电潜柱塞泵在水平井开发中的探索应用

朱珺琼（大庆油田有限责任公司第八采油厂）

引言

大庆外围油田葡萄花油层具有丰度低、渗透率低、油层薄、连续性差等特征，直井开发效益差。为探索低丰度储量有效动用新途径，采油八厂于2002年开展了水平井开发低丰度葡萄花油藏试验[1]。水平井是指利用增加井眼轨迹在油层中的穿行距离，扩大油井生产过程中的泄油面积，降低生产压差和提高产量[2]，从而提高低渗透油田的采油速率和采收率。要想获得较高的采收率和采油速率，可以将水平段的长度设计足够长，但相应的油田水平井的开发成本会大幅度增加；反之，则会直接影响采油速率和采收率[3]，同时受到地层储层发育的影响，水平井井身结构差异性很大，造斜角度较大的水平井实现抽油机举升较困难。水平井平均单井初期产量相当于周围直井的3倍，产液量大，通常采用抽油机+抽油泵举升方式。选用泵径φ56或φ44整筒泵，受井身结构限制，泵下至油层以上240～300 m左右；而传统直井，抽油泵一般下至油层以上80 m左右。因此，采用抽油机举升的水平井，生产过程中流压偏高，影响水平井产能的充分发挥，系统效率低，吨油耗电高。为解决以上问题，考虑应用无杆举升技术，提高系统效率，实现高效开发。

目前除部分井采用提捞采油外，基本采用抽油机举升，但抽油机举升也存在以下问题：系统效率低、能耗高；杆管偏磨井作业比例高；地面设备存在一定安全隐患；低洼地区汛期影响正常生产。

1 电潜柱塞泵技术特点

大庆外围油田产量低，不适于电泵举升，受到低产、井深限制，采用螺杆泵效果也较差，因此考虑电潜柱塞泵高效举升。电潜柱塞泵技术能够有效解决现有机采方式适应性及效益较差的问题。

往复式电潜柱塞泵系统是由直线电动机、配套抽油泵、变频控制系统三部分组成[4]。配套工艺主要有井下电缆保护、远程监控系统、液面自动监测系统及电加热清防蜡系统。电动机定子与油管相连，动子在控制系统的控制下带动柱塞沿轴向往复运动，泵位于上端，下部连接直线电动机，液体由泵和电动机中间的筛管进入泵筒。该工艺具有以下优点：

1）一次性投资低。通过装置和系统简化，大大降低了投资，且施工简单，容易维护。

2）运行能耗低。无杆举升消除了杆柱无效举升和冲程损失所增加的无效能耗；同时，直线电动机本身功率因数高，无需任何补偿措施，解决了为满足启动需要造成的负荷不足问题，具有明显的节能效果。

3）采用无杆举升，彻底避免了杆管的偏磨，更加适应于定向井、水平井等特殊井眼轨迹生产井。

4）地面设备及井口简单，易损件少，维护保养费用低；无传动部件，安全性高；渗漏点少，不易对环境造成破坏；同时，对于低洼井区汛期仍可保证正常生产。

通过低产井举升设备由抽油机更换为数控式往复电潜柱塞泵的调整措施，实现了降低单耗和延长检泵周期的目的，取得了良好的经济效益和社会效益[5]。

针对有杆泵举升无法下入水平段生产，以及潜油电泵、气举、水力活塞泵、射流泵举升工艺的不适应性，水平井水平段举升应具备以下条件：采用无杆举升；采用往复式抽油泵；能够下入水平段任意位置；井下运行相对安全可靠。通过分析论证，只有电潜柱塞泵高效举升工艺能够在理论上和实践中实现特殊水平井的有效开发。

2 适用范围

通过前期研究和试验，对电动机进行了整体优化、设计水平抽油泵和材质特殊工艺处理，形成了水平井电潜柱塞泵高效开发主体工艺技术。另外，配套试验了电加热清防蜡工艺，将空心抽油杆下入电潜柱塞泵井油管内，空心杆内下入带有绝缘扶正器的加热杆，底部连接接触器构成回路；空心杆内注入导热介质，对加热杆通电产生热能，加热油管内原油[6]。通过后期试验，水平井电潜柱塞泵高效举升技术应用效果较好。

水平井开发采用电潜柱塞泵举升需要满足的基本条件：

1）电潜柱塞泵及其配套工具，能够下入中曲率半径、51/2in（1 in=25.4 mm）套管完井的水平井水平段任意位置。

2）考虑水平井特殊井身结构限制，为降低风险，水平井水平段举升工艺不适合于压裂完井或出砂水平井。

3）受举升力较小及结蜡的影响，该举升工艺适合于含水率大于60%，液量低于15 m3的油井。

3 现场应用

采油八厂水平井开发中，在14口井上先后应用了电潜柱塞泵。初期试验实现了水平井水平段举升，降低流压深抽，提高泵效及系统效率的目的，但存在电动机举升力不足、检泵周期短等问题。通过直线电动机的整体优化和定子、转子的防腐和抗磨工艺处理，电缆保护器优化，实现了改进后的直线电动机举升力达到了举升需求，且耐用。

从现场试验情况看，与同排量抽油机相比，电潜柱塞泵节电率达49.7%，平均免修期418天，最长免修期1272天。

4 经济效益

1）投资对比：抽油机系统考虑机、杆、泵、采油树及配电系统，电潜柱塞泵系统考虑电泵机组、电缆、采油树及配电系统，同时考虑基建施工及投产作业费用。电潜柱塞泵与八型抽油机相比单井节资5.3万元/口（表1）。

2）运行、维护成本对比：不同举升系统按运行10年考虑，从作业维护、设备维修更换、运行维护及电能消耗等方面分别测算两种举升方式维护费用（表2）。运行、维修费用电潜柱塞泵比抽油机低2万元/口。

3）与八型抽油机相比，电潜柱塞泵平均单井日节电78 kWh，按照工业用电收费标准0.63元/kWh计算，单井年可节约电费1.79万元，14口井从2006年至2017年产生直接节电效益为48.97万元。按照投资单井节约5.3万元/口计算，14口井节约初期投资74.2万元；按照运行、维护成本单井每年节约2万元/口计算，节约运行成本54万元。

表2 两种举升方式维护费用对比 万元/口

5 结论

电潜柱塞泵高效举升属于无杆采油技术，克服了井身结构对水平井高效开发的影响，解决了定向井举升存在的问题，消除了杆管偏磨的影响，降低作业成本，节能效果显著。采用电潜柱塞泵举升实现了水平井高效开发，经过多年验证，能够满足适用水平井的生产需求，并且前期投资低，后期维护、运行成本较抽油机举升低，无地面可动设备，工人劳动强度降低，也便于管理，提高了工作效率，使无法实现有杆泵举升的水平井能够正常投产。

[1]于海山，王剑，吴错.大庆外围油田葡萄花油层水平井压裂技术进展[J].油气藏评价与开发，2013，3（2）：51-56.

[2]许国民，王卫东，高忠敏，等.水平井技术在老区剩余油挖潜中的应用[J].特种油气藏，2007，14（6）：80-82.

[3]麻宇杰.关于水平井水平段影响因素的分析[J].中国石油和化工标准与质量，2013（10）：116.

[4]樊文钢.电潜柱塞泵在低渗透油田的应用[J].中外能源，2013，18（10）：53-55.

[5]张大伟.数控式往复电潜柱塞泵在低产井上的节能应用[J].石油石化节能，2013，3（5）：34-35.

[6]齐笛，陈灵山.电潜柱塞泵井空心杆电加热清防蜡技术[J].油气田地面工程，2014，33（10）：30.