宽幅潜油电泵技术在渤海A油田的应用

杨洪涛

中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津 300459

1 项目背景

渤海油田潜油电泵井数多，所占比例高［1-2］，是海上油田最重要的人工举升采油方式。在潜油电泵井选型中，常规做法是依靠软件模拟等精细化手段精准预测产能、优化生产制度、加强储层保护、开展酸化解堵、改善水驱效果等，以求产能达到预期，保障所选泵型处于合理运行范围内，利于潜油电泵平稳持久生产运行，有效降低作业成本，稳油增产。但由于检泵周期长、油藏动态变化等因素［3-6］，油藏产能变化幅度依然较大，油井产能变化及井况往往与机组不匹配，会对生产和能耗产生严重影响。以往生产数据表明,运行在低排量效率区的潜油电泵井，其严重影响油井产能及机组运转寿命；运行在高排量效率区的潜油电泵井，其油井能耗损失较大，抑制了地层能量的发挥及应用。对于高低排量效率变化大的油井,需要多种泵型适应。因此，需要开发一种宽幅泵型，如图1 所示，将合理排量范围拓宽，使机组更好地适应油藏产能大幅变化，从而提高电泵机组泵效及机采设备适应井筒条件的能力。

图1 宽幅泵特性曲线示意图Fig.1 Schematic diagram of wide range pump characteristic curve

基于历年的电泵井运行数据，故障井中有近20%机组没有运行在电泵的合理排量范围内，经过拆检，发现这些机组存在以下共性问题：

①泵叶轮上或下减磨垫存在不同程度的磨损，加速了泵举升能力的降低或丧失；

②保护器机械密封的磨损加速了电机进水，使其失去原有电气性能；

③上下止推轴承的磨损加速了泵的失效；

④小排量泵的流道容易被细砂、油泥、结垢等堵塞甚至卡死。

降低这些井的故障率是我们面临的难题。近年来，我们做了大量维保工作，力保每口井能够在泵的最佳效率点附近工作，也取得了良好的效果。但在生产井中，仍有近20%的泵没有运行在合理的排量范围内。针对以上问题，除了通过工作制度优化、精细产能预测、储层保护、酸化解堵、优化注水等常规措施来保障产液量与机组的匹配外，本文从机组本身性能出发，研究应用了宽幅潜油电泵技术，提升了机组适应产液大幅变化的能力，实现了控制修井频次和提升系统效率，进而延长了机组寿命。

2 技术简介

宽幅潜油电泵是指电泵具有更宽幅度的排量范围。宽幅泵采用相似法，借助成熟、运行稳定的泵型进行升级优化，通过理论计算并结合试验研究，升级改进叶轮和叶片形状的同时，在导壳上增加平衡孔来平衡上下止推力，以减少对减磨垫及止推轴承的磨损。另外，减磨垫与叶轮一体成型，用来提高泵整体的耐磨性能。

宽幅泵采用宽流道的混相流叶轮设计，大幅度提高了离心泵对出砂井、杂质井的固相颗粒排除能力，也提升了高含气井的排气及防气锁能力。混相流叶轮设计增强了离心泵的扬程及效率，降低了止推力，并适应更宽的排量范围。同时，导轮上的特殊“挡板”设计可以有效改进泵在不同排量下运行时扬程压头的损失。这些特殊的优化设计均使得宽幅泵的实际表现比普通离心泵更为高效，叶轮设计示意图如图2 所示。

图2 叶轮设计示意图Fig.2 Schematic diagram of impeller design

宽幅潜油电泵机组主要是为了适应生产井大幅度产液量变化的需求，潜油泵叶导轮的实际工作点可能会偏离高效点、额定点较多，轴向力变化也较大。因此，采用全压缩型叶轮压紧方式，泵轴向力主要传递给潜油保护器的高承载止推轴承，而叶轮之间没有间隙，更有利于出砂环境电泵产品的长期运行。与常规泵的参数对比如表1 所示，相比常规泵，宽幅泵排量范围更广，单级效率更高，其处理自由气能力可达15%～30%。

表1 常规泵与宽幅泵参数对比（以KF100 为例）Tab.1 Comparison of parameters between conventional pump and wide range pump （taking KF100 as an example）

宽幅泵设计立足于油井全生命周期的电泵运行特点，使之适应不同井况需求，如注水开发带来的后期单井排量增加，或衰竭式开采带来的后期单井排量迅速减少等情况。宽幅泵使一套电潜离心泵同时满足油井前、中、后期的不同生产排量需求成为可能。

宽幅泵的特殊设计有效降低了叶轮上下两个表面的液体轴向负载，允许泵可以工作在一个更宽的排量范围，这就意味着一套泵可以适应不同时期油井产能的变化。以KF100 型号的宽幅泵为例，其排量适应范围可以覆盖36～215 m3/d。

3 现场应用及效果分析

2020 年以来，渤海A 油田A1井开始应用宽幅泵，电泵机组基本信息如表2 所示。

表2 A1 井电泵基本参数Tab.2 Basic parameters of electric pump of Well A1

渤海A 油田A1 井设计产量200 m3/d（50 Hz），检泵后，由于衰竭开发，产能一直保持在100 m3/d（37 Hz），拟合到井下泵吸入口液量145.80 m3/d、泵出口液量114 m3/d，选用宽幅KF175 系列泵。目前电泵运行泵效处于推荐范围内，在最佳效率点偏左位置，此生产状态下，泵效理论上应为56.69%，运行频率理论上为36.8 Hz，与实际吻合，根据实际生产情况拟合，电机负载39.1%，利于机组长久运行。

一方面，渤海A油田P9 井因平台无修井机，检泵作业成本极高，沙河街组储层作业极易污染，故障后未及时恢复，检泵后的产量风险很大；另一方面，关井已近3 年，结合有效解堵措施，产能潜力又可能很大。2021 年，采用KF100 系列宽幅泵，有效排量范围在35～215 m3/d，投产50 Hz，运行产能近200 m3/d，泵效达63.8%。

渤海A 油田A17井检泵拆检时发现油泥、结垢堵塞泵体情况，原井下机组运转2 个月后，产量由200 m3/d下降至40 m3/d；2021 年3 月，实施换泵作业，采用KF175系列宽幅泵，有效排量范围为65～345 m3/d，运转12 个月，稳产在250 m3/d，泵效达62.5%。

截至目前，渤海A油田应用宽幅潜油电泵20井次，机组平均运转周期1 301 d，最长运行1 957 d。相比常规电泵，宽幅潜油电泵技术大幅提升A 油田电泵井平均检泵周期1 年以上，平均机组故障率降低2%。

4 结 论

①通过技术创新，扩大了单泵合理排量范围，拓宽了泵的高效区间，在电泵全寿命周期内，适应了油藏产量大幅变化，有效提高了泵效，减少了换泵频次。

②宽幅泵设计更宽的流道及采用全压缩型叶轮压紧方式，具有较强的气体处理能力，能有效解决油井出砂、油泥、析蜡等卡堵及气锁问题，可有效提升机组的适应能力。

③井场应用表明，宽幅潜油电泵技术可有效增宽泵的高效区,使电泵处于轻载运行状态，有利于保护电泵长期稳定生产，从而实现单泵效益最大化。

④减少泵型种类、缓解机组库存压力、缩短作业供货周期，有助于提升商务采办效率。

⑤渤海A油田应用宽幅潜油电泵，可有效治理产能变化、高气液比、出砂井、高温油井等引起运转周期降低的问题。相比常规机组，提升运转周期365 d、最高运转周期1 957 d，同时减少检泵井6井次/年，预计避免原油产量损失6 000 m3/d，节省作业费用700 余万元。宽幅潜油电泵技术应用后，对于提升油田电泵井管理、提质增效有巨大作用，技术成熟稳定，可以推广应用。■