(dá)到上限值的90%時，必須采取應(yīng)對措施，否則易發(fā)生故障。依其設(shè)計要求，將上限電流值的90%即實際電流達(dá)到10.3 A時作為系統(tǒng)的清蠟點?，F(xiàn)場采取“一定熱洗排量下，不同洗井時間的電流降幅”方式，對合理洗井參數(shù)進(jìn)行確定。

1 號井合理洗井參數(shù)確定情況見表3。正常生產(chǎn)時，該井電流為9.1 A，此時，回油壓力為0.5 MPa，套管壓力為0.52 MPa，動液面深度為741 m。2018年10 月8 日，發(fā)現(xiàn)該井電流已上升至10.3 A，9 日對該井進(jìn)行熱洗。熱洗排量為8 m3/h，熱洗時間1.5 h。熱洗后正常生產(chǎn)，3 天后對該井進(jìn)行相關(guān)測試，回油壓力為0.49 MPa，套管壓力為0.51 MPa，動液面深度為736 m，電流為9.6 A。電流未恢復(fù)到正常水平，12 日開始第二次熱洗，排量、時間不變。2 天后再進(jìn)行相關(guān)測試，回油壓力為0.49 MPa，套管壓力為0.5 MPa，動液面深度為749 m，電流為9.1 A。電流恢復(fù)至正常水平，熱洗達(dá)到效果。

表3 1號井確定洗井參數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)記錄

2 號井合理洗井參數(shù)確定情況見表4。正常生產(chǎn)時，該井電流為9.0 A，此時，回油壓力為0.55 MPa，套管壓力為0.54 MPa，動液面深度為709 m。2018年11 月25 日，發(fā)現(xiàn)該井電流已上升至10.2 A，26日對該井進(jìn)行熱洗。熱洗排量為8 m3/h，熱洗時間1.5 h。熱洗后正常生產(chǎn)，2 天后對該井進(jìn)行相關(guān)測試，回油壓力為0.53 MPa，套管壓力為0.54 MPa，動液面深度為716 m，電流為9.7 A。電流未恢復(fù)到正常水平，28 日開始第二次熱洗，排量、時間不變。2 天后再進(jìn)行相關(guān)測試，回油壓力為0.52 MPa，套管壓力為0.54 MPa，動液面深度為711 m，電流為9.0 A。電流恢復(fù)至正常水平，熱洗達(dá)到效果。

表4 2號井確定洗井參數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)記錄

分析2口井熱洗前后的測試數(shù)據(jù)，以“年洗井次數(shù)最少，年洗井用水量最少”為基本原則，確定“熱洗排量8 m3/h，熱洗時間3 h”作為G 油田潛油隔膜泵舉升工藝的合理洗井參數(shù)。

綜上所述，G油田的潛油隔膜泵舉升工藝的清蠟點為電動機上限電流的90%即10.3 A，合理洗井參數(shù)為熱洗排量8 m3/h，熱洗時間3 h。

2.3 潛油隔膜泵效率

潛油隔膜泵的結(jié)構(gòu)與目前油田礦場在用的整筒泵有著本質(zhì)上的不同，其設(shè)計無漏失點；因此，在舉升井液的過程中不產(chǎn)生漏失，泵的效率較高。

通過現(xiàn)場量油方式對潛油隔膜泵的泵效率進(jìn)行了計算（表5）。計算結(jié)果表明，2口隔膜泵井平均泵效率可達(dá)89.8%，較整筒泵的27.6%高出62.2 個百分點。

表5 泵效率對比

2.4 潛油隔膜泵舉升工藝的優(yōu)勢

潛油隔膜泵舉升工藝的地面設(shè)備除井口外只有配電箱，占地面積不足5 m2。在此工藝管理過程中，只需對配電箱進(jìn)行操作即可實現(xiàn)參數(shù)調(diào)整、電流數(shù)據(jù)讀取、能耗數(shù)據(jù)讀取等功能；地面設(shè)備無需特殊保養(yǎng)，只需定期查看配電箱門、蓋是否完整即可。潛油隔膜泵舉升工藝設(shè)備具有占地面積小、操作簡單、維護(hù)修理便捷等優(yōu)勢，可減輕一線員工的勞動強度，利于油井生產(chǎn)管理。

3 結(jié)論

1）潛油隔膜泵舉升工藝與游梁式抽油機舉升工藝相比，單耗低47.06%，系統(tǒng)效率高12.88 個百分點。

2）潛油隔膜泵的泵效率一般可達(dá)近90%，較整筒泵高出60%以上。

3）潛油隔膜泵舉升工藝清蠟點的確定源于其自身設(shè)計，不同油田可根據(jù)各自要求進(jìn)行確定，并在實踐中不斷檢驗。

4）潛油隔膜泵舉升工藝的合理洗井參數(shù)的確定源于現(xiàn)場試驗，可有效指導(dǎo)G 油田的生產(chǎn)管理實踐。