傅 鵬，李維維，張寶亮

（1.渤海石油裝備（天津）中成機(jī)械制造有限公司，天津 300280；2.中國石油渤海石油裝備制造有限公司，天津 300457）

0 引言

近年來我國許多油田進(jìn)入了開采末期，油田產(chǎn)量下滑較快，采油成本也不斷升高，油田企業(yè)為了應(yīng)對末期經(jīng)營壓力，從技術(shù)角度對自身生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化升級，潛油電泵設(shè)備是油田中后期重要的機(jī)械采油設(shè)備之一。目前我國大多數(shù)油田采用游梁式抽油機(jī)作為地面采油設(shè)備，潛油電泵作為地下采油設(shè)備的組合工藝，實(shí)現(xiàn)原油的舉升和開采工作。潛油電泵具有極強(qiáng)的舉升功能，在相同占地面積的基礎(chǔ)上具有更高的排量覆蓋范圍，符合現(xiàn)階段多數(shù)油田的開發(fā)需求，在海上油田的表現(xiàn)更為突出。受潛油電泵的工作原理決定，其泵效與增壓效果有著直接的關(guān)聯(lián)，容易受到井液中氣體含量的影響。

油田進(jìn)入中后期開發(fā)階段后，地層飽和壓力差不斷減少，尤其在已經(jīng)接近衰竭的油田更為明顯，直接導(dǎo)致了高氣油比現(xiàn)象的出現(xiàn)，井液中游離氣含量會(huì)迅速增加，當(dāng)超過潛油電泵游離氣含量最高數(shù)值時(shí)，潛油電泵工作會(huì)受到嚴(yán)重的影響，運(yùn)行電流波動(dòng)嚴(yán)重，產(chǎn)量受到影響。最嚴(yán)重時(shí)可能出現(xiàn)氣鎖現(xiàn)象，造成機(jī)組欠載停機(jī)。合理應(yīng)用避氣技術(shù)是確保潛油電泵工作質(zhì)量的重要工作，基于常規(guī)避氣技術(shù)提出塔式泵的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)應(yīng)用高級氣體處理技術(shù)，提出在高氣比的油層環(huán)境下確保潛油電泵高效工作的氣體處理技術(shù)。

1 游離氣體處理的影響因素分析

目前我國常見的潛油電泵采油工藝中，對泵處理游離氣體能力有直接影響的因素主要有泵工況點(diǎn)、泵轉(zhuǎn)速、葉輪類型和泵掛處流壓：①不同的泵工況點(diǎn)位置有著不同的游離氣體處理能力，一般情況下泵工況點(diǎn)位于最佳效率點(diǎn)左側(cè)位置時(shí)，泵游離氣體處理能力最佳，越靠近右側(cè)，泵游離氣體處理能力越弱；②泵轉(zhuǎn)速與泵游離氣體處理能力成正比，泵轉(zhuǎn)速越高游離氣體處理能力越強(qiáng)；③葉輪類型是泵氣體處理能力的結(jié)構(gòu)因素，軸向流泵游離氣體處理能力最強(qiáng)，徑向流泵則最弱；④泵掛處流壓決定泵對游離氣的耐受性，流壓越高耐受性越強(qiáng)。

2 常規(guī)避氣技術(shù)分析

目前在我國油田上應(yīng)用的潛油電泵避氣技術(shù)種類較多，但從技術(shù)原理角度可以分為，避氣入泵技術(shù)和氣體分離技術(shù)。

2.1 避氣入泵技術(shù)

避氣入泵技術(shù)的核心原理是通過改變泵體位置或增加相應(yīng)配件，降低氣體進(jìn)入潛油泵的可能性，從根源上降低游離氣對潛油電泵的影響。一般使用加深潛油泵的安裝位置或安裝導(dǎo)流罩等方式：加深位置需要根據(jù)吸入口流壓與油藏飽和壓力差值決定，在技術(shù)允許的情況下，應(yīng)選擇流壓大于飽和壓力的位置安裝潛油泵；導(dǎo)流罩分為常規(guī)倒流罩、帶延伸管的導(dǎo)流罩、導(dǎo)置式倒流罩等。

2.2 氣體分離技術(shù)

氣體分離技術(shù)是對已經(jīng)進(jìn)入潛油泵的游離氣體進(jìn)行氣液分離的技術(shù)，一般利用離心力和氣液成分的密度差進(jìn)行分離，在高速旋轉(zhuǎn)中，密度較高的液體會(huì)被甩在外圈，氣體會(huì)滯留在中央位置，經(jīng)過交叉流道時(shí)，氣體被排出至環(huán)空。氣體分離設(shè)備有旋轉(zhuǎn)式氣體分離設(shè)備和旋渦式氣體分離設(shè)備兩種：①旋轉(zhuǎn)式氣體分離設(shè)備在油氣水三相總體積30%以下的游離氣體分離中有著很好的表現(xiàn)，但功耗過高；②旋渦式氣體分離設(shè)備通過葉輪帶動(dòng)流體產(chǎn)生旋渦流動(dòng)，讓液體產(chǎn)生壓差進(jìn)入軸流葉輪，實(shí)現(xiàn)氣液分離，相比旋轉(zhuǎn)式分離設(shè)備，分離效率更高，旋轉(zhuǎn)部件少也具備更高的動(dòng)平衡精度。

3 氣體處理新技術(shù)分析

我國在氣體處理的研究方面起步較晚，與西方國家在技術(shù)原理和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)方面都存在一定的差異，但近年來我國油田企業(yè)十分重視對潛油電泵氣體分離技術(shù)的研究，取得了一定的研究成果。目前主要以塔式潛油電泵、高級氣體處理技術(shù)、電機(jī)負(fù)載實(shí)時(shí)檢測和轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)控制等3 個(gè)方向進(jìn)行研究。

（1）塔式潛油電泵是目前較新的潛油電泵類型之一。與傳統(tǒng)潛油電泵最大的區(qū)別是塔式潛油電泵具有不同大小的泵型結(jié)構(gòu)，由小至大排列，類似塔的結(jié)構(gòu)，不同體積的泵體壓力和氣液總體積不同。該設(shè)計(jì)可以有效適應(yīng)油氣總體積的變化，提高泵處理氣體的能力。

（2）高級氣體處理技術(shù)是基于游離氣體處理和離心泵的先進(jìn)技術(shù)。該技術(shù)在游離氣體進(jìn)入潛油電泵的離心泵體前，就通過改變游離氣體的形態(tài)和大小，對游離氣體進(jìn)行預(yù)處理，降低進(jìn)入泵體的氣泡直徑，減少游離氣體。對葉輪打孔，改變離心泵流道設(shè)計(jì)也是高級氣體處理技術(shù)的應(yīng)用方向之一，在采油的舉升流程中，進(jìn)入泵體內(nèi)部的游離氣體可以通過葉輪上的小孔進(jìn)行分離排出，提高潛油電泵對游離氣體的耐受性。

（3）監(jiān)測電機(jī)負(fù)載。實(shí)時(shí)提高機(jī)組轉(zhuǎn)速需在潛油電泵工作過程中對電機(jī)負(fù)載進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，讓潛油電泵從轉(zhuǎn)速控制角度克服氣體段塞的影響，達(dá)到平穩(wěn)運(yùn)行的目的。

4 應(yīng)用效果分析

以大慶油田某潛油電泵油井為例進(jìn)行技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用效果的分析，該油井已經(jīng)進(jìn)入末期開采階段，采用衰竭式開采模式，油藏垂直深度約為1230 m。經(jīng)實(shí)地測量，地層壓力約為12.66 MPa，飽和壓力約為11.00 MPa，可以發(fā)現(xiàn)井飽和壓力小于地層壓力，屬于高油氣比油井。該井在投產(chǎn)初期屬于自噴井，產(chǎn)液量可以達(dá)到60～100 m3/d，伴隨不斷的生產(chǎn)開發(fā)，地層能量逐漸降低，由自噴型逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殚g歇自噴型油井，平均產(chǎn)油量約為20 m3/d，該時(shí)期的地層壓力約為10.44 MPa、含水率為2.9%。

依據(jù)潛油電泵設(shè)計(jì)要求，油井地面產(chǎn)液量90 m3/d，泵掛垂深為1200 m。根據(jù)生產(chǎn)需求，對改進(jìn)應(yīng)用塔式潛油電泵和高級氣體處理技術(shù)。計(jì)算泵吸入口處流壓為3.7 MPa，流量為217 m3/d，游離氣體積百分含量為54%，在GINPSH 泵操作范圍內(nèi)；計(jì)算MVP 多相流泵第一級葉輪處流壓為4.2 MPa，流量為190 m3/d，游離氣體積百分含量為47%，在MVP 多相流泵操作允許的范圍內(nèi)。

作業(yè)施工后該井的工況點(diǎn)在最佳效率點(diǎn)右側(cè)，電流穩(wěn)定，電泵運(yùn)行平穩(wěn)高效。

5 總結(jié)

基于高油氣比條件下潛油電泵排氣技術(shù)的新進(jìn)展，研究得出如下結(jié)論：

（1）部分油井處于特殊時(shí)期時(shí)，泵工況點(diǎn)、泵轉(zhuǎn)速、葉輪類型、泵掛處流壓等對潛油電泵氣體處理能力有著直接影響。

（2）基于常規(guī)避氣技術(shù)和氣體分離技術(shù)，提出了塔式電泵和高級氣體處理技術(shù)、電機(jī)功率增加等全新技術(shù)優(yōu)化方向。

（3）結(jié)合實(shí)際案例，對文章提及技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用分析，并在案例分析該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果。