潜油电泵是渤海油田主要的人工举升方式, 产量比例高达90%左右^[1-2]。但潜油电泵故障率高, 检泵周期短^[3]。常规检泵作业需要利用修井机进行动管柱作业, 井控风险高, 洗压井作业中外来流体会对地层压力衰减的油藏造成污染^[4-5]。一些边际油田小平台无修井机, 电泵机组故障而动力电缆正常, 针对这种情况, 开发了一种钢丝投捞电泵系统, 该系统突破了常规油管携带电潜泵下入的理念, 利用钢丝绞车将电泵机组从大直径生产油管内起出和下入, 不需要修井机, 不动管柱, 方便快捷。

钢丝投捞电泵系统主体部分主要分为电泵机组和外筒两部分。外筒在完井或大修作业时利用修井机进行下入, 电泵机组通过钢丝作业下入, 管柱基本结构见图 1。

图 1(Fig. 1)

图 1 钢丝投捞电泵系统示意图

可以看出, 钢丝投捞电泵系统结构为油管内容纳潜油电泵机械结构, 湿接头外筒与大直径油管外的电缆相连接, 湿接头内筒连接在电泵机组最下部, 钢丝作业投送电泵机组到位时湿接头内筒和外筒插接相连, 地面的电力通过大直径油管外的电缆传输至电泵机组, 进而实现井液的传递。但井斜较大时钢丝作业无法下放到位, 因此该系统不适用于井斜较大的井。

为了保证钢丝投捞电泵系统在井下正常工作, 还设计悬挂系统实现湿接头内筒的悬挂与密封, 设计伸缩补偿系统屏蔽电泵运转震动对湿接头的影响。湿接头系统包括触发机构, 保证100%插入, 防止误操作。

钢丝投捞电泵系统在渤海油田应用了5口井, 基本信息见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 渤海油田无修井机电泵井基本参数

表 1 渤海油田无修井机电泵井基本参数 序号 井名 井别 电泵机组 电泵斜深/井斜 1 W1 水源井 2 000 m3/300 m/ 562系列 402 m/1.5° 2 P8 生产井 150 m3/1 500 m/ 400系列 1 484 m/17.7° 3 A4 生产井 100 m3/1 200m/ 387泵 1 060 m/29.21° 4 F2H 生产井 200 m3/1 200 m/ 387泵 1 100 m/30.45° 5 F12H 生产井 100 m3/1 200 m/ 387泵 1 202 m/34.77°

由于该系统设计理念是在大直径油管内利用钢丝更换电泵机组, 管柱结构与常规生产管柱必然不同。如图 1所示, 在更换电泵机组时, 关闭深井安全阀, 隔绝地层流体进入大直径油管通道, 井口安装防喷管进行钢丝作业更换电泵机组, 这就避免了常规检泵作业的洗压井过程, 降低了油藏污染的风险。在管柱结构中, 应重点考虑以下三个部件:

(1) 定位密封。与防砂管柱中顶部封隔器配合, 保证地层流体按设计能够全部进入油管内部, 而不会进入大直径油管与生产套管的环空。

(2) 液控滑套。由连接至地面的液控管柱控制开关状态, 地面打压时打开液控滑套, 是进行循环洗井的通道; 卸掉控制管线压力, 滑套关闭, 地层流体只能进入上部大直径油管并由电泵机组泵送至地面。

(3) 深井安全阀。通过连接至地面的液控管柱控制开关状态, 正常生产时通过液控管线打压保持打开状态, 紧急时刻关闭深井安全阀, 隔绝地层流体流往地面的通道, 保证井控的安全。

下入液控滑套及深井安全阀, 需要重点考虑下入的深度。以2.313"深井安全阀为例, 最小关闭压力为1 400 psi, 液压油压力梯度为0.35 psi/ft, 考虑安全系数1.20, 则安全阀最大下入垂深1 016 m。由图 1可以看出, 深井安全阀位于电泵机组以下, 电泵的下入深度受深井安全阀深度限制, 电泵机组的下入垂深最大不超过1 016 m。

完井结束后, 即可以开始返排及投产作业, 钢丝投捞电泵系统在生产制度上与常规电泵井基本一致。

表 1中的五口井分为水源井及常规生产井, 下面分别介绍应用情况。

W1井为一口水源井, 产液量较大, 生产层位为Ng水层, 前期使用常规电泵进行生产, 经历3次修井检泵作业后, 2013年10月使用钢丝投捞电泵系统, 图 2为W1井生产曲线。

图 2(Fig. 2)

图 2 W1井生产曲线

从图 2可以看出, 应用钢丝投捞电泵系统, 电泵运行较为平稳, 在生产制度上与常规电泵生产井基本一致。2014年5月, W1井动力电缆绝缘较低, 修井起出外管柱检查发现湿接头外筒处断电缆, 利用修井机起出外管柱进行更换电缆。

对于常规生产井, 钢丝投捞电泵系统相继应用于P8井、A4井、F2H井及F12H井共四口井, 生产曲线见图 3。

图 3(Fig. 3)

图 3 常规生产井生产曲线

从图 3可以看出, P8井使用钢丝投捞电泵系统后总体运行平稳, 生产者为了提高产液速度, 修井改成常规Y合管柱, 用大排量电泵进行排液。A4井生产一段时间后产液量低, 检泵时发现泵头堵塞大量油泥, 电泵盘轴不动, 修井起出外管柱进行冲砂作业, 下入普合生产管柱; F2H井初期产量稳定下降, 后期产液量出现忽高忽低的现象; F12H井产量缓慢下降, 年递减率在12%左右。

常规检泵作业需要修井机, 作业人员需要40人左右, 周期7天, 压井作业漏失较大。钢丝投捞电泵系统用钢丝绞车投捞, 需要人员7~8人, 用吊车配合连泵, 2~3天内可以复产; 关闭井下安全阀, 不需要压井, 不会对地层造成伤害。

通过以上应用可知, 钢丝投捞电泵系统应用效果不佳, 主要有两方面原因:

(1) 电缆问题。W1井发现无绝缘, 起出后发现湿接头外筒处电缆断裂, 此处采用的集成扁电缆, 在抗弯曲及绝缘性能方面较弱。

(2) 气体影响。和常规油管-套管环空排气生产不同, 钢丝投捞电泵系统原油和气体都经过电泵机组在大直径油管内生产, 会产生"气锁"现象, 出现产量不稳定的现象。

在后续作业中, 加强湿接头处扁电缆的抗弯曲及绝缘性能; 针对气油比大的生产井, 尽量不采用钢丝投捞电泵系统。

(1) 钢丝投捞电泵系统适用于多种井况, 生产平稳, 利用地面钢丝绞车直接检泵, 如果电缆损坏需要利用修井机起出外管柱进行更换电缆。

(2) 钢丝投捞电泵系统利用钢丝绞车进行检修电泵机组, 减少大量现场作业人员, 节省大量工期; 同时, 钢丝作业不需要进行洗压井及动管柱作业, 避免了相应的井控及油藏污染的风险。

(3) 钢丝投捞电泵系统泵挂深度受井斜及井下安全阀深度限制。

(4) 该项技术目前处于应用探索阶段, 受电缆质量及气体等影响, 系统运行寿命短等, 需要进一步优化和完善。