罐裝電潛泵系統(tǒng)在渤海某稠油油田的研究與應(yīng)用

（中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300459）

渤海某油田部分油井產(chǎn)出液含H2S等腐蝕氣體，對油套管和電潛泵容易產(chǎn)生腐蝕，造成油井出現(xiàn)復(fù)雜情況進(jìn)行大修[1]；同時部分定向井井斜較大，常規(guī)動管柱作業(yè)起下電泵時，電潛泵機(jī)組容易和套管發(fā)生接觸受損，影響電潛泵壽命[2]。

例如J區(qū)塊J16井為一口生產(chǎn)井，該井井況較為復(fù)雜，電泵運(yùn)轉(zhuǎn)壽命短。從2017年初開始每套故障電泵的故障原因分析中都存在著一個共同的現(xiàn)象就是電泵外殼有電纜印痕，分析為井筒異常造成電纜容易燒毀以及電潛泵本體損壞的情況，嚴(yán)重制約著該井的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)。由于普通電潛泵舉升工藝設(shè)計(jì)很難解決以上問題，因此需要設(shè)計(jì)一套對異常井況有較強(qiáng)適應(yīng)能力的罐裝電泵管柱來滿足J16井正常生產(chǎn)。

1.整體管柱設(shè)計(jì)方案

J16井生產(chǎn)管柱總設(shè)計(jì)為5-1/2"罐裝系統(tǒng)總成、2-7/8"EU油管及短節(jié)+2.313"X型座落接頭、2-7/8"EU油管2根及短節(jié)+7"過電纜封隔器、2-7/8"EU油管2根及短節(jié)+2.313"井下安全閥、2-7/8"EU油管及短節(jié)+雙公短節(jié)+油管掛。同時電潛泵機(jī)組部分包括泵工況、電機(jī)、保護(hù)器、分離器、潛油泵、泵頭、傳壓短節(jié)、懸掛器下部油管、懸掛器[3]，具體情況見圖1。前期經(jīng)過陀螺儀測試原井眼井斜，決定泵掛深度上提至1530m。

圖1 J16井整體管柱示意圖

2.罐裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

罐裝底部為轉(zhuǎn)接頭，直接與尾管相連。根據(jù)電潛泵外徑及井筒套管尺寸以及機(jī)械性能選定5-1/2"罐裝系統(tǒng)總成套管后，從套管接箍開始組裝。罐裝系統(tǒng)套管頂部還有一個襯套，配備一個密封孔。電潛泵安裝在套管內(nèi)，懸掛器連接到機(jī)組頂部，插入襯套的密封孔內(nèi)形成密封，并且過“承重環(huán)”鎖定。懸掛器還配備了連接上部油管絲扣以及電潛泵電纜孔，可讓電纜進(jìn)入密封的套管內(nèi)。罐裝系統(tǒng)的組成見圖2。

圖2 罐裝系統(tǒng)組成示意圖

（1）懸掛器的設(shè)計(jì)。懸掛器是罐裝套管、油管和電潛泵機(jī)組的連接橋梁。懸掛器上配備了與油管連接的貫穿接口，泵頭在安裝之前就已經(jīng)連接到懸掛器之下的油管接口上。電潛泵機(jī)組在罐裝套管內(nèi)安裝完成后，提起懸掛器，將泵頭連接到泵的頂部。在懸掛器上安裝電纜穿越，然后再將懸掛器坐到罐裝套管頂部的外套管上，并用支撐環(huán)固定。懸掛器之上的油管接口部分連接到上部油管。配備了電纜穿越安裝孔，可以讓電纜穿過懸掛器，標(biāo)配了兩個控制管線接口。懸掛器上部還配備了堵頭槽面，上部懸掛器上的堵頭安裝槽可以通過鋼絲安裝臨時堵頭，用于懸掛器以上油管的試壓。

（2）襯套的設(shè)計(jì)。罐裝系統(tǒng)外套管短節(jié)安裝在罐裝套管的頂部，外套管上部有密封孔用于安裝懸掛器。當(dāng)懸掛器坐到外套管上時，要在外套管外部螺紋上安裝支撐環(huán)，并將懸掛器包含在內(nèi)。這一設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是在安裝懸掛器時無需旋轉(zhuǎn)任何部件。支撐環(huán)安裝好后，懸掛器即被固定，不會有任何上下活動。支撐環(huán)是與外套管一起提供的。外套管是以短節(jié)形式提供的，這個短節(jié)可以起到防護(hù)作用，防止在連接到套管接箍時損壞外套管。

（3）罐裝套管接箍的設(shè)計(jì)。多個套管通過接箍連接組成罐裝主體，接箍主要根據(jù)電潛泵外徑尺寸、預(yù)期流量、機(jī)械性能以及套管偏移內(nèi)徑進(jìn)行選擇。

套管接箍連接方式的選擇還要能夠承受預(yù)期的拉力載荷，并且突破和破壞壓力等級必須足夠在預(yù)期的運(yùn)行環(huán)境和壓力條件下運(yùn)行。比如試壓、封隔器座封、使用壓力驅(qū)動的完井工具等。

（4）底部變扣的設(shè)計(jì)。罐裝系統(tǒng)底部的變扣在下部油管與罐裝套管之間起到連接作用。變扣包括一個套管短節(jié)，用于連接到罐裝套管底部的接箍上，還有一個短節(jié)用于連接到下部油管接箍。轉(zhuǎn)接頭為圓形截面，可以確保電潛泵、扁平套件和罐裝套管外部的化學(xué)管線不會被鋒利的棱角或者外徑的變化損壞。

（5）電潛泵的設(shè)計(jì)。潛油電泵設(shè)計(jì)包含離心泵、氣體處理裝置、保護(hù)器、電機(jī)和電纜的設(shè)計(jì)[4]。通過中成機(jī)械ESP Smart潛油電泵選型設(shè)計(jì)軟件對J16油井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行模擬分析，計(jì)算得到泵吸入口處壓力為5.62MPa，預(yù)計(jì)產(chǎn)量293m3/d，井液含氣29.5%。該井所使用5-1/2"灌裝系統(tǒng)內(nèi)徑為4.892in，通徑尺寸121mm。故配套450系列潛油電機(jī)系統(tǒng)和400系列離心泵[5]。

①離心泵設(shè)計(jì)。考慮到該井泵掛位置可能存在套管突變，在滿足設(shè)計(jì)排量的前提下，整機(jī)的長度越短越好。通過軟件擬合計(jì)算，選用400系列ZC300寬幅泵，211級。較普通系列整機(jī)縮短長度1.9m，該系列泵可滿足200m3/d至400m3/d需求，離心泵效率大于50%。泵軸強(qiáng)度校核，60Hz下運(yùn)行時負(fù)載率小于80%。

②氣體處理裝置設(shè)計(jì)。泵吸入口處氣體含量為29.5%，設(shè)計(jì)選用單級旋轉(zhuǎn)式防砂分離器，氣體處理效率大于95%。分離出的氣體進(jìn)入機(jī)組與罐裝系統(tǒng)環(huán)空，再通過罐裝排氣孔進(jìn)入油套環(huán)空。避免游離氣體進(jìn)入離心泵，影響整機(jī)的運(yùn)行效率。

③保護(hù)器設(shè)計(jì)。根據(jù)保護(hù)器選型原則配套為102型雙節(jié)雙膠囊高承載保護(hù)器。該系列保護(hù)器具有較高的承載能力，通過止推軸承承受泵及液柱傳遞下來的軸推力，起到保護(hù)電機(jī)的作用。

④電機(jī)設(shè)計(jì)。通過ESP Smart軟件計(jì)算，最終選擇電機(jī)為450系列，外徑φ114mm，額定功率81kW，額定電壓1620V，額定電流45A，50Hz，耐高溫150℃。并配套Zenith泵工況檢測裝置，可實(shí)時反饋整機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)及井況數(shù)據(jù)的變化情況。

⑤電纜設(shè)計(jì)。電纜包括兩個部分，動力電纜和小扁電纜。井底溫度其中動力電纜選用4#圓電纜，絕緣等級F級；小扁電纜為6#扁電纜，絕緣等級H級，采用F46復(fù)合膜加乙丙橡皮絕緣鉛護(hù)套鍍鋅鋼帶連鎖鎧裝結(jié)構(gòu)。

通過潛油電泵選型軟件設(shè)計(jì)結(jié)合人工校核，整套機(jī)組在揚(yáng)程排量以及各部件負(fù)載強(qiáng)度方面均滿足J16井的設(shè)計(jì)井況要求。

3.現(xiàn)場應(yīng)用

J16井于2019年5月10日作業(yè)結(jié)束，截止目前各項(xiàng)生產(chǎn)參數(shù)穩(wěn)定，電潛泵機(jī)組工作頻率50Hz，產(chǎn)液量272m3/d，產(chǎn)油量68m3/d，含水75%，井底流壓4.3MPa，機(jī)組運(yùn)行電壓、電流穩(wěn)定，生產(chǎn)平穩(wěn)。

4.結(jié)論

罐裝泵系統(tǒng)對于重質(zhì)稠油油田大斜度井具有良好的適用性，能夠保護(hù)電潛泵機(jī)組在動管柱作業(yè)中不會在井筒中發(fā)生磕碰損壞。罐裝泵系統(tǒng)電機(jī)與罐裝系統(tǒng)套管間的環(huán)空空間合適，保證流經(jīng)電機(jī)表面井液的流速，有效加快散熱速度，進(jìn)而提升電潛泵的壽命。