塔河油田接力復(fù)合舉升深抽工藝技術(shù)研究與應(yīng)用(技術(shù)報(bào)告)

1、歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對(duì)您有所幫助！感謝閱讀本文檔，祝您工作順利，步步高升！中國(guó)石化西北油田分公司2007中國(guó)石化西北油田分公司2007年科研項(xiàng)目驗(yàn)收?qǐng)?bào)告塔河油田接力復(fù)合舉升深抽工藝技術(shù)研究與應(yīng)用中國(guó)石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院2008年12月塔河油田接力復(fù)合舉升深抽工藝技術(shù)研究與應(yīng)用項(xiàng)目負(fù)責(zé)單位：中石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：趙海洋 張志宏報(bào)告編寫人：鄧洪軍 劉 榧 楊映達(dá) 張建軍 柏森 黃云 報(bào)告審核： 趙海洋起止時(shí)間：2007年1月至 2008年12月中國(guó)石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院2008年12月歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對(duì)您有所幫助！感謝閱讀本文檔，祝

2、您工作順利，步步高升！1 項(xiàng)目研究目的意義1.1目的意義隨著開發(fā)的不斷深入，油層能量逐漸降低，低液面油井不斷增多。特別是塔河油田奧陶系碳酸巖儲(chǔ)層為代表的西部油藏具有超深、高溫、縫洞發(fā)育等復(fù)雜的地質(zhì)特征，油井深度5000m以下。油井見產(chǎn)初期產(chǎn)能高、遞減快，后期主要以人工舉升開采方式為主，目前塔河油田主要采取有桿泵（管式泵、抽稠泵、螺桿泵、自動(dòng)補(bǔ)償泵采油工藝）、無桿泵（電潛泵采油工藝）采油方式為主，但隨著地層能量的進(jìn)一步的下降，部分油井因供液不足處于間開生產(chǎn)狀態(tài)，液面已經(jīng)下降到常規(guī)有桿泵極限泵掛深度，現(xiàn)有工藝無法滿足生產(chǎn)要求，因此必須發(fā)展提高深抽工藝及深抽配套工藝技術(shù)，提高油井的生產(chǎn)時(shí)效，以滿足油

3、田開發(fā)生產(chǎn)要求，同時(shí)為油田提高采收率做出貢獻(xiàn)。1.2 課題內(nèi)容設(shè)置1.2.1 課題主要研究?jī)?nèi)容（1）國(guó)內(nèi)外復(fù)合舉升深抽工藝技術(shù)調(diào)研（2）接力舉升采油工藝技術(shù)優(yōu)化研究（3）有桿泵-電泵接力復(fù)合舉升方式配套管柱研究（4）有桿泵-電泵接力復(fù)合舉升系統(tǒng)生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究（5）有桿泵-電泵接力復(fù)合舉升工藝現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用1.2.2主要技術(shù)指標(biāo)（1）有桿泵-電潛泵接力舉升系統(tǒng)管柱設(shè)計(jì)及優(yōu)化；（2）接力升系統(tǒng)下泵深度達(dá)到4000m；（3）檢泵周期大于300天。1.2.3 首先通過對(duì)不同類型油藏和油田地面條件的特點(diǎn)分析，初步篩選出不同類型油藏的復(fù)合舉升工藝方案，然后在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，研究最佳的參數(shù)匹配，優(yōu)

4、化確定復(fù)合舉升方式。再根據(jù)復(fù)合舉升方式設(shè)計(jì)相應(yīng)的舉升設(shè)備。最后研究不同的工作參數(shù)對(duì)復(fù)合舉升系統(tǒng)的影響，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而形成塔河油田超深復(fù)合舉升采油技術(shù)。1.2.4技術(shù)關(guān)鍵（1）有桿泵-電泵接力舉升優(yōu)化組合及參數(shù)匹配研究（2）接力復(fù)合舉升系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究2 工作量及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)完成情況2.1 工作量完成情況序號(hào)主要研究?jī)?nèi)容完成情況1國(guó)內(nèi)外復(fù)合舉升深抽工藝技術(shù)調(diào)研總結(jié)分析了噴射泵電潛泵組合深抽工藝和噴射泵電潛泵接替舉升工藝，調(diào)研深抽工藝現(xiàn)狀；2有桿泵-電泵接力舉升采油工藝技術(shù)方案優(yōu)化研究完成了有桿泵-電潛泵接力舉升深抽工藝的可行性分析，總結(jié)分析了接力舉升工藝的理論原理，管柱耐壓及拉伸強(qiáng)度

5、分析計(jì)算；3有桿泵-電泵接力復(fù)合舉升方式配套管柱研究?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)了有桿泵電泵接力復(fù)合舉升工藝管柱設(shè)計(jì)，研制了井液匹配儲(chǔ)能器裝置、高效油氣分離器裝置；4接力復(fù)合舉升系統(tǒng)生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究合理優(yōu)化設(shè)計(jì)了接力復(fù)合舉升系統(tǒng)生產(chǎn)參數(shù)，確保了現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用。2.2 技術(shù)指標(biāo)完成情況序號(hào)主要技術(shù)指標(biāo)完成情況1有桿泵-電潛泵接力舉升系統(tǒng)管柱設(shè)計(jì)及優(yōu)化；形成了一套適應(yīng)塔河油田深抽工藝技術(shù)要求的有桿泵-電泵接力舉升系統(tǒng)管柱設(shè)計(jì)，配套井液匹配儲(chǔ)能器及高效油氣分離器；2接力升系統(tǒng)下泵深度達(dá)到4000m；有桿泵-電潛泵接力舉升系統(tǒng)下深最深至4020m；3檢泵周期大于300天最長(zhǎng)檢泵周期達(dá)到336天，其余井仍正常生產(chǎn)。2

6、.3 項(xiàng)目研究人員項(xiàng)目職責(zé)姓名單位職稱研究分工項(xiàng)目負(fù)責(zé)趙海洋西北油田分公司工程技術(shù)研究院高級(jí)工程師總體設(shè)計(jì)與組織管理首席專家林濤西北油田分公司工程技術(shù)研究院教授級(jí)高工總體設(shè)計(jì)與規(guī)劃研究人員趙普春西北油田分公司采油二廠高級(jí)工程師項(xiàng)目落實(shí)及組織實(shí)施研究人員張志宏西北油田分公司工程技術(shù)研究院高級(jí)工程師國(guó)內(nèi)調(diào)研基礎(chǔ)理論研究研究人員鄧洪軍西北油田分公司工程技術(shù)研究院工程師研究人員劉榧西北油田分公司工程技術(shù)研究院工程師管柱設(shè)計(jì)優(yōu)化研究研究人員黃云西北油田分公司工程技術(shù)研究院工程師研究人員楊映達(dá)西北油田分公司工程技術(shù)研究院工程師研究人員張建軍西北油田分公司工程技術(shù)研究院工程師方案優(yōu)化設(shè)計(jì)研究人員柏森西北油田

7、分公司工程技術(shù)研究院工程師研究人員胡雅潔西北油田分公司工程技術(shù)研究院工程師現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)跟蹤評(píng)價(jià)研究人員劉廣燕西北油田分公司工程技術(shù)研究院工程師3 取得的主要技術(shù)成果3.1接力復(fù)合舉升工藝技術(shù)調(diào)研國(guó)內(nèi)對(duì)于復(fù)合舉升工藝也做了一些探索，如噴射泵電潛泵組合深抽工藝和噴射泵電潛泵接替舉升工藝等。3.1.1. 噴射泵電潛泵組合深抽工藝工藝流程見圖3-1，工藝流程設(shè)計(jì)具體方法是在油井附近打一眼深約50m的井，稱為口袋井。將電潛泵（即電動(dòng)潛油離心泵）掛在口袋井中，作為系統(tǒng)動(dòng)力液的升壓升溫設(shè)備，三相分離器置于油井附近實(shí)現(xiàn)動(dòng)力液循環(huán)和原油外輸。由于流程中無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，噴射泵隨油管可下到一定深度，電潛泵在地面給動(dòng)力液

8、提供較高的壓力（一般可達(dá)1220MPa），系統(tǒng)通過大排量動(dòng)力液將油井產(chǎn)出液帶出，克服了有桿泵深抽小液量難以提升的弱點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)不易發(fā)生機(jī)械故障，適合深井舉升。油井產(chǎn)出液經(jīng)噴射泵與動(dòng)力液混合從油套管環(huán)形空間返出，進(jìn)入三相分離器，其中一部分液體作為油井產(chǎn)量外輸至計(jì)量站，一部分液體作為動(dòng)力液進(jìn)入口袋井循環(huán)。這樣，循環(huán)動(dòng)力液就不斷地從油井井底和口袋井中電潛泵機(jī)組獲得熱量，最終使動(dòng)力液具有較高的溫度，因而工藝具有較好的熱力開采特性。圖3-1 噴射泵與電潛泵組合舉升流程圖但是，該工藝的局限性也是顯而易見的。一是用噴射泵效率低，下泵深度受限。二是與單一電潛泵比，并無優(yōu)勢(shì)。3.1.2 噴射泵有桿泵接替舉升工藝

9、噴射泵有桿泵接替舉升是通過噴射泵系統(tǒng)舉升和有桿泵系統(tǒng)舉升兩級(jí)舉升接替實(shí)現(xiàn)的。主要包括有桿泵系統(tǒng)、噴射泵和封隔器。封隔器在噴射泵以下密封油套管環(huán)形空間。其中噴射泵為套管式反循環(huán)泵，動(dòng)力液(水或油水混合液)由井口油套管環(huán)形空間打入，經(jīng)噴射泵與油層產(chǎn)出液混合。噴射泵將混合液舉升到有桿泵的正常抽汲深度(保持有桿泵有一定的沉沒度)，實(shí)現(xiàn)一級(jí)舉升。由有桿泵系統(tǒng)再將混合液舉升到地面，實(shí)現(xiàn)二級(jí)舉升。這樣經(jīng)噴射泵有桿泵的舉升接替完成了油層產(chǎn)出液的舉升過程。接替舉升只要求噴射泵將油層產(chǎn)出液和乏動(dòng)力液舉升到井筒的一定高度，因此動(dòng)力液可采用低壓(可為0)動(dòng)力液，地面泵可采用低壓離心泵，或直接在井口加一回流裝置，讓一部

10、分混合液不經(jīng)過任何處理重新注入油套管環(huán)形空間，形成循環(huán)動(dòng)力液。接替舉升工藝設(shè)計(jì)是以油層井筒噴射泵抽油泵、桿、機(jī)所組成的生產(chǎn)系統(tǒng)為對(duì)象，在油層、噴射泵及有桿泵相互協(xié)調(diào)的前提下，選定不同機(jī)、桿、泵(包括有桿泵和噴射泵)及其工作參數(shù)，以噴射泵為求解點(diǎn)，采用系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分析方法，確定出最大的可能產(chǎn)量及其相應(yīng)的抽汲參數(shù)。接替舉升設(shè)計(jì)比常規(guī)的機(jī)、桿、泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)要復(fù)雜，它不僅涉及井筒多相管流的壓力和溫度場(chǎng)分布，而且還涉及到噴射泵和有桿泵之間的相互協(xié)調(diào)關(guān)系及其工作狀況。該工藝特點(diǎn)如下：噴射泵無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，動(dòng)力液工作壓力很低，可隨油管下入足夠深度。理論上只要有桿泵在噴射泵的有效揚(yáng)程內(nèi)，能實(shí)現(xiàn)凡爾的開關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)舉

11、升接替，因此接替舉升系統(tǒng)的抽汲深度與單一的有桿泵或噴射泵的抽汲深度相比會(huì)大大增加。合理設(shè)計(jì)噴射泵與有桿泵之間的距離，可以改善有桿泵的供液能力，從而改善有桿泵系統(tǒng)的工況。從地面管理角度分析，接替舉升系統(tǒng)與單一有桿泵系統(tǒng)相差無幾，只是在井口多一個(gè)動(dòng)力液入井流程。地面調(diào)整的參數(shù)為有桿泵系統(tǒng)的沖程、沖數(shù)及噴射泵需要的井口動(dòng)力液量，這些參數(shù)的調(diào)整必須滿足舉升接替的協(xié)調(diào)關(guān)系。油層產(chǎn)出液量是上述參數(shù)調(diào)整的依據(jù)，根據(jù)噴射泵的特性曲線，以滿足有桿泵的入口壓力為基礎(chǔ)，確定井口動(dòng)力液量。與單一的有桿泵深抽或噴射泵深抽相比，接替舉升工藝的適應(yīng)性有所增強(qiáng)。例如，對(duì)斜井和水平井，接替舉升系統(tǒng)的噴射泵可下至油井的傾斜段和水

12、平段；對(duì)高凝高粘油井，噴射泵的乏動(dòng)力液易于實(shí)現(xiàn)對(duì)高凝高粘原油加溫稀釋等等。但也應(yīng)該看到，該技術(shù)并未解決有桿泵半程出液與噴射泵的協(xié)調(diào)問題，這將使本來效率低的噴射泵變的更加低。同時(shí)，由于噴嘴的低壽命，無法實(shí)現(xiàn)水力起下，難以礦場(chǎng)應(yīng)用。通過對(duì)各種復(fù)合舉升方式的研究分析表明，合理的組合方式僅為有限的幾種。比較合理的復(fù)合舉升方式為（1）有桿泵電潛泵；（2）電潛泵電潛泵；（3）電潛泵射流泵3.2接力復(fù)合舉升基礎(chǔ)理論研究3.2.1高溫高壓流體物性計(jì)算3.2.1.11) API重度 （3-2-1式中原油相對(duì)密度，小數(shù)。2) 原油密度 （3-2-2式中STO原油在標(biāo)準(zhǔn)條件下的密度，lbm/ft3； 天然氣相對(duì)密度

13、，小數(shù)。 = 3 * Arabic 3) 原油體積系數(shù)Standing（1981）相關(guān)式 （3-2-Vasquez-Beggs(1980) 相關(guān)式 （3-2-表3-2-1 系數(shù)c1c系 數(shù)0.87620.8762c1c2c34.67710-41.75110-5-1.81110-84.67010-41.10010-51.33710-9Glaso(1980) 相關(guān)式 （3-2-式中 = 4 * Arabic 4) 溶解氣油比Standing（1947）相關(guān)式 （3-2式中 Vasquez-Beggs(1980) 相關(guān)式 （3-2表3-2-2 系數(shù)c1c系 數(shù)3030c 1c2c30.03621.0

14、93725.72400.01781.187023.9310Glaso(1980) 相關(guān)式 （3-2式中Lasater相關(guān)式 （3-2當(dāng)40時(shí)，當(dāng)40時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，無因次法，該方法僅實(shí)用于壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于飽和壓力的情況，而飽和壓力下的溶解氣油比采用Standing相關(guān)式計(jì)算。 （3-2-10 = 5 * Arabic 5）原油粘度Beggs-Robinson(1975) 相關(guān)式 （3-2式中脫氣原油粘度Beggs-Robinson(1991)相關(guān)式 （3-2式中當(dāng)ppb時(shí)，式中 = 6 * Arabic 6）油氣界面張力 （3-2式中3.2.1.2 = 1 * Arabic 1）天然氣密度 （3-

15、2式中p壓力，Psi； Tr擬對(duì)比溫度，無因次。 = 2 * Arabic 2）天然氣體積系數(shù) （3-2 = 3 * Arabic 3）臨界壓力溫度公式1公式2 公式3式中H2S的含量，無因次； CO2的含量，無因次； N2的含量，無因次。公式4當(dāng)0.7時(shí)，當(dāng)0.7時(shí) 公式5 = 4 * Arabic 4）非烴校正Wichert-Aziz(1972) （3-2式中 = 5 * Arabic 5）偏差系數(shù)Hall and Yarborough相關(guān)式（1pr24; 1.2Tr3.0） （3-2式中x由下式確定式中Dranchuk-Purvis-Robinson(1974) 相關(guān)式（0.2pr15；

16、0.7Tr3.0） （3-2式中 = 6 * Arabic 6）天然氣壓縮系數(shù) （3-2 = 7 * Arabic 7）天然氣粘度Lee相關(guān)式 （3-2式中Dempsey(1965)相關(guān)式若不進(jìn)行非烴校正，則天然氣的粘度按下式計(jì)算 （3-2式中若進(jìn)行非烴校正，則天然氣的粘度按下式計(jì)算 （3-2式中3.2.1.3 = 1 * Arabic 1) 地層水密度在地層條件下，純水密度的相關(guān)式為 （3-2考慮礦化度的影響，則為 = 2 * Arabic 2) 地層水體積系數(shù) （3-2式中 = 3 * Arabic 3) 地層水壓縮系數(shù) （3-2式中，S含鹽量，無因次。 = 4 * Arabic 4) 溶

17、解氣水比 （3-2式中， = 5 * Arabic 5) 地層水粘度Meehan相關(guān)式 （3-2式中，SPERE相關(guān)式 （3-2式中， Brill-Beggs相關(guān)式 （3-2 = 6 * Arabic 6) 水氣界面張力 （3-2式中3.2.2 油井流入動(dòng)態(tài)研究準(zhǔn)確預(yù)測(cè)油井是確定油井合理共組制度的依據(jù)，也是分析油井動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)。1）單相液體當(dāng)測(cè)試井底流壓大于原油飽和壓力時(shí)，油層內(nèi)為單相液體滲流，油井產(chǎn)能可按采油指數(shù)計(jì)算： (3-2-3 式中qL產(chǎn)液量，m3/d；p wf井底流壓，MPa；JL采液指數(shù)，m3/(d.MPa)；地層平均壓力，MPa；qLtest測(cè)試產(chǎn)液量，m3/d；pwftest測(cè)試

18、壓力，MPa。2）不完善井的Vogel方程當(dāng)測(cè)試井底流壓小于原油飽和壓力時(shí)，油層內(nèi)出現(xiàn)氣液兩相滲流，且考慮油井不完善對(duì)產(chǎn)能的影響，油井產(chǎn)能預(yù)測(cè)可按下式計(jì)算： (3-2-3 式中qomax油井理想狀態(tài)下最大產(chǎn)油量，m3/d；FE流動(dòng)效率，表征油井的不完善情況。3）油氣水三相滲流IPR方程對(duì)于注水開發(fā)的油藏，油氣水三相同時(shí)存在。Petrobras根據(jù)油流Vegol方程，從幾何學(xué)角度導(dǎo)出油氣水三相滲流時(shí)的IPR曲線及井底流壓和采油指數(shù)計(jì)算式。 (3-2-3 (0qLqb)pwf = (qb qLqomax) (qomax 100，無因次時(shí)間f (tD)可由下式計(jì)算 (3-2式中 地層熱擴(kuò)散系數(shù)，m2

19、/s；時(shí)間，s。對(duì)于tD100，無因次時(shí)間函數(shù)f (tD)隨無因次時(shí)間和無因次量rtoUto/Ke的變化關(guān)系由表3-2-6確定。表3-2-6 無因次時(shí)間函數(shù)tDrto.Uto/ke0.010.020.050.10.20.51.02.05.01020501000.10.20.51.02.05.010.020.050.01001.021.361.651.962.392.731.021.371.661.972.392.731.031.371.661.972.402.741.041.381.671.992.422.751.051.401.692.002.442.771.081.441.732.052.

20、482.811.111.481.772.092.512.841.151.521.812.122.542.861.201.561.842.152.562.881.221.571.862.162.572.891.001.241.581.862.162.572.891.011.241.591.872.172.572.891.011.251.591.872.172.582.893.3接力復(fù)合舉升優(yōu)選3.3.1高效油氣分離裝置抽油泵電纜電機(jī)電泵吸入口井液匹配器圖3-3-1高效油氣分離裝置抽油泵電纜電機(jī)電泵吸入口井液匹配器圖3-3-1 有桿泵電潛泵復(fù)合舉升管柱示意圖 井液經(jīng)電泵舉升至蓄能器，抽油泵上部在工

21、作一段時(shí)間后，必然形成氣頂。該段氣頂能隨著抽油泵的上下運(yùn)動(dòng)交替壓縮與膨脹，起到彈性蓄能作用。當(dāng)氣柱達(dá)到一定高度時(shí)或電潛泵產(chǎn)液高于有桿泵排液量時(shí)，放氣閥自動(dòng)開啟，將多余氣體釋放。技術(shù)特點(diǎn)： （1）技術(shù)成熟，地面設(shè)備簡(jiǎn)單。（2）防氣裝置可使電泵系統(tǒng)在較高氣油比井液中也可正常工作；（3）整套管柱無封隔器和其他薄弱點(diǎn)，并可隨時(shí)測(cè)試井底壓力、液面等參數(shù)。存在問題：必須解決電泵的連續(xù)出油與有桿泵的半程出油矛盾，避免電泵的電流沖擊損壞。3.3.2電泵-該工藝采用兩級(jí)電泵實(shí)現(xiàn)復(fù)合舉升，管柱見圖3-3-2。要使產(chǎn)液進(jìn)入上部離心泵，須在電潛泵外加1個(gè)導(dǎo)流罩，使上部電泵系統(tǒng)懸掛在導(dǎo)流罩內(nèi)。導(dǎo)流罩上端用絲扣或螺釘固定

22、在離心泵的進(jìn)口以上位置，下端接油管，這樣井液就可流經(jīng)電機(jī)與導(dǎo)流罩之間環(huán)形空間進(jìn)入離心泵而被舉升到地面。保護(hù)器下離心泵保護(hù)器下離心泵上吸入口電 纜下電機(jī)下吸入口上電 機(jī)上離心泵導(dǎo)流罩 油 管上保護(hù)器圖3-3-2 電泵-電泵復(fù)合舉升管柱示意圖（1）系統(tǒng)效率高，基本能達(dá)到或接近有桿泵在淺井中的系統(tǒng)效率。（2）技術(shù)成熟，地面設(shè)備簡(jiǎn)單。（3）系統(tǒng)匹配容易、控制方便。存在問題：（1）電纜的空間排布問題。電纜需要穿越上導(dǎo)流罩與電機(jī)相連，兩層電纜在7in井眼難以排布。（2）上泵電纜穿越導(dǎo)流罩的操作問題。電纜需要穿越導(dǎo)流罩兩根電纜合并，而按目前的技術(shù)條件難以實(shí)現(xiàn)。因此，按照目前的技術(shù)條件，電泵-電泵復(fù)合舉升工藝

23、技術(shù)只能應(yīng)用于8 1/2in以上井眼。3.3.3 噴射泵電潛泵復(fù)合舉升工藝技術(shù)原理將反循環(huán)噴射泵用油管連接在電潛泵下端，噴射泵下端再接上封隔器，以封隔油層和油套環(huán)形空間，生產(chǎn)時(shí)環(huán)形空間充滿一定的液體（水）噴射泵就是利用環(huán)形空間液柱壓力為動(dòng)力，將油層產(chǎn)液吸入，并舉升一定高度，再由電潛泵舉到地面（見圖3-3-3）。電潛泵外加1個(gè)導(dǎo)流罩，導(dǎo)流罩上端用絲扣或螺釘固定在離心泵的進(jìn)口以上位置，下端接油管，這樣混合液就可流經(jīng)電機(jī)與導(dǎo)流罩之間環(huán)形空間進(jìn)入離心泵而被舉升到地面。工藝優(yōu)點(diǎn)：（1）由于不需要噴射泵把混合液舉升到地面，因此，不需地面高壓動(dòng)力設(shè)備。動(dòng)力液來源于本井或一般的地面摻水管線。（2）由于噴射泵已

24、把混合液舉升到一定高度，因而電潛泵下泵深度減少，避免了電潛泵受井深高溫的影響。降低了電潛泵電纜耐溫等級(jí)和電纜長(zhǎng)度，節(jié)約了費(fèi)用。電纜泵組潛油電機(jī)射流泵電纜泵組潛油電機(jī)射流泵封隔器導(dǎo)流罩圖3-3-3 噴射泵電潛泵復(fù)合舉升管柱示意圖（4）因電機(jī)外安裝了導(dǎo)流罩，使動(dòng)力液、地層液全部流過電機(jī)，降低了電機(jī)表面溫度，避免了電機(jī)過熱而燒毀的事故，延長(zhǎng)了電機(jī)使用周期。（5）減少了電潛泵受地層產(chǎn)液降低的影響，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。當(dāng)?shù)貙赢a(chǎn)液降低到電潛泵最小推薦排量以下時(shí)，可提高動(dòng)力液流量，使得混合液排量始終在電潛泵推薦排量范圍之內(nèi)，避免了地層供液不足，燒壞電機(jī)的事故。存在問題：（1）電纜的高壓密封問題。電纜需要穿越護(hù)

25、罩與電機(jī)相連，不僅空間尺寸難以排布，而且必須能承受25MPa以上的壓差，按目前的技術(shù)條件，還存在難以克服的困難。（2）護(hù)罩的連接強(qiáng)度問題。按強(qiáng)度計(jì)算，護(hù)罩結(jié)構(gòu)和材質(zhì)在7in井眼中難以實(shí)現(xiàn)。（3）噴嘴的壽命。目前射流泵的噴嘴壽命低于半年。如果單用射流泵采油，可以通過投撈方便實(shí)現(xiàn)噴嘴更換。在復(fù)合舉升工藝管柱中射流泵處于電潛泵下部，無法投撈噴嘴。（4）氣體影響。電泵水力噴射泵受氣體影響很大，但在該管柱中無法實(shí)現(xiàn)氣液分離，明顯降低了系統(tǒng)效率,甚至無法生產(chǎn)。（5）封隔器的可靠性。封隔器要在高壓差、管柱震動(dòng)情況下保持長(zhǎng)期可靠的密封，從當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用效果來看，尚存在較大的差距。所以，該復(fù)合工藝技術(shù)在現(xiàn)有技

26、術(shù)條件下尚無法應(yīng)用于礦場(chǎng)。 從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等方面綜合考慮，選用有桿泵-電泵復(fù)合舉升系統(tǒng)作為首選方案。該方案必須解決須解決電泵的連續(xù)排液與有桿泵的半程排液矛盾。3.4電泵高效油氣分離裝置研制氣體對(duì)離心泵的影響很大，在工作介質(zhì)為氣液兩相的情況下，泵的排量、壓頭和效率都會(huì)明顯下降。離心泵葉輪在工作時(shí)，氣泡一方面占據(jù)了流道體積，使液體排量減少。另一方面，氣體使混合液密度降低，離心力減小，從而降低了泵的揚(yáng)程。嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成氣鎖排不出液體，并產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，損壞葉輪和導(dǎo)輪。根據(jù)前期國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況來看，尚無明顯效果的脫氣方法。一般在吸入口氣體含量超過30時(shí)，離心泵就無法正常工作。本課題研究的一種高氣油比井脫

27、氣的方法綜合采用減壓分離、重力分離、離心分離，使溶解氣充分析出，從而大大降低泵內(nèi)游離氣的含量，保證泵正常工作。1）工作原理在舉升泵之上部分油管換成特殊設(shè)計(jì)的雙層管，雙層管中間環(huán)空及雙層管與套管之間的環(huán)空構(gòu)成井液流動(dòng)和油氣分離的通道。高氣油比井內(nèi)液體首先從雙層管外部上升到舉升泵上方位置，上升過程中靠減壓分離降低壓力使溶解氣充分析出，成為氣泡或氣體段塞從井口套管放出。脫氣液體由上而下從雙層管環(huán)空進(jìn)入舉升泵，雙層管環(huán)空采用重力分離螺旋降壓分離，進(jìn)一步使溶解氣析出，從而大大降低進(jìn)泵液體中含氣量，消除了氣體對(duì)泵的影響。本分離裝置的雙層防氣管柱長(zhǎng)度可以任意延長(zhǎng)，通過流動(dòng)時(shí)的壓力降低使溶解氣充分析出，并且氣

28、泡合并膨脹足以排至井口。從根本上消除了氣體對(duì)采油泵的影響。2）結(jié)構(gòu)組成電泵高效油氣分離裝置由進(jìn)液總成，分離總成、分離連接總成、防氣罩、特殊變徑法蘭組成。圖3-4-1 進(jìn)液總成示意圖圖3-4-1 進(jìn)液總成示意圖進(jìn)液總成（見圖3-4-1）在分離裝置最上端。其作用一是引導(dǎo)經(jīng)過初步脫氣的地層流體進(jìn)入分離總成，二是經(jīng)過再分離后的氣體經(jīng)排氣孔排到油套環(huán)空。（2）分離總成圖圖3-4-2 分離總成示意圖分離總成（見圖3-4-2）在分離裝置中部，由若干節(jié)組成。當(dāng)初步脫氣的地層流體進(jìn)入其內(nèi)部的螺旋流道后，在離心力和油氣密度差的作用下，密度較高的液體部分附在外側(cè)，經(jīng)流道下行；而氣體則附在內(nèi)層逐漸上浮，經(jīng)排氣孔排出。

29、（3）分離連接總成圖圖3-4-3 分離連接總成示意圖分離連接總成（見圖圖3-4-3）連接在防氣罩與分離總成中間，其作用一是具有分離總成一致的分氣作用，二是連接防氣罩。（4）防氣罩圖圖3-4-4 防氣罩示意圖 防氣罩（見圖3-4-4）罩在離心泵的外面，形成一個(gè)與吸入口連通的流道，使脫氣后的流體經(jīng)過吸入口進(jìn)入離心泵。（5）特殊變徑法蘭圖圖3-4-5 特殊變徑法蘭示意圖特殊變徑法蘭（見圖3-4-5）下端通過螺拴與保護(hù)器連接，上端通過螺拴連接吸入口。同時(shí)上端外的螺紋與防氣罩連接。3）油氣分離效果計(jì)算（1）分離效果設(shè)計(jì)計(jì)算油氣分離裝置的基本原理是利用油氣的密度差，通過滑脫和離心作用將油氣分開。分氣過程可

30、分為五個(gè)步驟：第一步：氣泡在套管內(nèi)隨液流上升時(shí)，由于油氣密度差，使油氣產(chǎn)生滑脫，氣泡上行速度vg等于液體上升速度vf加上氣泡在靜止液體中上升速度vd。因此，氣泡上升速度較液體上升速度快一個(gè)vd，因此，氣泡首次分離。根據(jù)斯托克公式式中 vd氣泡在靜止液體中的上浮速度，cm/s； d氣泡直徑，cm，一般取0.10.2cm； o原油密度，g/cm3； g氣密度，g/cm3； o油的動(dòng)力粘度，Pas； g重力加速度，cm/s2。因此，氣泡上浮速度與氣泡直徑平方成正比，與液體粘度成反比。通過流體上行降低泵吸入口壓力使氣泡直徑變大會(huì)大大提高分氣能力。設(shè)氣泡直徑1cm，油的動(dòng)力粘度1Pas，忽略氣體密度，則

31、vd =9.8/1.8 = 5.44cm如果液體上升速度低于氣泡在液體中的上浮速度，則氣體可以排出而不沿吸入口下行。那么按上浮速度5.44cm/s計(jì)算，則1cm以上氣泡全部分離的最小產(chǎn)量為(0.1582- 0.1022) /40.0544m/s606024= 53.72mvfhvfvvdvfvg圖3-4-6 vfhvfvvdvfvg圖3-4-6 二步驟氣泡矢量圖由圖3-4-6可見，液體比氣泡更容易進(jìn)入分離器，而且液體中氣泡能否進(jìn)入分離器將取決于垂直分速度與水平分速度的比值。垂直分速度愈大，水平分速度愈小，則氣泡越不容易進(jìn)入。因此，越靠近吸入口的氣泡，水平分速度愈大，越容易被液流帶入。氣泡直徑愈

32、小，垂直分速度愈小，越容易被液流帶人氣錨。設(shè)進(jìn)液口為直徑3cm的進(jìn)液口5排，每排4個(gè)孔，則總過流面積為141.3cm2，而氣錨外的環(huán)空截面積為145.6 cm2，流速與截面積成反比，那么在直徑小于1cm的氣泡中，約有141.3/(141.3+145.6) 100% 49.25%的氣泡可以分離出來。 經(jīng)過兩步分離的流體向下進(jìn)入螺旋流道，進(jìn)行離心分離。第三步：氣泡在分離器環(huán)形空間進(jìn)行三次分離。這時(shí)氣泡速度是液流下行速度減去氣泡上浮速度，氣錨環(huán)形空間有一部分能分離的最小氣泡滯留在環(huán)形空間。在向下流動(dòng)過程中，含氣油流在分離器環(huán)形空間內(nèi)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，由于不同密度的流體，離心力不同，使聚集的大氣泡沿螺旋內(nèi)側(cè)流

33、動(dòng)，帶有未被分離的小氣泡的液體則沿外側(cè)流動(dòng)。被聚集的大氣泡不斷聚集，沿內(nèi)側(cè)上升至螺旋頂部聚集成氣帽，經(jīng)過排氣孔排到油套環(huán)形空間。（3）離心分離效率計(jì)算旋轉(zhuǎn)分氣原理，主要是利用油氣以較高速度旋轉(zhuǎn)流動(dòng)而產(chǎn)生的紊流及離心分離作用將油氣分開。為了簡(jiǎn)化計(jì)算程序，作以下假設(shè)： = 1 * GB3 氣泡在液體內(nèi)是均勻分布的； = 2 * GB3 氣泡在螺旋槽內(nèi)移動(dòng)時(shí)只考慮離心力場(chǎng)的作用，而忽略重力場(chǎng)的作用； = 3 * GB3 液體密度是一致的； = 4 * GB3 氣液混合物以同一速度在螺旋槽內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。單氣泡在螺旋中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律： 根據(jù)氣泡所受液體的離心力與氣泡徑向運(yùn)動(dòng)的阻力，可得出氣泡在螺旋中的運(yùn)動(dòng)微

34、分方程為式中 d氣泡在螺旋中的角位移增量，rad； dr氣泡在螺旋中的徑向位移增量，cm； r氣泡旋轉(zhuǎn)半徑，即氣泡到出口處至氣錨中心的徑向距離，cm； 液體運(yùn)動(dòng)粘度，cm2/s； 氣泡旋轉(zhuǎn)角速度，rad/s； d氣泡直徑，cm。積分公式得，式中 氣泡（或液流）從螺旋入口到出口時(shí)所走過的角位移，rad。由定義可知，式中 螺旋長(zhǎng)度，cm； b螺距，cm。因?yàn)?所以 式中 qm油氣混合物在螺旋中的流量，m3/s； r1螺旋內(nèi)半徑，cm； r2螺旋片外半徑，cm。將式（5）、（6）代入式（4）中得液氣混合物在螺旋內(nèi)的流量： 考慮在吸入口壓力下，部分氣溶解在原油中，油氣混合物在螺旋內(nèi)的流量（m3/s）可

35、用下式表示式中 Qo日產(chǎn)油量，m3/d； Qw日產(chǎn)水量，m3/d； R氣油比，m3/ m3；Rs溶解氣油比，m3/ m3； po標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，MPa（取0.1MPa）； pa吸入口壓力（絕對(duì)），MPa。（3）分離系數(shù)計(jì)算 在通常情況下分離系數(shù)越趨于1，則分離效果越好，分離系數(shù)可用下式表達(dá)：式中 分離系數(shù)，小數(shù)。計(jì)算得 = 0.784（4）求分離效率 即分離后的理論泵效，可用下式表達(dá)設(shè)r17.3cm， r2 = 8.9cm，運(yùn)動(dòng)粘度v=20cm2/s，氣泡直徑d 0.2cm，螺旋長(zhǎng)度L=98m= 9800cm，流量qm50m3/d = 0.0005787m3/s，沉沒度H=計(jì)算得不同螺距、氣液比條

36、件下的分離系數(shù)、泵效見表3-4-1。表3-4-1 不同螺距、氣液比條件下的分離系數(shù)、泵效參數(shù)b10152025303.06321.36140.76580.49010.34040.9980.9340.7840.6250.494R=2000.9870.6940.4100.2860.229R=1500.9900.7520.4810.3480.283R=1000.9930.8200.5810.4440.372R=500.9970.9010.7350.6150.542其中：中間系數(shù)，分離系數(shù)，泵效，R氣液比。圖3-4-7 氣液比200時(shí)不同螺距下的分離系數(shù)、泵效曲線圖3-4-8 不同氣液比不同螺距下的泵

37、效曲線從上面的圖表可以看出，日產(chǎn)液螺距為10cm時(shí)分離效果已經(jīng)接近全部分離第五步：液流下行時(shí)，隨著壓力升高，氣泡逐漸變小，進(jìn)一步降低了氣液比。4）連接方式研究提升短節(jié)吊 卡泵上短節(jié)專用吊裝工具離心泵提升短節(jié)吊 卡泵上短節(jié)專用吊裝工具離心泵防 氣 罩特殊變徑法蘭保護(hù)器電機(jī)圖3-4-9 油氣分離裝置連接示意圖（1）用常規(guī)方法下入潛油電機(jī)和電機(jī)保護(hù)器（保護(hù)器上部為特殊變徑法蘭）。（2）在井口將潛油離心泵下節(jié)和進(jìn)液接頭接為一體，裝入防氣罩內(nèi)。用大鉤將離心泵和防氣罩一同吊起。先將進(jìn)液接頭的下法蘭與保護(hù)器的變徑法蘭接好，再下放防氣罩，將防氣罩與變徑法蘭連接在一起（防氣罩上部有專用吊裝工具，電泵上部設(shè)計(jì)專用

38、提升短節(jié)）。保護(hù)電纜、管柱下至井口合適位置，打好卡瓦鏈。（3）拆去防氣罩吊裝工具和離心泵提升短節(jié)。下第一級(jí)防氣裝置：將下部連接套上推，露出油管接箍和油管下接頭，將內(nèi)部油管扣上緊，再用連接套將防氣罩與第一級(jí)防氣裝置連接起來。圖3-5-1 井液匹配器結(jié)構(gòu)示意圖圖3-5-1 井液匹配器結(jié)構(gòu)示意圖3.5蓄能裝置研究為解決電泵的連續(xù)出油與有桿泵的半程出油矛盾，避免電泵的電流沖擊損壞，研制了蓄能匹配裝置。1）基本原理井液匹配器的結(jié)構(gòu)如圖3-5-1所示。外管下端連接在電泵上面的油管，上端與井液匹配器的外管接頭相連。內(nèi)管下接懸掛在外管內(nèi)的抽油泵。井液經(jīng)電泵舉升至井液匹配器，抽油泵上部在工作一段時(shí)間后，必然形成

39、氣頂。該段氣頂能隨著抽油泵的上下運(yùn)動(dòng)交替壓縮與膨脹，起到彈性蓄能作用。當(dāng)氣柱達(dá)到一定高度時(shí)或電潛泵產(chǎn)液高于有桿泵排液量時(shí)，蓄能閥自動(dòng)開啟，將多余氣體釋放。儲(chǔ)能器在有桿泵電潛泵復(fù)合舉升系統(tǒng)中有三個(gè)作用。(1) 引導(dǎo)油流順利地從電潛泵系統(tǒng)進(jìn)入有桿泵系統(tǒng)，即在兩系統(tǒng)之間起銜接作用。(2) 暫時(shí)儲(chǔ)液。由于電潛泵系統(tǒng)為連續(xù)排液的系統(tǒng)，而有桿泵系統(tǒng)為上沖程吸液，下沖程排液，因此，在下沖程中，需要有一個(gè)設(shè)備將下沖程時(shí)間段內(nèi)電潛泵所排出的液體儲(chǔ)集起來。(3) 調(diào)節(jié)壓力。由于電潛泵系統(tǒng)為連續(xù)排液的系統(tǒng)，而有桿泵系統(tǒng)為上沖程吸液，下沖程排液，因此，在下沖程固定閥關(guān)閉，電潛泵處于憋壓狀態(tài)，影響電潛泵的正常工作，電潛

40、泵長(zhǎng)期處于這種工作狀態(tài)下，將使電潛泵的壽命大大縮短。井筒積液，由于儲(chǔ)能器的存在使電潛泵能夠連續(xù)排液，在儲(chǔ)能器內(nèi)暫時(shí)儲(chǔ)存起來，從而兩泵所受的壓力沖擊減小，改善泵的工況。2）儲(chǔ)能器內(nèi)液面波動(dòng)規(guī)律復(fù)合舉升系統(tǒng)在工作過程中，有桿泵柱塞周期性上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)吸液和排液，因此儲(chǔ)能器內(nèi)的液面也會(huì)隨著柱塞的周期性運(yùn)動(dòng)周期性的上下波動(dòng)。柱塞運(yùn)動(dòng)一個(gè)沖程所用的時(shí)間：一個(gè)沖程時(shí)間內(nèi)電潛泵的排量：()下沖程儲(chǔ)能器儲(chǔ)集液體量：()圖3-5-2 儲(chǔ)能器液面波動(dòng)示意圖由圖3-5-2可以看出，儲(chǔ)能器內(nèi)的液面在A、B之間波動(dòng)，由于泵柱塞的運(yùn)動(dòng)可簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，因此將儲(chǔ)能器液面的波動(dòng)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。則儲(chǔ)能器內(nèi)液面波動(dòng)規(guī)律可由下式描

41、述： (3-5-1) (3-5-2) (3-5-3)式中 儲(chǔ)能器的橫截面積，m2；有桿抽油系統(tǒng)油管的橫截面積，m2。由式(3-5-1)、(3-5-2)和(3-5-3)可繪制儲(chǔ)能器內(nèi)液面波動(dòng)規(guī)律曲線(如圖3-5-3)。圖3-5-3 液面波動(dòng)規(guī)律曲線儲(chǔ)能器內(nèi)液體的位移 儲(chǔ)能器內(nèi)液體的速度 儲(chǔ)能器內(nèi)液體的加速度 3）儲(chǔ)能器的設(shè)計(jì)計(jì)算(1) 儲(chǔ)能器的容積儲(chǔ)能器的長(zhǎng)度由暫時(shí)儲(chǔ)集液體的體積以及上部有桿抽油系統(tǒng)的油管外徑共同決定。儲(chǔ)能器的容積為： 式中 儲(chǔ)能器內(nèi)液面上升高度，；有桿泵的沉沒度，；安全系數(shù)，；儲(chǔ)能器內(nèi)徑，。(2) 儲(chǔ)能器效果分析已知油井使用套管直徑為159mm，則選用儲(chǔ)能器的外徑mm，內(nèi)徑mm

42、，油管外徑D= 73mm，有桿泵沖程5.1m，沖次6min1，有桿泵的沉沒度為m，原油密度，含水率，油井產(chǎn)液量為50m3/d，電潛泵排量50m3/d。對(duì)使用和不使用儲(chǔ)能器的管柱結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析儲(chǔ)能器調(diào)節(jié)壓力的效果。設(shè)計(jì)結(jié)果如表3-5-1和表3-5-2所示。由設(shè)計(jì)結(jié)果可以看出，不使用儲(chǔ)能器時(shí)，按電潛泵憋壓計(jì)算得有桿泵吸入口壓力波動(dòng)達(dá)5.95，復(fù)合舉升系統(tǒng)可能處于連噴帶抽的狀態(tài)，系統(tǒng)工況復(fù)雜，而使用儲(chǔ)能器后有桿泵吸入口壓力波動(dòng)僅為0.00524，系統(tǒng)基本處于平穩(wěn)的工作狀態(tài)。因此，儲(chǔ)能器的使用能夠大大降低有桿泵吸入口壓力波動(dòng)范圍，從而改善泵的工況，延長(zhǎng)電潛泵的壽命和檢泵周期。儲(chǔ)能器的使用，充分

43、體現(xiàn)了復(fù)合舉升系統(tǒng)的完善性。表3-5-1 不使用儲(chǔ)能器時(shí)的設(shè)計(jì)結(jié)果表上沖程電潛泵的排出口壓力()11.235有桿泵的吸入口壓力()2.707下沖程電潛泵的排出口壓力()11.235有桿泵的吸入口壓力()8.66有桿泵吸入口壓力波動(dòng)()5.95表3-5-2 使用儲(chǔ)能器時(shí)的設(shè)計(jì)結(jié)果表儲(chǔ)能器的長(zhǎng)度()330安全系數(shù)1.1上沖程電潛泵的排出口壓力()11.235有桿泵的吸入口壓力()2.707下沖程電潛泵的排出口壓力()11.24有桿泵的吸入口壓力() 2.712有桿泵吸入口壓力波動(dòng)()0.005243.6有桿泵電潛泵接力復(fù)合舉升工藝研究3.6.1設(shè)計(jì)思路及管柱結(jié)構(gòu)復(fù)合舉升系統(tǒng)的工作流程是：油層流體沿

44、射孔層段流至井底，并在井底流壓的作用下沿井筒向上流動(dòng)，流經(jīng)電潛泵后被電潛泵舉升一定的高度，再由有桿泵復(fù)合舉升至地面，從而實(shí)現(xiàn)4000米復(fù)合舉升系統(tǒng)舉升原理如圖3-6-1所示。對(duì)于某一具體的油井，在給定配產(chǎn)下，根據(jù)油井流入動(dòng)態(tài)可得到相應(yīng)的井底流壓。井底流體首先在井底流壓的作用下流至電潛泵的吸入口，流體經(jīng)過電潛泵獲得一定的揚(yáng)程，接著流體以電潛泵的出口壓力沿油管向上流動(dòng)，流至有桿泵的吸入口，流體經(jīng)過有桿泵又獲得一定的揚(yáng)程，接著流體又以有桿泵的出口壓力沿油管向上流動(dòng)，直至流出井口，并沿地面管線流入計(jì)量間。圖3-6-1 復(fù)合舉升系統(tǒng)舉升原理示意圖井口油壓 有桿泵吸入口壓力 電潛泵吸入口壓力井底流壓 有桿

45、泵排出口壓力 電潛泵排出口壓力有桿泵下泵深度 電潛泵下泵深度 井深高效油氣分離裝置高效油氣分離裝置抽油泵電纜電機(jī)電泵吸入口井液蓄能器器圖3-6-2 有桿泵電潛泵復(fù)合舉升管柱示意圖一是必須采用油氣分離解決低液面造成的原油脫氣問題，二是解決有桿泵的間歇出液與電潛泵的連續(xù)出液的矛盾。該管柱結(jié)構(gòu)如圖3-6-2所示，由電泵系統(tǒng)、防氣裝置、有桿泵、蓄能裝置、復(fù)合井口等組成。電泵系統(tǒng)包括電機(jī)、保護(hù)器、離心泵、電纜、控制柜等。蓄能裝置由蓄能器、蓄能外管蓄能內(nèi)管、變徑接頭組成，抽油泵懸掛在蓄能內(nèi)管下部，蓄能外管內(nèi)部，與蓄能外管一起連接在蓄能器下方。復(fù)合井口既能連接光桿密封器，又可以穿越電纜并保持密封。井液首先沿

46、電泵及防氣裝置外上行，上行過程中壓力降低使溶解氣析出，到泵上排出，從井口套管放出。脫氣液體從雙層管環(huán)空下行進(jìn)入電泵吸入口，其間采用重力分離旋轉(zhuǎn)螺旋降壓分離，進(jìn)一步使溶解氣析出，從而大大降低進(jìn)泵液體中含氣量。 井液經(jīng)電泵舉升至蓄能器，抽油泵上部在工作一段時(shí)間后，必然形成氣頂。該段氣頂能隨著抽油泵的上下運(yùn)動(dòng)交替壓縮與膨脹，起到彈性蓄能作用。當(dāng)氣柱達(dá)到一定高度時(shí)或電潛泵產(chǎn)液高于有桿泵排液量時(shí)，放氣閥自動(dòng)開啟，將多余氣體釋放。技術(shù)特點(diǎn)（1）技術(shù)成熟，地面設(shè)備簡(jiǎn)單。（2）防氣裝置可使電泵系統(tǒng)在較高氣油比井液中也可正常工作；（3）抽油泵上部的蓄能器一是可以保證有桿泵具有300m沉沒度，使有桿泵正常工作。更

47、重要的是有效解決了電泵的連續(xù)出油與有桿泵的半程出油矛盾，避免電泵的電流沖擊損壞。（4） 整套管柱無封隔器等薄弱點(diǎn)，并可隨時(shí)測(cè)試井底壓力、液面等參數(shù)。3.6.2 有桿泵電泵復(fù)合舉升設(shè)備的設(shè)計(jì)研究有桿泵電泵復(fù)合舉升系統(tǒng)設(shè)備選擇的基本思路是首先根據(jù)油井的產(chǎn)液量、氣液比選擇電泵下泵深度、型號(hào)和合適的氣液分離裝置，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果選擇潛油電機(jī)和電纜的型號(hào)。根據(jù)電泵的揚(yáng)程、排量、效率選擇不同的有桿泵抽汲參數(shù)組合（泵徑、沖程、沖次以及下泵深度），進(jìn)行抽油桿柱設(shè)計(jì)。最后對(duì)管柱進(jìn)行校核。根據(jù)國(guó)內(nèi)深層砂礫巖油藏、碳酸鹽巖油藏、深層低滲砂巖油藏產(chǎn)量分析，液面低于2000米時(shí)，液量通常在50m3/d以下。設(shè)計(jì)研究以新疆永

48、進(jìn)油田永1井為例。該井確定滿足4000米后期舉升要求，下泵深度4500米。由于上部的有桿泵下泵深度過大時(shí)沖程損失明顯增大，故確定在18001)電泵的選擇 = 1 * GB3 總揚(yáng)程計(jì)算式中 離心泵所需總揚(yáng)程； 泵掛深度； 油壓折算揚(yáng)程；2MPa，按200m計(jì)算； 泵吸入口壓力計(jì)算揚(yáng)程； 油管損失。計(jì)算得177m；為離心泵有效揚(yáng)程，設(shè)為2700m；計(jì)算 3077 m。 = 2 * GB3 多級(jí)離心泵的選擇計(jì)算出排量和揚(yáng)程后，選擇泵型號(hào)，并計(jì)算所需葉輪級(jí)數(shù)。所以根據(jù)計(jì)算出的油井產(chǎn)量和給出泵的工作特性曲線選擇出合適的泵型，所需的級(jí)數(shù)用下式計(jì)算：泵的總級(jí)數(shù)=查勝利泵公司工作特性曲線，單級(jí)揚(yáng)程5.9m，

49、則所需泵的總級(jí)數(shù)為30775.9 522級(jí) = 3 * GB3 潛油電機(jī)和電纜選擇潛油電機(jī)的工作性能受周圍環(huán)境溫度的影響較大，選擇潛油電機(jī)時(shí)要根據(jù)泵送液體的性質(zhì)、井身結(jié)構(gòu)和產(chǎn)液量計(jì)算電機(jī)周圍液體的流速，以保證電機(jī)得到良好的冷卻。同時(shí)根據(jù)泵送液體所需功率優(yōu)選電機(jī)型號(hào)，并確定電機(jī)的揚(yáng)程和所需級(jí)數(shù)，泵送液體所需功率為:式中 泵送液體所需的潛油電機(jī)功率，；泵的額定排量，取=50 m3/d；泵的額定揚(yáng)程，m；井液密度，取=0.9 t/m3；重力加速度，取=10 m/s2；泵的系統(tǒng)效率，根據(jù)特性曲線取=40%。經(jīng)計(jì)算，得 =40kW取電機(jī)功率安全系數(shù)1.1，則理論電機(jī)功率為44kW，經(jīng)查表確定電機(jī)功率為4

50、5kW。選擇電纜的規(guī)格和型號(hào)的主要依據(jù)是電纜的載流能力和工作環(huán)境。由于潛油電纜是導(dǎo)體，工作時(shí)必然存在功率損失，功率損失程度與電纜的截面積和長(zhǎng)度有關(guān)，為減小這一損失，應(yīng)盡可能選擇截面積較大的電纜。計(jì)算功率損失的公式如下。式中 電纜功率損失，；電動(dòng)機(jī)工作電流，=37；電纜內(nèi)阻，=50。 經(jīng)計(jì)算得 =5.55kW（2）有桿泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選擇確定了經(jīng)電泵舉升到達(dá)有桿泵吸入口的流量、壓力后，進(jìn)行有桿泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選擇。選擇主要是下泵深度、泵徑、桿柱組合等。確定下泵深度1800 m，56管式抽油泵，排量50 m3d由桿柱等強(qiáng)度設(shè)計(jì)理論，合理的桿柱組合為25mm558 m22 mm630 m19mm612 m

51、工作參數(shù) 5.1m 3次min可以滿足排量要求。（3）油管柱的設(shè)計(jì)選擇復(fù)合舉升的管柱長(zhǎng)度為4500m，采用蓄能器上接31/2 EUE油管，蓄能外管下27/8EUE油管。油氣分離裝置設(shè)計(jì)外管外徑114mm，內(nèi)徑102mm，內(nèi)管為73mm油管，螺旋螺距10cm，總長(zhǎng)度98m。蓄能裝置設(shè)計(jì)開啟壓力3MPa，總長(zhǎng)度87m。3.6.3有桿泵電泵復(fù)合舉升管柱強(qiáng)度校核計(jì)算由于復(fù)合舉升的管柱長(zhǎng)度最長(zhǎng)達(dá)4500m，且較復(fù)雜，須進(jìn)行管柱安全校核。管柱負(fù)荷主要由油管柱、蓄能器、油氣分離器、有桿泵、電泵機(jī)組的重量以及液柱載荷構(gòu)成。（1）管柱重量油管柱組成：31/2 EUE油管(2566m) + 蓄能器+27/8EUE

52、油管1760m油管柱重量：2566136N/m +176095 N/m=516176N蓄能器組成：4 12in油管(86m)27/8 平式油管(77m) 蓄能器重量：86m247Nm+77m93 N/m=28403N（2）油氣分離器重量油氣分離器的外徑102mm，內(nèi)徑89mm，長(zhǎng)度100m，其重量按等體積的鋼材計(jì)算。內(nèi)管27/8 平式油管100m （0.10220.0892）/410078009.810093 N/m =24199N（3）液柱載荷液柱載荷由作用在油管變徑臺(tái)階面、有桿泵(56泵)柱塞以及電潛泵(外徑102)上液柱壓力產(chǎn)生。設(shè)井下液體密度800kg/m3。 = 1 * GB3 油管

53、變徑臺(tái)階面載荷計(jì)算液柱高度1716m，臺(tái)階面為31/2 EUE油管內(nèi)截面與27/8EUE油管內(nèi)截面形成的環(huán)面。 8009.81716(0.07620.0622)= 20403N = 2 * GB3 有桿泵載荷計(jì)算液柱高度1800m，泵徑56mm。 8009.81800(0.056)= 34740N = 3 * GB3 電泵載荷計(jì)算折算液柱高度2700m，作用面積為(D12D02)/4，其中D1為葉輪吸入口直徑，D2為軸徑。按照D10.45D max46mm，D00.1Dmax10.2mm。電泵載荷為：8009.82700(0.04620.01022)=33432N總液柱負(fù)荷：202962144

54、730575=88575N=9.04t（4）井下泵組重量實(shí)測(cè)總重量為8100N。（5）抽油桿柱重量4.32kg/m5583.31 kg/m6302.43 kg/m612= 5.98t（6）電纜重量電纜重量按2.86kg/m 計(jì)算，電纜重量45002.86kg/m 12.87t由此得到管柱總重量為：51617628403241998100+12.87 t=546562N= 71.7t（7）管柱校核 對(duì)井口油管懸掛器、蓄能器外筒和內(nèi)筒的上接頭以及蓄能器下端接頭分別校核螺紋聯(lián)接強(qiáng)度。 = 1 * GB3 井口油管懸掛器承受載荷計(jì)算抽汲過程中懸掛器可能承受的最大負(fù)荷為：71.7t 9.045.98 =

55、 86.72t = 2 * GB3 蓄能器內(nèi)筒接頭承受載荷計(jì)算蓄能器內(nèi)筒接頭承受載荷為87m 的27/8EUE油管重、有桿泵重量、桿柱重量以及有桿泵液柱載荷： 87m93N/m+34740N5.98t=10.35t = 3 * GB3 蓄能器外筒接頭承受載荷計(jì)算蓄能器外筒接頭承受載荷為27/8EUE油管1760m、31/2EUE油管850m、油氣分離器、電泵機(jī)組、2500m電纜以及電泵載荷：1760m95N/m+850m136N/m +24199N+8100N +42464N+70070N =43.64t = 4 * GB3 蓄能器上接頭承受載荷計(jì)算蓄能器上接頭承受86m 的41/2油管、27

56、/8EUE油管1760m、31/2EUE850m、油氣分離器、電泵機(jī)組、2600m電纜以及全部液柱載荷。 86m247N/m+282800N+24199N + +8100N +113531N+72873N =53.34t設(shè)動(dòng)載系數(shù)1.1，天車大鉤最大載荷78.87t，懸掛器最大載荷95.39t綜合上述計(jì)算，查井下作業(yè)技術(shù)數(shù)據(jù)手冊(cè)，可知N80，27/8EUE油管接頭連接強(qiáng)度為65.75t，最小抗擠強(qiáng)度77.0MPa，最小抗內(nèi)壓強(qiáng)度為72.9 MPa。31/2EUE油管接頭連接強(qiáng)度為123.36t。懸掛器采用3 1/2UPTBG螺紋。管柱的各螺紋連接強(qiáng)度可以滿足要求。3.6.4下入方法（1）正常下

57、入電泵上面的油管至設(shè)計(jì)長(zhǎng)度后，連接4TBG-2 7/8UPTBG變徑接頭；（2）下入蓄能外管至設(shè)計(jì)深度；（3）把抽油泵下入蓄能外管內(nèi)；（4）泵上連接蓄能內(nèi)管至設(shè)計(jì)深度；（5）把蓄能器的下端2 7/8TBG同蓄能內(nèi)管連接；（6）下放蓄能器及蓄能內(nèi)管，把蓄能器的下端4TBG同蓄能外管連接；（7）按常規(guī)下入油管。3.7配套工藝研究設(shè)計(jì)1）復(fù)合井口試驗(yàn)前期采用常規(guī)電泵井口。現(xiàn)場(chǎng)操作是把井口段電纜鎧皮和石棉護(hù)層剝掉，分別穿越井口的3個(gè)孔，裝電纜密封膠皮。在車古2011試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)在3.8MPa壓力下密封膠皮刺漏現(xiàn)象。為此改進(jìn)設(shè)計(jì)了整體穿越復(fù)合井口。圖3-7-1 整體穿越復(fù)合井口示意圖圖3-7-1 整

58、體穿越復(fù)合井口示意圖 圖3-7-1是整體穿越復(fù)合井口的示意圖。主要由井口殼體、懸掛器、整體穿越器組成。懸掛器一是可以在下面懸掛管柱，上可接光桿密封器，二是有整體穿越器的通道。圖3-7-2 整體穿越器示意圖圖3-7-2 整體穿越器示意圖圖3-7-2是整體穿越器的示意圖。其作用一是可以實(shí)現(xiàn)兩端電纜的可靠插接，再一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)20MPa的高壓密封。2）過電纜封隔器為滿足復(fù)合舉升工藝在稠油摻稀井中應(yīng)用而改進(jìn)設(shè)計(jì)了過電纜封隔器（如圖3-7-3），實(shí)現(xiàn)電纜穿越。通過該技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)復(fù)合舉升工藝在摻稀稠油井中的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，增油效果顯著。圖3-7-3 過電纜封隔器3.8電潛泵有桿泵復(fù)合舉升軟件介紹3.8.1軟件的功

59、能電潛泵有桿泵復(fù)合舉升生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是以油井生產(chǎn)系統(tǒng)為對(duì)象，以油井供液能力為依據(jù)，以電潛泵有桿泵兩種舉升方式的協(xié)調(diào)和整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)為基礎(chǔ)，采用節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析的方法，在充分研究油層、井筒、排出系統(tǒng)工作規(guī)律 、相互作用和其對(duì)油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)影響的基礎(chǔ)上進(jìn)行程序編制的,軟件可以完成電潛泵有桿泵復(fù)合舉升生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化的功能。3.8.2軟件的總體界面及功能模塊其主要功能模塊包括數(shù)據(jù)輸入、流入動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及結(jié)果輸出等四個(gè)主要模塊。1數(shù)據(jù)輸入模塊該模塊完成油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入、抽油機(jī)特性數(shù)據(jù)輸入、電動(dòng)潛油離心泵特性曲線及輔助設(shè)備特性數(shù)據(jù)輸入等功能。2流入動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模塊該模塊完成常規(guī)砂巖油藏油井油氣水三相

60、流入動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。3生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊該模塊采用選定參數(shù)和離散參數(shù)對(duì)復(fù)合舉升系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用選定參數(shù)設(shè)計(jì)可以對(duì)給定電潛泵有桿泵的設(shè)備及抽汲參數(shù)的復(fù)合舉升生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)；離散參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以根據(jù)確定的離散變量進(jìn)行組合覆蓋計(jì)算，根據(jù)相應(yīng)的限定條件和排序指標(biāo)進(jìn)行方案優(yōu)選。4. 結(jié)果輸出模塊實(shí)現(xiàn)選定參數(shù)設(shè)計(jì)和離散參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果輸出。離散參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以得到很多不同生產(chǎn)參數(shù)組合下的設(shè)計(jì)結(jié)果。用戶可以根據(jù)限定條件按照排序指標(biāo)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行排序。限定條件分為：最大產(chǎn)量、限定產(chǎn)量、限定流壓；排序指標(biāo)分為：舉升效率、產(chǎn)液量、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、性能指標(biāo)；準(zhǔn)備加入綜合指標(biāo)按一定的權(quán)重綜合考慮舉升效率、產(chǎn)液量、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)