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新型人工举升系统 提高非常规油井产量

新型人工举升系统 提高非常规油井产量

非常规油井给传统电潜泵(ESP)系统带来挑战,而且可能限制油井生产潜力!

来自 | JPT
编译 | 白小明 惊蛰

针对压力下降迅速、存在大量游离气体的非常规油井,出现了一种新型人工举升系统,能够经济可靠地运行。本文对比了传统ESP和新型人工举升系统如何应对游离气体和气体段塞挑战。

通常,非常规油井所处的储层渗透性较差。为了使大量流体从储层流入井筒,通常采用水平井和多级水力压裂的方式,尽可能多地将储层暴露在井筒中。

然而,水平段过长为生产带来了挑战。随着非常规储层压力的下降,气体从流体中脱离出来并积聚在水平段的波状隆起部分。当气体段塞被打破,会产生气体循环和气锁,对系统性能和可靠性产生负面影响。由气锁造成的反复停机会对人工举升系统的生产和寿命产生负面影响。减少人工举升系统的正常运行时间将大幅增加作业公司的资金和运营支出(OPEX)。

一些气体段塞体积可能会很大,造成泵送量降低甚至为零,这对大多数人工举升系统而言非常具有挑战性。因此,在油气混合物进入泵之前必须将气体段塞与液体分离,优化生产并提高举升系统的可靠性。设计一个能够避免段塞并防止过量气体进入井下泵的举升系统,对于非常规油井开采至关重要。

新型系统

新型人工举升泵系统能够缓解气体问题,它以ESP为基础,采用一个倒置护罩包裹整个系统。ESP配备了一个再循环系统,以便在段塞期间保持ESP电机冷却。

此外,完全封装的系统具有增强的电机引线延伸(MLE)保护功能,避免在入井(RIH)过程中损坏电缆,特别是在下入5½-in套管的应用中。这种解决方案主要用于高含气体且可能形成气体段塞的井。根据井况和流体特性,还可使用可选组件。例如,在出砂和研磨性风险高的地层推荐使用一套防砂系统。

主要部件

倒置护罩系统:倒置护罩系统的主要功能是保护ESP系统免受气体段塞影响,并在入井期间为MLE提供机械保护。

再循环系统:再循环系统的主要功能是通过一根再循环管,泵送流体迫使流体通过电机,从而为倒置护罩内的电机提供适当的冷却。除此之外,再循环泵通常设计为气体处理泵,从而为处理气体多提供一道流程。

其他工具:化学品注入管线是推荐与新型人工举升系统一起使用的工具之一。化学品可提高系统的可靠性,特别是在可能高含污垢和腐蚀的情况下。化学品注入管线可以安装在倒置护罩的顶部或连接到再循环管头。

由于存在大量气体和气体段塞,目前北美地区的非常规井给人工举升系统带来了巨大挑战。为了从这些井中经济可靠地生产并提高采收率,(各作业公司)已经引入了不同类型的人工举升方法。例如,在北美的几口非常规井中已部署了抽油杆泵(SRP);然而,由于存在大量气体段塞以及井眼几何形状的问题,SRP的运行非常低效。此外,井斜较大导致油管磨损风险较高。

其中一些井也采用了气举方法;然而,当引入气举时出现了两个主要问题。与其他人工举升方式相比,第一个问题是产量下降和压降有限。第二个问题与井筒的井斜较大有关,液体和气体之间的重力差异(流体分离作用)将导致两相分层,使得气举效率低下。

传统的ESP系统也被用于那些具有挑战性的井中,但这些系统由于气体段塞而反复停机。由于气锁而反复停机会对人工举升系统的生产和使用寿命产生负面影响。此外,较短的ESP运行寿命会增加作业公司运营成本,明显影响油井经济性。

为此,已将一种新型人工举升系统引入了北美地区遇到气体问题的不同作业公司。以下是一个案例研究,该系统的成功部署提高了整体产量和采收率。

案例研究

由于大量游离气体及段塞导致ESP反复停机,北美地区一家作业公司正在努力维持生产。除了气体导致的停机外,由于冷却不良引起的电机温度升高也造成ESP停机。反复循环大幅降低了系统可靠性并缩短了ESP系统的运行寿命。此前已在该井中安装了三个ESP系统,平均运行寿命约为157天。经过三次短暂运行后,作业公司考虑使用新型人工举升系统,以避免系统反复循环,提高石油产量,并延长ESP系统的运行寿命。

该公司进行了大量的分析来确定倒置护罩的长度,以处理2分钟的段塞时间以及正常作业和气体段塞时冷却电机所需的流体。

基于之前ESP的性能和产量,倒置护罩的长度定为180 ft,以确保2分钟的气体段塞没有问题。预计下部流体的分离效率约为94%。

安装新型人工举升系统后,作业公司立即测量了井中液位,在距离地面2,600 ft处,原油产量增加了90桶/天。新型人工举升系统部署后,减少了气体循环,大大减少了非生产时间。此外,整个ESP系统的效率、原油采收率得到提高。

新型人工举升系统的独特设计帮助作业公司:(1)提高产量和采收率。这是通过稳定产量,提高系统效率,最大限度地减少因气体造成的生产中断和系统循环,以及最大限度地减少油藏压降实现更大的储量采收来实现的;(2)提高系统可靠性,降低运营成本。新型人工举升系统消除了因气体段塞造成的循环相关的磨损,显著降低了由于气体段塞和冷却不充分造成的电机过热,并且在入井期间为MLE提供了机械保护。

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