双电泵双导流罩双监测技术在南海西部油田的应用

时间：2024-09-03

于志刚，宋立志，何长林，颜明（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江524057）

侯志新（中海油能源发展股份有限公司，广东湛江524057）

双电潜泵（以下简称 “双电泵”）技术通过增加一套备用机组来延长电泵井检泵周期，从而减少修井作业动用钻井船的次数，降低油田开发、维护费用，提高油井生产时率。为了有效开发海上边际油田，将双电泵技术与无人驻守井口简易平台［1］相结合，形成海上无人简易平台双电泵技术，是海上边际油田开发的有效手段。部分油井产量过低，不能保证潜油电机及时散热，影响机组的运行寿命。为解决该问题，通过优化常规双电泵管柱结构，创造性地提出了双电泵双导流罩双监测管柱设计方案，并在南海西部部分边际油田中成功应用，对于类似边际油田的开发具有一定的参考意义。

1 单井双电泵技术简介

双电泵系统主要特点如下：①可以延长电泵的运行寿命，减少修井次数，减少修井费用；②可以减少修井作业对储层及环境的污染；③两套机组可实现较宽的流量调节范围，实现提液或减产的目的，满足油藏生产要求；④两套机组可实现较大的扬程调节范围，以满足压力衰减或含水率上升后电泵举升扬程的需求。根据管柱结构，可以分为双Y－Tool管柱和单Y－Tool管柱两种方案［2～4］。

1．1 双Y－Tool管柱

双Y－Tool管柱结构如图1所示。上下电泵机组的出口端均安装了单流阀，具有良好的反向密封作用。当上电泵机组运行时，下电泵机组上方的单流阀和下部旁通管上安装堵头的工作筒分别密封下电泵支路和旁通支路。当下电泵机组运行时，上电泵机组上方的单流阀和下部旁通管上安装堵头的工作筒分别密封上电泵支路和旁通支路。

图1 双Y接头管柱

1．2 单Y－Tool管柱

单Y－Tool管柱结构如图2所示，只有上部Y－Tool，下电泵机组连接在旁通管上。同样，上下电泵机组的出口端均安装单流阀，具备良好的反向密封作用。与双Y－Tool管柱结构相比，单Y－Tool管柱简化了双电泵管柱的安装与下入。

2 双电泵双导流罩双监测管柱优化设计

2．1 管柱结构优化

双电泵双导流罩双监测技术是在常规双电泵管柱基础上进行改造及优化。通过双 Y－Tool和单Y－Tool管柱结构的对比，单Y－Tool方便双电泵机组的安装与管柱下入，可缩短作业时间，降低作业费用。因此，设计双电泵双导流罩双泵工况管柱如图3所示，Y－Tool两侧加工凹槽，保护2条小扁电缆，使其在管柱下入过程中免受磨损。设计符合尺寸要求的导流罩，方便现场的安装与管柱的下入。每套机组均安装泵工况仪以实时监测电泵机组运行情况。

图2 单Y接头管柱

图3 双电泵双导流罩双泵工况管柱示意图

2．2 双导流罩设计

对于产能过低的电潜泵井，潜油电机会由于液量过低、散热不及时，导致运行温度过高，缩短运行寿命甚至烧毁，增加修井频率。边际油田的部分油井也存在该问题，因此设计了双导流罩结构，如图3所示，导流罩通过悬挂器挂在泵吸入口处，将电机罩在其内部，通过缩小流动通道来提高电机表面流体流速，降低电机运行温度。

根据美国石油工程师学会标准（API标准），电泵机组在油井内运行时，流经电机表面的流体流速必须大于或等于0．3048m／s，这样才能保证电机运行时的散热。电机表面流速可用下式计算［5］：

式中：v为流体流经电机表面的流速，m／s；Q为电泵井产量，m3／d；D为导流罩内径，mm；d为电机外径，mm。

表1计算了某井在不同产量时有无导流罩情况下电机表面流速和电机温度。由表中1可见，双导流罩的设计可以很好地解决产量过低、电机无法及时散热的问题。

表1 某井潜油电机表面流体流速与电机温度计算结果

2．3 双监测装置

上下电泵机组均安装泵工况仪，可以实时监测泵吸入口压力、泵出口压力、泵吸入口温度、电机绕组温度、电机振动以及电流漏失等参数，及时了解电泵机组运行情况，从而制定合理的工作制度，满足油藏产量要求，保证电泵机组的高效合理运行。

2．4 非API标准工具设计

根据海上油井的结构特点，在双电泵双导流罩双监测管柱设计中应用了很多非API标准工具，其中包括导流罩悬挂接头和导流罩本体、电机导架等，如图4和图5所示。

图4 导流罩悬挂接头和导流罩本体

图5 电机导架

电机导架安装于电机底部，使电机在导流罩中处于中间位置，防止电机局部过热及小扁电缆的损伤。

3 施工要点与双电泵工作制度分析

3．1 施工要点与注意事项

双电泵双导流罩双泵工况管柱结构复杂，施工难度较大，在施工过程中需注意以下几个问题：

1）确保每套电泵机组上方的单流阀质量，保证其密封性良好，保证上下机组生产时的通道单独工作，防止漏失。

2）上电泵机组与旁通管用电泵手铐固定，旁通管选择薄壁油管与导流罩组合应用，尽量减小投影尺寸。

3）Y接头两侧加工凹槽，固定2条小扁电缆，使其在管柱下入过程中免受磨损。

4）双电缆必须同步下入，并做好上、下电泵电缆标记，打好电缆绑带和双电缆保护卡，按规范及时监测双电缆的绝缘、三相直流电阻和泵工况仪信号。

5）严格控制下放速度，以避免在狗腿度较大的井段对机组造成冲击，确保机组平稳、顺利下入到位。

3．2 双电泵工作制度

1）开井启泵使用变频器，降低电流对井下机组的冲击；初次启动双泵井，先运行备用机组，备用机组测试完成后关停，再启动主行机组。

2）每次停机后进行常规的电气检测，包括三相直流电阻、对地绝缘、泵工况仪参数等。上、下电泵无论是否运行都要检测并与历史数据对比。

3）每间隔一月检测备用电泵机组电气参数是否正常，并与历史数据进行对比。

4）对于为适应油藏变化而设计的双泵规格不相同的油井，在非油藏变化的情况下，不得人为关停在运行机组。

5）对于为提高检泵周期而设计的双泵规格相同的油井，在井况无结垢时，不得启用备用机组。在井况有结垢或井况不明时，建议每半年换泵生产。调换时机应选择在运行机组因故关停时，不得人为关停在运行机组。

4 现场应用

双电泵双导流罩双监测技术已在南海西部多个边际油田成功应用。2010年3月，首套双电泵双导流罩双监测系统在 WZ6－8油田A3H1井完井作业成功，在日产液仅10～20m3的条件下，至今已连续平稳运行超过1300d，按低产井平均检泵周期500d计算，已减少2．5次的检泵次数。WZ6－8油田井口平台未配置修井机，检泵修井作业需动员钻井船来完成，因此减少修井作业次数有效地减少了开发周期内的修井作业费用，大大降低了修井对环境造成污染的风险。

WZ11－4N油田于2010年11月底投产，同样是为无修井机的井口简易平台，采用双电泵管柱结构，但部分油井由于单井产量低，电机运行温度过高，一直间歇保护生产。2012年7月借钻井船打调整井机会，更换为双电泵双导流罩双监测管柱后，一直连续高效生产至今，增强了电泵生产的稳定性，提高了油井的生产时率。